ترانزیستور دو قطبی یا BJT

مقدمه

ما در آموزش ترانزیستور دو قطبی یا BJT قسط داریم تا شماهارو بهتر با ترانزیستور دو قطبی آشناکنیم 

یکی دیگر از قطعات پر کاربرد در الکترونیک ، ترانزیستور می باشد .ترانزیستور به عنوان سوییچ ، تقویت کننده ، تثبیت کننده ولتاژ و نوسان ساز و … در مدار های الکترونیکی کاربرد دارد. ترانزیستور ها در چند گروه اصلی تقسیم بندی می شوند .

که در این بخش ترانزیستور های BJT را بررسی می کنیم. در این فصل به ساختمان ترانزیستور و بایاسینگ و خط بار می پردازیم.

ترانزیستور چیست:

یکی از مهمترین قطعات الکترونیکی و یکی از ادوات حالت جامد است که از مواد نیمه رسانایی مانند سیلیسیم و ژرمانیم ساخته می‌شود.

یک ترانزیستور در ساختار خود دارای پیوندهای نوع N ونوع P می‌باشد.

ترانزیستورهای جدید به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند:

1. ترانزیستورهای اتصال دوقطبی (BJT)
2. ترانزیستورهای اثر میدانی (FET).

ترانزیستور bjt:  

 از سه نیمه هادی نوع p وnتشکیل شده است. نحوه قرار گرفتن کریستال های نیمه هادی بصورت زیر است

ترانزیستور هایی که از دو قطعه نیمه هادی نوع Pو یک قطعه نیمه هادی نوعnساخته شده است.

ترانزیستور Pnpوترانزیستوری که شامل دو قطعه نیمه هادی نوع nویک قطعه نیمه هادی نوع pاست،ترانزیستور npnنام دارد.

همچنین در شکل زیر نماد فنی آن را مشاهده مینمایید.

پایه های ترانزیستور  را امیتر (E)،بیس(B)،کلکتور(C)مینامند.

در شکل زیر لایه های آن را مشاهده میکنید پایه های خرجی ترانزیستور را به ترتیب امیتر (منتشر کننده=emitter)،بیس (پایه=base)وکلکتور (جمع کننده=collector)نام گذاری کرده اند.

معادل دیودی ترانزیستور npnوpnp:

هر اتصال p-nمعادل یک دیود است لذا معادل دیودی  npn وpnpدر شکل (۱) رسم شده است.

شکل (۱)معادل دیودی ترانزیستور

نحوه بایاس نمودن ترانزیستور در بایاس موافق:

درمنطقه فعال لازم است دیود بیس امیتر در بایاس موافق و دیود بیس کلکتور در بایاس مخالف قرار گیرد تا جریان ها در آن برقرار شوند.

شکل زیر نحوه بایاس نمودن یک  npnرا در منطقه فعال نشان میدهد.

نحوه بایاس نمودن ترانزیستور در بایاس مخالف:

اتصال بیس –امیتر در بایاس معکوس و اتصال بیس-کلکتور نیز در بایاس معکوس است.

این نوع اتصال در شکل زیر نمایش داده شده است همان طوری که از مدار معادل پیداست ، هر دو دیود در بایاس معکوس و قطع اند .

لذا جریان IE و ICبرابر صفر است (البته جریان بسیار ضعیفی در اثر شکستن پیوند ها در دمای معمولی از مدار عبور میکند {جریان اشباع معکوس}، که ما فعلا آن را در نظر نمیگیریم ).

ترانزیستور در این حالت هیچ عملی انجام نمیدهد.

انواع آرایش ترانزیستور:

آرایش امیتر مشترک:در  این آرایش پایه امیتر بین ورودی و خروجی مدار مشترک است . و سبب نام گذاری  این آرایش نیز به دلیل مشترک بودن پایه ی امیتر است.

آرایش بیس مشترک: دراین آرایش چون پایه ی بیس بین ورودی و خروجی مشترک است آرایش آن نیز بیس مشترک است.

آرایش کلکتور مشترک: پایه مشترک بین ورودی و خروجی در این آرایش کلکتور است و به دلیل مشترک بودن چایه ی کلکتور نیز به آن کلکتور مشترک می گویند.

ناحیه کاری ترانزیستوری(بیشتر بدانید)

ناحیه قطع:

حالتی است که  در آن ناحیه فعالیت خاصی انجام نمی‌دهد.

ناحیه فعال :

اگر ولتاژ بیس را افزایش دهیم ترانزیستور از حالت قطع بیرون امده و به ناحیه فعال وارد می‌شود در حالت فعال مثل یک عنصر تقریباً خطی عمل می‌کند.

حالت اشباع:

اگر ولتاژبیس را همچنان افزایش دهیم به ناحیه‌ای می‌رسیم که با افزایش جریان ورودی در بیس دیگر شاهد افزایش جریان بین کلکتور و امیتر نخواهیم بود به این حالت می‌گویند حالت اشباع

و اگر جریان ورودی به بیس زیاد تر شود امکان سوختن ترانزیستور وجود دارد.

طرز کار پیوند ترانزیستور (بیشتر بدانید)

طرز کار ترانزیستور را با استفاده از نوع npn مورد بررسی قرار می‌دهیم. طرز کار pnp هم دقیقاً مشابه npn خواهد بود، به شرط اینکه الکترونها و حفره‌ها با یکدیگر عوض شوند.

در نوع npn به علت تغذیه مستقیم دیود امیتر ناحیه تهی کم عرض می‌شود،

در نتیجه حاملهای اکثریت یعنی الکترونها از ماده n به ماده p هجوم می‌آورند. حال اگر دیود بیس _ کلکتور را به حالت معکوس تغذیه نمائیم، دیود کلکتور به علت بایاس معکوس عریض‌تر می‌شود.

الکترونهای جاری شده به ناحیه p در دو جهت جاری می‌شوند، بخشی از آنها از پیوندگاه کلکتور عبور کرده، به ناحیه کلکتور می‌رسند.

و تعدادی از آنها با حفره‌های بیس بازترکیب شده

و به عنوان الکترونهای ظرفیت به سوی پایه خارجی بیس روانه می‌شوند، این مولفه بسیار کوچک است.

جهت جریان ها در ترانزیستور(بیشتر بدانید)

جریانی از کلکتور عبور میکند با حرف IC، جریانی که از بیس عبور میکند با حرف IB وجریانی کهک از امیتر عبور میکند با حرف IEنشان داده می شود

همان طوری که در شکل ۱۳-۵ نشان داده شده است،جریانی که از امیتر عبور میکند ،به دو انشعاب تقسیم می شود.

قسمت بسیار کمی از جریان از بیس و قسمت اعظم آن از کلکتور عبور می کند .

لذا جریان امیتر برابر است با جریان بیس به علاوه کلکتور ، یعنی :

IE=IB+IC

نام گذاری ولتاژ های ترانزیستور:

برای این که بتوان از ترانزیستور به عنوان تقویت کننده ی سیگنال های الکتریکی یا… استفاده نمود، باید آن را با ولتاژ dcتغذیه کرد.

درحالت ولتاژ هایی که به قسمت های مختلف آن اعمال میشوند با هم فرق میکنند در این قسمت به نام گذاری قسمت های مختلف میپردازیم.

انواع بایاس ترانزیستور:

الف) بایاس ثابت

ب)بایاس خودکار:

ج)بایاس سرخود:

روش های تست ترانزیستور :

اول مولتی متر را در تست دیود قرار میدهیم.

دوم همان طور که در شکل زیر مشاهده مینمایید برای تشخیص پایه اول کابل مثبت مولتی متر را به یکی از

پایه ها زده  وبه عنوان پایه مشترک در نظر میگیرم و کابل منفی مولتی متر را با دو پایه دیگر تست میکنیم.

اگر مقدار عددی که مولتی متر نشان میدهد بیشتر از پایه دیگری باشد پایه مشتر ک بیس و پایه ممنفی پراپ

امیتر و آن پاییه ای که اعداد کمتر نمایش داده است کلکتور است این روش تست برای  NPN است.

برای PNP کافیست جای پراپ مثبت و منفی را عوض نماییم و روش بالا را دنبال نمایید.

ترانزیستور های کاربرد عمومی وسیگنال کوچک:

این  قطعات معمولا برای تقویت سیگنال هایی با ولتاژ و جریان با دامنه کم به کار میروند.

و معمولا در تقویت کننده های قدرت پایین یا متوسط یا برای مدار های کلیدی به کار میروند.

بدنه آن ها معمولا پلاستیکی یا فلزی است و حداکثر توان مجاز آن ها معمولا ۵۰۰ میلی وات است.

ترانزیستور های قدرت:

این ترانزیستور ها قادر به تقویت سیگنال هایی با ولتاژ و جریان ودامنه زیاد هستند و معمولا در تقویت سیگنال های بزرگ به کار میروند.

حداکثر توان مجاز آن ها از ۵۰۰ میلی وات تا چند ده وات است.

بدنه آن ها فلزی است و به کلکتور اتصال دارد تا بتواند با محیط تبادل گرما کند.

و در توان بالا بدنه به گرماگیر یا هیت سینگ  متصل میگردد.

ترانزیستور های فرکانس بالا:

این ترانزیستورها به تغییر ولتاژ و شدت جریان ورودی خود که فرکانس فوق العاده زیادی دارند به سرعت پاسخ میدهند.

مقدار فرکانس قطع آن ها چندین مگاهرتز تا گیگاهرتز است.

و از لحاظ ظاهر شبیه ترانزیستور قدرت است.

فتو ترانزیستور:

مطابق شکل زیر  بیس ترانزیستور باز باشد . جریان ضعیفی در اتصال دیود کلکتور بیس که در بایاس مخالف قرار دارد ایجاد میشود.

این جریان که ناشی از حامل های اقلیت بوده و در اثر حرارت ایجاد شده است جریان اشباه معکوس یا جریان نشتی گویند.

به علت آزاد بودن بیس، تمام جریان اشباع معکوس از بیس عبور نموده ودر کلکتور جریان IC=BDCIB را ایجاد می نماید.

اتصال p  وn کلکتور بیس ک در بایاس مخالف است علاوه بر حساس بودن به حرارت ، به نور نیز حساس است.

در ترانزیستور نوری، نور از طریق یک دریچه به اتصال کلکتور بیس برخورد میکند و جریان نشتی افزایش می دهد و در نتیجه جریان ic افزایش می یابد.

به این ترتیب نور به تغییر جریان الکتریکی  تبدیل میشود این پدیده اساس کار فتو ترانزیستور را تشکیل میدهد.

ساختمان داخلی

      نماد

بایاس و تنظیم حساسیت فتوترانزیستور:

میتوان مقاومت متغیری را در بیس آن قرار داد و میزان حساسیت ان را تنظیم نمودالبته استفاده از مدار rbمعقول تر است.

نتیجه:

در آموزش ترانزیستور دو قطبی یا BJT متوجه شدیم که ترانزیستور از مواد نیمه رسانایی مانند سیلیسیم و ژرمانیم ساخته می‌شود.

یک ترانزیستور در ساختار خود دارای پیوندهای نوع N ونوع P می‌باشد.

امیدوارم از مطلب ترانزیستور دو قطبی یا BJT لذت برده باشید.

برای دریافت اخبار و فیلم و مطالب آموزشی جالب و دیدنی به کانال   و اینستاگرام مراجعه نمایید.

با آروزوی موفقیت برای شما عزیزان