الجهاز ومبدأ تشغيل الترانزستور
لا يمكن المبالغة في الأهمية العملية للترانزستور ثنائي القطب للإلكترونيات الحديثة والهندسة الكهربائية. تُستخدم الترانزستورات ثنائية القطب في كل مكان اليوم: لتوليد الإشارات وتضخيمها ، وفي المحولات الكهربائية ، وفي المستقبلات وأجهزة الإرسال وفي أماكن أخرى كثيرة ، يمكن إدراجها لفترة طويلة جدًا.
لذلك ، في إطار هذه المقالة ، لن نتطرق إلى جميع المجالات الممكنة لتطبيق الترانزستورات ثنائية القطب ، ولكن سننظر فقط في الجهاز والمبدأ العام لتشغيل جهاز أشباه الموصلات الرائع هذا ، والذي تحول منذ الخمسينيات من القرن الماضي إلى صناعة الإلكترونيات بأكملها و منذ السبعينيات ساهم بشكل كبير في تسريع التقدم التقني.
الترانزستور ثنائي القطب هو جهاز أشباه الموصلات ثلاثي الأقطاب يتضمن ثلاث قواعد للتوصيل المتغير كقاعدة. وبالتالي ، فإن الترانزستورات هي من أنواع NPN و PNP. المواد شبه الموصلة التي تصنع منها الترانزستورات هي: السيليكون والجرمانيوم وزرنيخيد الغاليوم وغيرها.
السليكون والجرمانيوم ومواد أخرى هي في الأساس مواد عازلة للكهرباء ، ولكن إذا أضفت إليها شوائب ، فإنها تصبح أشباه موصلات. الإضافات إلى السيليكون مثل الفوسفور (مانح للإلكترون) ستجعل السيليكون أشباه موصلات من النوع N ، وإذا تمت إضافة البورون (متقبل الإلكترون) إلى السيليكون ، فسيصبح السيليكون أشباه موصلات من النوع P.
نتيجة لذلك ، فإن أشباه الموصلات من النوع N لها توصيل إلكتروني وأشباه الموصلات من النوع P لها توصيل ثقب. كما تفهم ، يتم تحديد الموصلية حسب نوع حاملات الشحنة النشطة.
لذلك ، فإن الفطيرة ثلاثية الطبقات من أشباه الموصلات من النوع P و N هي في الأساس ترانزستور ثنائي القطب. ترتبط بكل طبقة أطرافًا تسمى: Emitter و Collector و Base.
القاعدة هي قطب كهربائي للتحكم في الموصلية. الباعث هو مصدر الموجات الحاملة الحالية في الدائرة. المجمع هو المكان الذي تندفع فيه الناقلات الحالية تحت تأثير EMF المطبق على الجهاز.
تختلف رموز الترانزستورات ثنائية القطب NPN و PNP في المخططات. تعكس هذه التعيينات الجهاز ومبدأ تشغيل الترانزستور في الدائرة الكهربائية فقط. يتم رسم السهم دائمًا بين الباعث والقاعدة. اتجاه السهم هو اتجاه تيار التحكم الذي يتم تغذيته في دائرة باعث القاعدة.
لذلك ، في ترانزستور NPN ، يشير السهم من القاعدة إلى الباعث ، مما يعني أنه في الوضع النشط ، تندفع الإلكترونات من الباعث إلى المجمع ، بينما يجب توجيه تيار التحكم من القاعدة إلى الباعث.
في ترانزستور PNP ، يكون الأمر عكس ذلك تمامًا: يتم توجيه السهم من الباعث إلى القاعدة ، مما يعني أنه في الوضع النشط ، فإن الثقوب من اندفاع الباعث إلى المجمع ، بينما يجب توجيه تيار التحكم من الباعث إلى قاعدة.
دعونا نرى لماذا يحدث هذا. عندما يتم تطبيق جهد موجب ثابت على قاعدة ترانزستور NPN (في منطقة 0.7 فولت) بالنسبة إلى الباعث الخاص به ، يكون تقاطع الباعث الأساسي pn لترانزستور NPN هذا (انظر الشكل) متحيزًا للأمام ، والحاجز المحتمل بين تتناقص قاعدة تقاطع المجمع والباعث الأساسي ، والآن يمكن للإلكترونات أن تتحرك من خلاله تحت تأثير EMF في دائرة المجمع-الباعث.
مع وجود تيار أساسي كافٍ ، سينشأ تيار المجمع-الباعث في هذه الدائرة ويتجمع مع تيار باعث القاعدة. سيتم تشغيل ترانزستور NPN.
تسمى العلاقة بين تيار المجمع وتيار التحكم (القاعدة) الكسب الحالي للترانزستور. هذه المعلمة واردة في وثائق الترانزستور ويمكن أن تختلف من وحدات إلى عدة مئات.
عندما يتم تطبيق جهد سلبي ثابت على قاعدة ترانزستور PNP (في منطقة -0.7 فولت) بالنسبة إلى الباعث الخاص به ، يكون تقاطع القاعدة-الباعث np الخاص بترانزستور PNP متحيزًا للأمام ، والحاجز المحتمل بين المجمع- تقاطع القاعدة والقاعدة - ينخفض جهاز الإرسال ، والآن يمكن للثقوب أن تتحرك من خلاله تحت تأثير EMF في دائرة المجمع-الباعث.
لاحظ قطبية العرض لدائرة المجمع. مع وجود تيار أساسي كافٍ ، سينشأ تيار المجمع-الباعث في هذه الدائرة ويتجمع مع تيار باعث القاعدة. سيتم تشغيل ترانزستور PNP.
يشيع استخدام الترانزستورات ثنائية القطب في أجهزة مختلفة في مكبر الصوت أو الحاجز أو التبديل.
في وضع التعزيز ، لا ينخفض تيار القاعدة أبدًا عن تيار التثبيت ، مما يحافظ على الترانزستور في حالة توصيل مفتوح في جميع الأوقات. في هذا الوضع ، تبدأ التذبذبات الحالية للقاعدة المنخفضة التذبذبات المقابلة عند تيار جامع أعلى بكثير.
في وضع المفتاح ، يتحول الترانزستور من حالة مغلقة إلى حالة مفتوحة ، حيث يعمل كمفتاح إلكتروني عالي السرعة. في وضع الحاجز ، عن طريق تغيير تيار القاعدة ، يتم التحكم في تيار الحمل المتضمن في دائرة المجمع.
أنظر أيضا:مفتاح الترانزستور الإلكتروني - مبدأ التشغيل والتخطيط