بيتالصوت
أنواع مختلفة من الترانزستورات وعملها
الصوت

أنواع مختلفة من الترانزستورات وعملها

Anonim

حيث أن دماغنا يتكون من 100 مليار خلية تسمى الخلايا العصبية والتي تستخدم في التفكير وحفظ الأشياء. كما هو الحال في الكمبيوتر ، يحتوي أيضًا على مليارات من خلايا الدماغ الصغيرة تسمى الترانزستورات. يتكون من مستخلص عنصر كيميائي من الرمل يسمى السيليكون. تغير الترانزستورات نظرية الإلكترونيات بشكل جذري حيث تم تصميمها قبل أكثر من نصف قرن من قبل جون باردين ووالتر براتين وويليام شوكلي.

لذلك ، سوف نخبرك كيف تعمل أو ما هي في الواقع؟

ما هي الترانزستورات؟

تتكون هذه الأجهزة من مادة شبه موصلة تستخدم بشكل شائع لغرض التضخيم أو التبديل ، ويمكن أيضًا استخدامها للتحكم في تدفق الجهد والتيار. كما أنها تستخدم لتضخيم إشارات الإدخال إلى إشارة خرج المدى. عادةً ما يكون الترانزستور جهازًا إلكترونيًا صلبًا يتكون من مواد شبه موصلة. يمكن تغيير تداول التيار الإلكتروني بإضافة الإلكترونات. تجلب هذه العملية تغيرات الجهد للتأثير بشكل متناسب على العديد من الاختلافات في تيار الخرج ، مما يؤدي إلى وجود التضخيم. لا تحتوي جميع الأجهزة الإلكترونية ما عدا معظمها على نوع واحد أو أكثر من الترانزستورات. يتم وضع بعض الترانزستورات بشكل فردي أو بشكل عام في دوائر متكاملة تختلف وفقًا لتطبيقات الحالة الخاصة بها.

"الترانزستور هو مكون من ثلاثة أرجل من نوع الحشرات ، يتم وضعه منفرداً في بعض الأجهزة ولكن في أجهزة الكمبيوتر يتم تعبئته بداخله بملايين الأرقام في شرائح صغيرة"

ماذا يتكون الترانزستور؟

يتكون الترانزستور من ثلاث طبقات من أشباه الموصلات ، والتي لها القدرة على الاحتفاظ بالتيار. المواد الموصلة للكهرباء مثل السيليكون والجرمانيوم لها القدرة على حمل الكهرباء بين الموصلات والعازل المحاط بأسلاك بلاستيكية. يتم معالجة المواد شبه الموصلة ببعض الإجراءات الكيميائية التي تسمى منشطات أشباه الموصلات. إذا كان السيليكون مخدرًا بالزرنيخ والفوسفور والأنتيمون ، فسيحصل على بعض ناقلات الشحنة الإضافية ، أي الإلكترونات ، تُعرف باسم N-type أو أشباه الموصلات السالبة بينما إذا تم تخدير السيليكون بشوائب أخرى مثل البورون ، الغاليوم ، الألومنيوم ، فسيحصل عليه يُعرف عدد أقل من ناقلات الشحنة ، مثل الثقوب ، باسم نوع P أو أشباه الموصلات الموجبة.

كيف يعمل الترانزستور؟

مفهوم العمل هو الجزء الرئيسي لفهم كيفية استخدام الترانزستور أو كيف يعمل ؟، هناك ثلاث محطات في الترانزستور:

• القاعدة: وهي تعطي قاعدة لأقطاب الترانزستور.

• الباعث: حاملات الشحنة المنبعثة من هذا.

• جامع: حاملات الشحن التي تم جمعها بواسطة هذا.

إذا كان الترانزستور من النوع NPN ، فنحن بحاجة إلى تطبيق جهد قدره 0.7 فولت لتشغيله ، وبما أن الجهد المطبق على دبوس القاعدة ، يتم تشغيل الترانزستور وهو الحالة المنحازة للأمام والبدء الحالي الذي يتدفق عبر المجمع إلى الباعث (يُطلق عليه أيضًا التشبع) منطقة). عندما يكون الترانزستور في حالة منحازة عكسية أو تم تأريض دبوس القاعدة أو عدم وجود جهد عليه ، يظل الترانزستور في حالة إيقاف التشغيل ولا يسمح بالتدفق الحالي من المجمع إلى الباعث (وتسمى أيضًا منطقة القطع).

إذا كان الترانزستور من النوع PNP ، فإنه عادةً ما يكون في حالة التشغيل ولكن لا يجب أن يُقال بشكل مثالي حتى يتم تأريض دبوس القاعدة تمامًا. بعد دبوس قاعدة التأريض ، سيكون الترانزستور في حالة منحازة عكسية أو يُقال إنه قيد التشغيل. نظرًا لأن الإمداد المقدم إلى دبوس القاعدة ، فإنه يتوقف عن توصيل التيار من المجمع إلى الباعث ويقال إن الترانزستور في حالة إيقاف التشغيل أو في حالة منحازة للأمام.

لحماية الترانزستور ، نقوم بتوصيل مقاومة في سلسلة معها ، لإيجاد قيمة تلك المقاومة نستخدم الصيغة أدناه:

R B = V BE / I B

أنواع مختلفة من الترانزستورات:

أساسا يمكننا تقسيم الترانزستور في فئتين ثنائي القطب مفرق الترانزستور (BJT) و ترانزستور تأثير المجال (FET). علاوة على ذلك يمكننا تقسيمها على النحو التالي:

ترانزستور مفرق ثنائي القطب (BJT)

يتكون الترانزستور ثنائي القطب من أشباه الموصلات المخدرة بثلاثة أطراف ، مثل القاعدة والباعث والمجمع. في هذا الإجراء ، كل من الثقوب والإلكترونات متورطة. كمية كبيرة من التيار الذي يمر في المجمع إلى الباعث يتحول عن طريق تعديل التيار الصغير من القاعدة إلى أطراف الباعث. وتسمى هذه أيضًا الأجهزة التي يتم التحكم فيها حاليًا. NPN و PNP هما جزءان رئيسيان من BJTs كما ناقشنا سابقًا. تم تشغيل BJT عن طريق إعطاء مدخلات للقاعدة لأنها ذات مقاومة أقل لجميع الترانزستورات. التضخيم هو الأعلى أيضًا لجميع الترانزستورات.

و أنواع BJT هي كما يلي:

1. NPN الترانزستور:

في المنطقة الوسطى من الترانزستور NPN ، أي القاعدة من النوع p والمنطقتان الخارجيتان ، أي الباعث والمجمع من النوع n.

في الوضع النشط الأمامي ، يكون ترانزستور NPN متحيزًا. بواسطة مصدر التيار المستمر Vbb ، سيكون تقاطع القاعدة إلى الباعث متحيزًا للأمام. لذلك ، في هذا التقاطع سيتم تقليل منطقة النضوب. المجمع إلى تقاطع القاعدة متحيز عكسيًا ، وسيتم زيادة منطقة استنفاد المجمع إلى تقاطع القاعدة. معظم ناقلات الشحنة عبارة عن إلكترونات لباعث من النوع n. يكون تقاطع باعث القاعدة متحيزًا للأمام بحيث تتحرك الإلكترونات نحو منطقة القاعدة. لذلك ، يتسبب هذا في تيار الباعث. منطقة القاعدة رقيقة ومخدرة قليلاً بالثقوب ، وتشكلت تركيبة ثقوب الإلكترون وتبقى بعض الإلكترونات في منطقة القاعدة. هذا يسبب قاعدة صغيرة جدا Ib الحالي. ينعكس تقاطع مجمع القاعدة متحيزًا إلى ثقوب في منطقة القاعدة والإلكترونات في منطقة المجمع ولكنه منحاز إلى الأمام للإلكترونات في منطقة القاعدة. الإلكترونات المتبقية من منطقة القاعدة التي تجذبها محطة التجميع تسبب تيار المجمع Ic. تحقق من المزيد حول NPN Transistor هنا.

2. PNP الترانزستور:

في المنطقة الوسطى للترانزستور PNP ، أي القاعدة من النوع n والمنطقتان الخارجيتان ، أي المجمع والباعث ، من النوع p.

كما ناقشنا أعلاه في ترانزستور NPN ، فإنه يعمل أيضًا في الوضع النشط. معظم ناقلات الشحنة عبارة عن فتحات للباعث من النوع p. بالنسبة لهذه الثقوب ، سيكون تقاطع باعث القاعدة متحيزًا للأمام ويتحرك نحو منطقة القاعدة. هذا يسبب الباعث الحالي أي. منطقة القاعدة رقيقة ومخدرة قليلاً بالإلكترونات ، وتشكلت تركيبة ثقوب الإلكترون وتبقى بعض الثقوب في منطقة القاعدة. هذا يسبب قاعدة صغيرة جدا Ib الحالية. يتم عكس تقاطع مجمع القاعدة متحيزًا للثقوب الموجودة في منطقة القاعدة والثقوب في منطقة المجمع ولكنه منحاز للأمام للفتحات الموجودة في منطقة القاعدة. الثقوب المتبقية في منطقة القاعدة التي تجذبها محطة التجميع تتسبب في تيار تجميع التيار المتردد. تحقق من المزيد حول ترانزستور PNP هنا.

ما هي تكوينات الترانزستور؟

بشكل عام ، هناك ثلاثة أنواع من التكوينات وأوصافها فيما يتعلق بالكسب كما يلي:

تكوين القاعدة المشتركة (CB): ليس له كسب حالي ولكن لديه زيادة في الجهد.

تكوين المجمع المشترك (CC): له مكسب حالي ولكن لا يوجد كسب للجهد.

تكوين الباعث المشترك (CE): له كسب حالي وكسب جهد.

تكوين قاعدة الترانزستور المشتركة (CB):

في هذه الدائرة ، يتم وضع القاعدة المشتركة لكل من المدخلات والمخرجات. لديها مقاومة منخفضة للمدخلات (50-500 أوم). تتميز بمقاومة عالية للإنتاج (1-10 ميغا أوم). تقاس الفولتية فيما يتعلق بالمطاريف الأساسية. لذلك ، سيكون جهد الدخل والتيار Vbe & Ie وسيكون جهد الإخراج والتيار Vcb & Ic.

  • سيكون المكسب الحالي أقل من الوحدة ، أي alpha (dc) = Ic / Ie
  • سيكون كسب الجهد مرتفعًا.
  • سيكون اكتساب الطاقة متوسطًا.

تكوين باعث الترانزستور المشترك (CE):

في هذه الدائرة ، يتم وضع الباعث بشكل مشترك لكل من المدخلات والمخرجات. يتم تطبيق إشارة الدخل بين القاعدة والباعث ويتم تطبيق إشارة الخرج بين المجمع والباعث. Vbb & Vcc هي الفولتية. لديها مقاومة عالية للمدخلات أي (500-5000 أوم). تتميز بمقاومة إنتاج منخفضة أي (50-500 كيلو أوم).

  • سيكون الربح الحالي مرتفعًا (98) أي بيتا (تيار مستمر) = Ic / Ie
  • كسب الطاقة يصل إلى 37 ديسيبل.
  • سيكون الإخراج 180 درجة خارج الطور.

تكوين مجمع الترانزستور المشترك:

في هذه الدائرة ، يتم وضع المجمع المشترك لكل من المدخلات والمخرجات. يُعرف هذا أيضًا باسم المتابع الباعث. تتميز بمقاومة عالية للمدخلات (150-600 كيلو أوم) ولها مقاومة خرج منخفضة (100-1000 أوم).

  • سيكون الكسب الحالي مرتفعًا (99).
  • سيكون كسب الجهد أقل من الوحدة.
  • سيكون اكتساب الطاقة متوسطًا.

ترانزستور تأثير المجال (FET):

يحتوي ترانزستور تأثير المجال على المناطق الثلاث مثل المصدر والبوابة والصرف. يطلق عليها أجهزة التحكم في الجهد لأنها تتحكم في مستوى الجهد. للتحكم في السلوك الكهربائي ، يمكن اختيار المجال الكهربائي المطبق خارجيًا ولهذا السبب يسمى ترانزستورات تأثير المجال. في هذا ، يتدفق التيار بسبب ناقلات الشحنة الغالبة ، أي الإلكترونات ، ومن ثم يُعرف أيضًا باسم الترانزستور أحادي القطب. تتميز بمقاومة عالية للمدخلات في ميغا أوم مع توصيل منخفض التردد بين الصرف والمصدر الذي يتحكم فيه المجال الكهربائي. FETs عالية الكفاءة وقوية وأقل تكلفة.

ترانزستور تأثير المجال هي من نوعين، أي، مفرق ترانزستور تأثير المجال (JFET) و ترانزستور تأثير المجال أكسيد المعادن (MOSFET). يمر التيار بين القناتين المسماة بـ n-channel و p-channel.

ترانزستور تأثير مجال التقاطع (JFET)

لا يحتوي ترانزستور تأثير مجال الوصلة على تقاطع PN ولكن بدلاً من مواد أشباه الموصلات عالية المقاومة ، فإنها تشكل قنوات سيليكون من النوع n & p لتدفق ناقلات الشحنة ذات الغالبية مع طرفين إما استنزاف أو محطة مصدر. في قناة n ، يكون تدفق التيار سالبًا بينما يكون تدفق التيار في القناة p موجبًا.

عمل JFET:

هناك نوعان من القنوات في JFET تسمى: n-channel JFET & p-channel JFET

N- قناة JFET:

هنا يجب أن نناقش العملية الرئيسية لـ n-channel JFET لشرطين على النحو التالي:

أولا ، عندما Vgs = 0 ،

قم بتطبيق جهد موجب صغير على طرف الصرف حيث يكون Vds موجبًا. بسبب هذا الجهد المطبق Vds ، تتدفق الإلكترونات من المصدر إلى الصرف مما يتسبب في معرف تيار التصريف. تعمل القناة بين الصرف والمصدر كمقاومة. دع قناة n تكون موحدة. تم إعداد مستويات الجهد المختلفة بواسطة معرف تيار التصريف ويتحرك من المصدر إلى الصرف. تكون الفولتية أعلى عند محطة الصرف وأقلها عند محطة المصدر. الصرف منحاز عكسيًا لذا فإن طبقة النضوب أوسع هنا.

يزيد Vds ، Vgs = 0 فولت

تزداد طبقة النضوب ، ويقل عرض القناة. يزداد Vds عند المستوى الذي تتلامس فيه منطقتان من النضوب ، وتعرف هذه الحالة باسم عملية القرصنة وتؤدي إلى خفض الجهد Vp.

هنا ، يسقط Id مقروص –off إلى 0 MA & Id يصل إلى مستوى التشبع. المعرف بـ Vgs = 0 يُعرف باسم تيار تشبع مصدر الصرف (Idss). زاد Vds عند Vp حيث يظل المعرف الحالي كما هو ويعمل JFET كمصدر تيار مستمر.

ثانيًا ، عندما لا يساوي Vgs 0 ،

تطبيق سلبي Vgs و Vds يختلف. يزداد عرض منطقة النضوب ، وتصبح القناة ضيقة وتزداد المقاومة. يتدفق تيار التصريف الأقل ويصل إلى مستوى التشبع. بسبب Vgs السالب ، ينخفض ​​مستوى التشبع ، ويقل المعرّف. ينخفض ​​الجهد الكهربائي باستمرار. لذلك يطلق عليه جهاز التحكم في الجهد.

خصائص JFET:

تظهر الخصائص مناطق مختلفة وهي كالتالي:

المنطقة الأومية: Vgs = 0 ، طبقة النضوب صغيرة.

منطقة القطع: تُعرف أيضًا باسم منطقة الضغط ، حيث تكون مقاومة القناة هي الحد الأقصى.

التشبع أو المنطقة النشطة: يتم التحكم فيها بواسطة جهد مصدر البوابة حيث يكون جهد مصدر التصريف أقل.

منطقة الانهيار: الجهد بين الصرف والمصدر هو سبب كبير لانهيار القناة المقاومة.

P- قناة JFET:

تعمل p-channel JFET مثل n-channel JFET ولكن حدثت بعض الاستثناءات ، على سبيل المثال ، بسبب الثقوب ، يكون تيار القناة موجبًا ويجب عكس قطبية الجهد المتحيز.

استنزاف التيار في المنطقة النشطة:

المعرف = Idss

مقاومة قناة مصدر الصرف: Rds = delta Vds / delta Id

ترانزستور تأثير مجال أكسيد المعدن (MOSFET):

يُعرف ترانزستور تأثير مجال أكسيد المعادن أيضًا باسم ترانزستور تأثير المجال الذي يتم التحكم فيه بالجهد. هنا ، يتم عزل إلكترونات بوابة أكسيد الفلز كهربائيًا من قناة n وقناة p بواسطة طبقة رقيقة من ثاني أكسيد السيليكون يُطلق عليها اسم الزجاج.

التيار بين الصرف والمصدر يتناسب طرديا مع جهد الدخل.

وهو عبارة عن جهاز ثلاثي الأطراف ، أي بوابة ، صرف ومصدر. هناك نوعان من MOSFET من خلال عمل القنوات ، أي ، p-channel MOSFET & n-channel MOSFET.

هناك نوعان من ترانزستور تأثير مجال أكسيد المعدن ، أي نوع الاستنفاد ونوع التحسين.

نوع النضوب : يتطلب Vgs ، أي جهد مصدر البوابة لإيقاف التشغيل ويكون وضع الاستنفاد مساويًا لمفتاح مغلق بشكل طبيعي.

Vgs = 0 ، إذا كانت Vgs موجبة ، تكون الإلكترونات أكثر وإذا كانت Vgs سالبة ، تكون الإلكترونات أقل.

نوع التحسين: يتطلب Vgs ، أي جهد مصدر البوابة للتشغيل ويكون وضع التحسين مساويًا للمفتاح المفتوح عادةً.

هنا ، المحطة الإضافية هي الركيزة المستخدمة في التأريض.

جهد مصدر البوابة (Vgs) أكبر من جهد العتبة (Vth)

طرق التحيز للترانزستورات:

يمكن إجراء التحيز من خلال الطريقتين ، أي التحيز الأمامي والانحياز العكسي بينما اعتمادًا على التحيز ، هناك أربع دوائر مختلفة للتحيز على النحو التالي:

انحياز القاعدة الثابتة وانحياز المقاومة الثابت:

في الشكل ، المقاومة الأساسية Rb متصلة بين القاعدة و Vcc. يكون تقاطع باعث القاعدة متحيزًا للأمام بسبب انخفاض الجهد Rb مما يؤدي إلى تدفق Ib خلاله. يتم الحصول على Ib هنا من:

Ib = (Vcc-Vbe) / Rb

ينتج عن هذا عامل ثبات (بيتا +1) مما يؤدي إلى ثبات حراري منخفض. هنا تعبيرات الفولتية والتيارات أي ،

Vb = Vbe = Vcc-IbRb Vc = Vcc-IcRc = Vcc-Vce Ic = Beta Ib Ie = Ic

تحيز ملاحظات المُجمع:

في هذا الشكل ، المقاوم الأساسي Rb متصل عبر المجمع ومحطة القاعدة للترانزستور. لذلك فإن جهد القاعدة Vb و جهد المجمع Vc متشابهان مع بعضهما البعض

Vb = Vc-IbRb حيث ، Vb = Vcc- (Ib + Ic) Rc

من خلال هذه المعادلات ، يقلل Ic Vc ، مما يقلل Ib ، ويقلل Ic تلقائيًا.

هنا ، سيكون عامل (بيتا +1) أقل من واحد ويؤدي Ib إلى تقليل كسب مكبر الصوت.

لذلك ، يمكن إعطاء الفولتية والتيارات

Vb = Vbe Ic = beta Ib Ie تقريبًا يساوي Ib

التحيز المزدوج للتغذية المرتدة:

في هذا الشكل ، هو النموذج المعدل على دائرة قاعدة ملاحظات المجمع. حيث أن بها دائرة إضافية R1 مما يزيد من الثبات. لذلك ، تؤدي الزيادة في المقاومة الأساسية إلى اختلافات في بيتا ، أي الكسب.

الآن،

I1 = 0.1 Ic Vc = Vcc- (Ic + I (Rb) Rc Vb = Vbe = I1R1 = Vc- (I1 + Ib) Rb Ic = beta Ib Ie يساوي تقريبًا Ic

انحياز ثابت بمقاوم باعث:

في هذا الشكل ، هي نفس دائرة التحيز الثابتة ولكنها تحتوي على باعث إضافي المقاوم Re متصل. يزداد Ic بسبب درجة الحرارة ، كما يزيد أيضًا مما يزيد من انخفاض الجهد عبر Re. ينتج عن هذا تقليل في Vc ، ويقلل Ib مما يعيد iC إلى قيمته الطبيعية. يقلل اكتساب الجهد بوجود Re.

الآن،

Ve = Ie Re Vc = Vcc - Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie يساوي تقريبًا Ic

باعث التحيز:

في هذا الشكل ، هناك نوعان من جهد الإمداد Vcc و Vee متساويان ولكنهما متعاكسان في القطبية ، وهنا يكون Vee منحازًا للأمام إلى تقاطع باعث القاعدة بواسطة Re & Vcc منحازًا عكسيًا لتقاطع قاعدة المجمع.

الآن،

Ve = -Vee + Ie Re Vc = Vcc- Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie يساوي تقريبًا Ib حيث ، Re >> Rb / beta Vee >> Vbe

مما يعطي نقطة تشغيل مستقرة.

انحياز تعليقات الباعث:

في هذا الشكل ، يستخدم كلاً من المُجمع كتعليقات وردود فعل الباعث لتحقيق استقرار أعلى. بسبب تدفق تيار الباعث ، يحدث انخفاض الجهد عبر المقاوم الباعث Re ، وبالتالي فإن تقاطع قاعدة الباعث سيكون متحيزًا للأمام. هنا ، تزداد درجة الحرارة ، تزداد Ic ، أي أيضًا تزداد. يؤدي هذا إلى انخفاض الجهد في Re ، ويقلل جهد المجمع Vc ويقل أيضًا Ib. ينتج عن هذا تقليل كسب الإخراج. يمكن إعطاء التعبيرات على النحو التالي:

Irb = 0.1 Ic = Ib + I1 Ve = IeRe = 0.1Vcc Vc = Vcc- (Ic + Irb) Rc Vb = Vbe + Ve = I 1 R1 = Vc- (I 1 + Ib0Rb) Ic = beta Ib Ie يساوي تقريبًا لاني ج

انحياز مقسم الجهد:

في هذا الشكل ، يستخدم شكل مقسم الجهد من المقاوم R1 و R2 لتحيز الترانزستور. ستكون أشكال الجهد عند R2 عبارة عن جهد أساسي حيث إنها تحيز للأمام تقاطع القاعدة-الباعث. هنا ، I2 = 10Ib.

يتم ذلك لإهمال تيار مقسم الجهد وتحدث تغييرات في قيمة بيتا.

Ib = Vcc R2 / R1 + R2 Ve = Ie Re Vb = I2 R2 = Vbe + Ve

Ic يقاوم التغيرات في كل من بيتا و Vbe مما ينتج عنه عامل ثبات 1. في هذا ، يزداد Ic بزيادة درجة الحرارة ، أي يزداد بزيادة جهد الباعث Ve مما يقلل من الجهد الأساسي Vbe. ينتج عن هذا تقليل قاعدة ib و ic الحالية إلى قيمها الفعلية.

تطبيقات الترانزستورات

  • تُستخدم الترانزستورات لمعظم الأجزاء في التطبيقات الإلكترونية مثل مضخمات الجهد والطاقة.
  • تستخدم كمفاتيح في العديد من الدوائر.
  • تستخدم في صنع دارات المنطق الرقمي مثل AND ، NOT إلخ.
  • يتم إدخال الترانزستورات في كل شيء ، أي أسطح الموقد في أجهزة الكمبيوتر.
  • تستخدم في المعالجات الدقيقة كرقاقات يتم فيها دمج مليارات الترانزستورات بداخلها.
  • في الأيام السابقة ، كانت تُستخدم في أجهزة الراديو ، وأجهزة الهاتف ، وسماعات الرأس ، إلخ.
  • أيضًا ، تم استخدامها سابقًا في الأنابيب المفرغة بأحجام كبيرة.
  • يتم استخدامها في الميكروفونات لتغيير الإشارات الصوتية إلى إشارات كهربائية أيضًا.
الصوت

اختيار المحرر

قصيرة

تيار متردد إلى دائرة محول التيار المستمر

متعدد

دارة محول باك بجهد 12 فولت إلى 5 فولت باستخدام MC34063

8

دائرة المحولات الكهرضغطية وتطبيقاتها