ملخص عن الترانوستورات

كلّ ما تحتاج أن تعرفه عن الترانزستور

يهدف هذا المقال إلى تلخيص أهمّ النقاط في الترانزستورات ثنائيّة القطبيّة والترانزستورات الحقليَّة FET، حيث من خلال معرفتنا السابقة ببنية ومبدأ عمل الترانزستورات ثنائيّة القطبيّة BJT بنوعيها NPN وPNP بالإضافة إلى الترانزستورات ذات الأثر الحقلي FET بنوعيها الترانزستورات الحقليَّة ذات البوابة المعزولة وذات البوابة المتصلة سنقوم بتلخيص أهمّ النقاط التي تخصُّهم كما يلي:

ترانزستور BJT بنوعيه NPN وPNP
ترانزستور BJT بنوعيه NPN وPNP (مصدر الصورة: موقع electronics-tutorials)

أولاً: الترانزستورات ثنائيَّة القطبيَّة Bipolar Junction Transistor BJT

  • ترانزستورات BJT هي عبارة عن أجهزة مكوَّنة من ثلاث طبقات تتشكّل بنيتها من ديودين من أنصاف النواقل متّصلين ببعضهما، حيثُ أحد الديودات يكون منحازاً أمامياً والآخر منحازاً عكسياً.
  • يوجد نوعان رئيسيَّان للترانزستورات BJT، هما: ترانزستور NPN وترانزستور PNP.
  • يعتمد مبدأ عمل ترانزستورات BJT على التيّار، حيث مرور تيّار صغير في القاعدة Base يؤدّي إلى مرور تيّار أكبر من الباعث Emitter إلى المجمّع Collector، حيثُ تيّار الباعث وتيّار المجمّع متساويان تقريباً.
  • يدلّ السهم في رمز الترانزستور على الجهة الاصطلاحيّة لتدفّق التيّار.
  • الترانزستور ذو وصلة الباعث المشترك Common Emitter CE هو أكثر الأنواع شيوعاً، ولكن تتوفّر أيضاً الترانزستورات ذات وصلة القاعدة المشتركة Common Base CB وذات وصلة المجمع المشترك Common Collector CC.
  • يُتَطلّب جهد انحياز في عمليّة تضخيم التيّار المتردّد.
  • تكون دائماً وصلة باعث-قاعدة منحازة أماميّاً، بينما تكون دائماً وصلة مجمع-قاعدة منحازة عكسيّاً.
  • تُعطى المعادلة القياسيَّة لتدفُّق التيارات في الترانزستور بالعلاقة التالية: IE= IB + IC
  • من خلال منحنيات المجمّع أو خصائص الخرج يمكن إيجاد IC أو IB أو β والتي يمكن من خلالها إيجاد خط الحمل لتحديد نقطة العمل المناسبة، حيث من خلال تحديد نقطة العمل Q مع وجود تباين في تيّار القاعدة يُحدَّد مجال العمل.
  • يمكن استخدام الترانزستور أيضاً كمفتاح إلكترونيّ بين مناطق تَشبُّعِهِ ومناطق القطع الخاصّة به للتحكّم في الأجهزة، مثل: المصابيح، والمحرّكات، والملفات اللولبية… إلخ.
  • تتطلّب الأحمال الحثيَّة، مثل محرّكات التيّار المستمرّ والريليه، وضع ديود ذي انحياز عكسيّ Flywheel عبر الحمولة، حيث تساعد هذه الطريقة على منع أي قوة دافعة كهربائيّة متولِّدة عندما يتمّ فصل الحمل OFF Switched من العودة، وبالتالي حماية الترانزستور من أن يُدمَّر نتيجة هذه القوة الدافعة الكهربائيّة Electromotive force emf.
  • يتطلَّب الترانزستور من النوع NPN أن تكون القاعدة موجبة أكثر من الباعث، بينما يتطلّب الترانزستور من النوع PNP باعث موجب أكثر من القاعدة.

ثانياً: الترانزستورات ذات الأثر الحقلي Field Effect Transistor FET

  • الترانزستورات ذات الأثر الحقلي (الترانزستورات الحقلية) هي أجهزة يعتمد مبدأ عملها على الجهد، ولها نوعان رئيسيَّان: الترانزستورات الحقلية ذات البوابة المتصلة Junction-gate، وتدعى JFET’s، والترانزستورات الحقلية ذات البوابة المعزولة Insulated-gate، وتُدعى IGFET´s، والمعروفة بشكل شائع بـ MOSFETs.
  • الترانزستورات ذات البوابة المعزولة يمكن أن تقسم إلى قسمين:

1- الأنواع ذات النمط الإغنائي Enhancement types.

2- الأنواع ذات النمط الإفقاري Depletion types.

حيث كل الأشكال متوفرة بالنسخ ذات القناة -N وذات القناة -P.

  • تتميّز الترانزستورات الحقلية بمقاومة دخل كبيرة جداً، وبالتالي تيّار دخل صغير جداً أو معدوم، كما في أنواع MOSFET، ممّا يجعلها مثاليّة من أجل الاستخدام كمفتاح إلكتروني.
  • تتميّز ترانزستورات MOSFET بممانعة دخل أعلى من ممانعة دخل ترانزستورات JFET، وذلك بسبب وجود طبقة الأُكسيد العازلة، بالإضافة إلى ذلك يجب التعامل مع ترانزستورات MOSFET بحذر كبير لأنَّ الكهرباء الساكنة قادرة على تدمير MOSFET بسهولة، لذلك يجب إمساكهم بحذر.
  • في الترانزستورات الحقليّة ذات النمط الإغنائي، عندما يكون الجهد المطبَّق على البوابة معدوماً سيكون الترانزستور في وضعية OFF المشابهة لحالة مفتاح كهربائي مفتوح open switch.
  • تكون الترانزستورات الحقلية ذات النمط الإفقاري موصلة بطبيعتها، وتكون بوضعية ON عندما يكون الجهد المطبَّق على البوابة معدوماً مشابهة لحالة مفتاح كهربائي مغلق closed switch.
  • تمتاز الترانزستورات الحقلية بامتلاكها ربح تيّار أعلى بالمقارنة مع الترانزستورات ثنائيَّة القطبيَّة.
  • تتواجد الترانزستورات الحقلية الأكثر شيوعاً بوصلة مشتركة من النوع وصلة المنبع المشترك(Common Source (CS، ولكن كلّاً من وصلة البوابة المشتركة (Common Gate (CG ووصلة المصرف المشترك (Common Drain (CD هي أيضاً متوفّرة.
  • يمكن استخدام ترانزستورات MOSFETS كمفاتيح كهربائية مثاليّة، وذلك حسب مقاومة القناة، حيث عندما تكون مقاومة القناة عالية جداً فهي تعبّر عن حالة OFF، بينما عندما تكون مقاومة القناة منخفضة فهي تعبّر عن حالة ON.
  • ترانزستورات JFET ذات القناة -N لجعلها تمثّل حالة OFF فيجب تطبيق جهد سلبيّ على البوابة.
  • ترانزستورات JFET ذات القناة -P لجعلها تمثّل حالة OFF فيجب تطبيق جهد موجب على البوابة.
  • ترانزستورات MOSFETS ذات النمط الإفقاري ذات القناة -N تكون في حالة OFF عندما يتمّ تطبيق جهد سالب على البوابة وذلك لخلق المنطقة المجردة.
  • ترانزستورات MOSFETS ذات النمط الإفقاري ذات القناة -P تكون في حالة OFF عندما يتمّ تطبيق جهد موجب على البوابة وذلك لخلق المنطقة المجردة.
  • ترانزستورات MOSFETS ذات النمط الإغنائي ذات القناة -N تكون في حالة ON عندما يتمّ تطبيق جهد موجب على البوابة.
  • ترانزستورات MOSFETS ذات النمط الإغنائي ذات القناة -P تكون في حالة ON عندما يتمّ تطبيق جهد سالب على البوابة.

ثالثاً: مخطط الترانزستور الحقلي FET

مخطط FET
مخطط FET (مصدر الصورة: موقع electronics-tutorials)

في الجدول  التالي سنبيّن حالة الانحياز على البوابة للترانزستور بنوعيه، الترانزستور الحقلي ذو البوابة المتصلة JFET والترانزستور الحقلي ذو البوابة المعزولة بطبقة من مادة نصف ناقلة من أكسيد المعدن(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET:

حالات انحياز البوابة للترانزستور JFET وMOSFET
حالات انحياز البوابة للترانزستور JFET وMOSFET (مصدر الصورة: موقع electronics-tutorials)

رابعاً: الاختلافات ما بين الترانزستور الحقلي والترانزستور ثنائيّ القطبيَّة

يمكن استخدام الترانزستورات الحقليَّة لتحلّ محلّ الترانزستورات ثنائيّة القطبيَّة في الدارات الإلكترونية، وفي الجدول التالي سنقوم بمقارنة بسيطة بين محاسن ومساوئ كليهما:

Field Effect Transistor (FET) Bipolar Junction Transistor (BJT)
1 ربح جهد منخفض ربح جهد كبير
2 ربح تيّار كبير ربح تيّار منخفض
3 ممانعة دخل كبيرة جداً ممانعة دخل صغيرة
4 ممانعة خرج كبيرة ممانعة خرج صغيرة
5 توليد ضجيج منخفض توليد ضجيج متوسط
6 زمن تبديل سريع زمن تبديل متوسط
7 تتدمّر بسهولة بالكهرباء الساكنة متينة
8 بعض منها يتطلّب أي دخل لتحويلها للوضعية OFF تتطلّب دخل صفري لتحويلها للوضعية OFF
9 يُتَحكَّم بها عن طريق الجهد يُتَحكَّم بها عن طريق التيّار
10 يعرض خصائص المقاومة
11 أكثر تكلفة رخيص
12 ينحاز بصعوبة ينحاز بسهولة

 

خامساً: ترانزستورات PNP وNPN المتتامة

الجدول في الشكل التالي يبيّن قائمة بالأنواع للترانزستورات ثنائية القطبيَّة والتي يمكن استخدامها في العديد من الأغراض العامّة، مثل: تبديل الريليه منخفض التيّار، وقيادة اللدات ومصابيح الإضاءة، بالإضافة إلى استخدامها في تطبيقات المضخّمات، وتطبيقات الهزاز.

ترانزستورات PNP وNPN التكميلية
ترانزستورات PNP وNPN التكميلية (مصدر الصورة: موقع electronics-tutorials)

المصدر: هنا

ترجمة: عبدالله قدور, مراجعة: علي العلي, تدقيق لغوي: سلام أحمد, تصميم: علي العلي, تحرير: كرم ديوب.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *