آموزش رایگان سیلواکو Silvaco

انواع ترانزیستور

ترانزیستور را معمولاً به عنوان یکی از قطعات الکترونیک می‌‌شناسند. ترانزیستور یکی از ادوات حالت جامد است که از مواد نیمه رسانایی مانند سیلیسیم ساخته می‌شود.

” اگر در شبیه سازی سیلواکو دچار مشکل شده اید، حتما با متخصصین حامی پروژه تماس بگیرید”

سیلواکو: کاربرد ترانزیستور

ترانزیستور هم در مدارات الکترونیک آنالوگ و هم در مدارات الکترونیک دیجیتال کاربردهای بسیار وسیعی دارد. در آنالوگ می‌توان از آن به عنوان تقویت کننده یا تنظیم کننده ولتاژ (رگولاتور) و … استفاده کرد. کاربرد ترانزیستور در الکترونیک دیجیتال شامل مواردی مانند پیاده سازی مدار منطقی، حافظه، سوئیچ کردن و … می‌شود.به جرات می توان گفت که ترانزیستور قلب تپنده الکترونیک است.

سیلواکو: عملکرد ترانزیستور

ترانزیستور از دیدگاه مداری یک عنصر سه‌پایه می‌‌باشد که با اعمال یک سیگنال به یکی از پایه‌های آن میزان جریان عبور کننده از دو پایه دیگر آن را می‌توان تنظیم کرد. برای عملکرد صحیح ترانزیستور در مدار باید توسط المان‌های دیگر مانند مقاومت‌ها و … جریان‌ها و ولتاژهای لازم را برای آن فراهم کرد و یا اصطلاحاً آن را بایاس کرد.

سیلواکو: انواع ترانزیستور

دو دسته مهم از ترانزیستورها BJT (ترانزیستور دوقطبی پیوندی) (Bipolar Junction Transistors) و FET (ترانزیستور اثر میدان) (Field Effect Transistors) هستند. ترانزیستورهای اثزمیدان یا FET‌ها نیز خود به دو دسته ی ترانزیستور اثر میدان پیوندی(JFET) و MOSFET‌ها (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) تقسیم می‌شوند.

سیلواکو: ترانزیستور دوقطبی پیوندی

در ترانزیستور دو قطبی پیوندی با اعمال یک جریان به پایه بیس جریان عبوری از دو پایه کلکتور و امیتر کنترل می‌شود. ترانزیستورهای دوقطبی پیوندی در دونوع npn و pnp ساخته می‌شوند. بسته به حالت بایاس این ترانزیستورها ممکن است در ناحیه قطع، فعال و یا اشباع کار کنند. سرعت بالای این ترانزیستورها و بعضی قابلیت‌های دیگر باعث شده که هنوز هم از آنها در بعضی مدارات خاص استفاده شود.

سیلواکو: ترانزیستور اثر میدان پیوندی(JFET)

در ترانزیستورهای JFET(Junction Field Effect Transistors) در اثر میدان، با اعمال یک ولتاژ به پایه گیت میزان جریان عبوری از دو پایه سورس و درین کنترل می‌شود. ترانزیستور اثر میدانی بر دو قسم است: نوع n یا N-Type و نوع p یا P-Type. از دیدگاهی دیگر این ترانزیستورها در دو نوع افزایشی و تخلیه‌ای ساخته می‌شوند.نواحی کار این ترانزستورها شامل “فعال” و “اشباع” و “ترایود” است این ترانزیستورها تقریباً هیچ استفاده‌ای ندارند چون جریان دهی آنها محدود است و به سختی مجتمع می‌شوند.

سیلواکو: انواع ترانزیستور پیوندی

pnp

شامل سه لایه نیم هادی که دو لایه کناری از نوع p و لایه میانی از نوع n است و مزیت اصلی آن در تشریح عملکرد ترانزیستور این است که جهت جاری شدن حفره‌ها با جهت جریان یکی است.

npn

شامل سه لایه نیم‌ هادی که دو لایه کناری از نوع n و لایه میانی از نوع p است. پس از درک ایده‌های اساسی برای قطعه ی pnp می‌توان به سادگی آنها را به ترانزیستور پرکاربردتر npn مربوط ساخت.

ساختمان ترانزیستور پیوندی ترانزیستور دارای دو پیوندگاه است. یکی بین امیتر و بیس و دیگری بین بیس و کلکتور. به همین دلیل ترانزیستور شبیه دو دیود است. دیود سمت چپ را دیود بیس _ امیتر یا صرفاً دیود امیتر و دیود سمت راست را دیود کلکتور _ بیس یا دیود کلکتور می‌نامیم. میزان ناخالصی ناحیه وسط به مراتب کمتر از دو ناحیه جانبی است. این کاهش ناخالصی باعث کم شدن هدایت و بالعکس باعث زیاد شدن مقاومت این ناحیه می‌گردد.

امیتر که به شدت آلائیده شده، نقش گسیل و یا تزریق الکترون به درون بیس را به عهده دارد. بیس بسیار نازک ساخته شده و آلایش آن ضعیف است و لذا بیشتر الکترونهای تزریق شده از امیتر را به کلکتور عبور می‌دهد. میزان آلایش کلکتور کمتر از میزان آلایش شدید امیتر و بیشتر از آلایش ضعیف بیس است و کلکتور الکترونها را از بیس جمع‌آوری می‌کند.

سیلواکو: بازسازی اولین ترانزیستور جهان

طرز کار ترانزیستور پیوندی طرز کار ترانزیستور را با استفاده از نوع npn مورد بررسی قرار می‌دهیم. طرز کار pnp هم دقیقا 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.

سیلواکو: شیوه ی اتصال ترازیستورها

اتصال بیس مشترک در این اتصال پایه بیس بین هر دو بخش ورودی و خروجی مدار مشترک است. جهتهای انتخابی برای جریان شاخه‌ها جهت قراردادی جریان در همان جهت حفره‌ها می‌شود.

اتصال امیتر مشترک مدار امیتر مشترک بیشتر از سایر روشها در مدارهای الکترونیکی کاربرد دارد و مداری است که در آن امیتر بین بیس و کلکتور مشترک است. این مدار دارای امپدانس ورودی کم بوده، ولی امپدانس خروجی مدار بالا می‌باشد.

اتصال کلکتور مشترک اتصال کلکتور مشترک برای تطبیق امپدانس در مدار بکار می‌رود، زیرا برعکس حالت قبلی دارای امپدانس ورودی زیاد و امپدانس خروجی پائین است. اتصال کلکتور مشترک غالبا به همراه مقاومتی بین امیتر و زمین به نام مقاومت بار بسته می‌شود.

 سیلواکو: ترانزیستور اثر میدان MOS

این ترانزیستورها نیز مانند Jfet‌ها عمل می‌کنند با این تفاوت که جریان ورودی گیت آنها صفر است. همچنین رابطه جریان با ولتاژ نیز متفاوت است. این ترانزیستورها دارای دو نوع PMOS و NMOS هستند که فناوری استفاده از دو نوع آن در یک مدار تکنولوژی CMOS نام دارد. این ترانزیستورها امروزه بسیار کاربرد دارند زیرا براحتی مجتمع می‌شوند و فضای کمتری اشغال می‌کنند. همچنین مصرف توان بسیار ناچیزی دارند. به تکنولوژی‌هایی که از دو نوع ترانزیستورهای دوقطبی و Mosfet در آن واحد استفاده می‌کنند Bicmos می‌گویند. البته نقطه کار این ترانزیستورها نسبت به دما حساس است وتغییر می‌کند. بنابراین بیشتر در سوئیچینگ بکار می‌‌روند AMB

سیلواکو: ساختار و طرز کار ترانزیستور اثر میدانی – فت

ترانزیستور اثر میدانی ( فت ) – FET همانگونه که از نام این المام مشخص است، پایه کنترلی آن جریانی مصرف نمی کند و تنها با اعامل ولتاژ و ایجاد میدان درون نیمه هادی ، جریان عبوری از FET کنترل می شود. به همین دلیل ورودی این مدار هیچ کونه اثر بارگذاری بر روی طبقات تقویت قبلی نمی گذارد و امپدانس بسیار بالایی دارد.

فت دارای سه پایه با نهامهای درِین D – سورس S و گیت G است که پایه گیت ، جریان عبوری از درین به سورس را کنترل می نماید. فت ها دارای دو نوع N کانال و P کانال هستند. در فت نوع N کانال زمانی که گیت نسبت به سورس مثبت باشد جریان از درین به سورس عبور می کند . FET ها معمولاً بسیار حساس بوده و حتی با الکتریسیته ساکن بدن نیز تحریک می گردند. به همین دلیل نسبت به نویز بسیار حساس هستند.

نوع دیگر ترانزیستورهای اثر میدانی MOSFET ها هستند ( ترانزیستور اثر میدانی اکسید فلزی نیمه هادی – Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ) یکی از اساسی ترین مزیت های ماسفت ها نویز کمتر آنها در مدار است.

فت ها در ساخت فرستنده باند اف ام رادیو نیز کاربرد فراوانی دارند. برای تست کردن فت کانال N با مالتی متر ، نخست پایه گیت را پیدا می کنیم. یعنی پایه ای که نسبت به دو پایه دیگر در یک جهت مقداری رسانایی دارد و در جهت دیگر مقاومت آن بی نهایت است. معمولاً مقاومت بین پایه درین و گیت از مقاومت پایه درین و سورس بیشتر است که از این طریق می توان پایه درین را از سورس تشخیص داد.

سیلواکو: چگونه ترانزیستور را تست کنیم ؟

ابتدا یک ترانزیستور سالم را بررسی می کنیم: یک ترانزیستور یا مثبت (pnp) و یا منفی (npn) می باشد . برای تشخیص تیپ ترانزیستور چندین روش وجود دارد . تیپ بعضی از ترانزیستورهارا از روی نامگذاری می توان مشخص نمود .  وبرای تشخیص از این راه باید سیستم های نامگذاری ترانزیستور را بشناسیم.
1- سیستم نامگذاری ژاپنی:
نام گذاری ترانزیستور در این سیستم به شرح زیر است :

با 2Sدر ابتداشروع و اگر حرف بعدی A و یا B باشدترانزیستور مثبت (PNP) میباشد پس 2SAیعنی ترانزیستور مثبت بافرکانس کار بالا و 2SB یعنی ترانزیستور مثبت (PNP )با فرکانس کار پائین می باشد.
مثال :
2SA1015 این ترانزیستور از نوع مثبت با فرکانس کار زیاد می باشد.  ویا 2SB941 این ترانزیستور از نوع مثبت با فرکانس کار پائین می باشد.
اگر ترانزیستور با 2SC و یا 2SD شروع شود در این روش یعنی ترانزیستور منفی می باشد . 2SCیعنی ترانزیستور منفی فرکانس بالا و 2SD یعنی ترانزیستور منفی وبا فرکانس کار پائین است . اما در روش نامگذاری اروپایی که را آوردن دو حرف دراول و سه عدد در آخر مانند BC337 تیپ ترانزیستور قابل تشخیص نیست .  ویا در روش نامگذاری آمریکایی که با 2N شروع و چند عدد در آخر مانند 2N3055 نوع مثبت ویا منفی مشخص نمی شود .  برای تشخیص مثبت ویامنفی ترانزیستورها دیگر ضمن اینکه از دیتا شیت ها می توان استفاده
کرد. در صورت داشتن یک ترانزیستور با همان شماره وسالم می توان به شرح زیر عمل کرد . 

ابتدا مولتی متر را روی RX1 قرار داده و دنبال پایه ای می گردیم که به دوپایه ی دیگر راه بدهد یعنی عقربه حرکت کند و معمولاً اهم کمتر از 40 قابل قبول است .  دراین حالت اگر مولتی متر آنالوگ (عقربه دار ) داشته باشیم و سیم قرمز مولتی متر به پایه ای که به دو پایه دیگر راه بدهد متصل کنیم ترانزیستور از نوع مثبت است وپایه ای که به دوپایه ی دیگر راه می دهد پایه ی بیس B می باشد .  و اگر سیم مشکی را به پایه ای متصل کنیم که به دو پایه ی دیگر رابدهد ترانزیستور منفی و پایه مشتر ک بیس B می باشد . برای تشخیص دو پایه دیگر چندین روش وجود دارد که فقط به دوروش ساده آن اشاره می کنم  اگر مولتی متر رنج RX10K داشته باشد می توان در این رنج به شرح زیر C کلکتور را از امیتر E تشخیص داد . 

باید در این رنج دستمان به پایه های ترانزیستور تماس نداشته باشد .  در این حالت( RX10K) ترمینال مشکی مولتی متر را اگر به دو پایه دیگر متصل کنیم ( دست با پایه های ترانزیستور تماس نداشته باشد ) فقط در یک جهت عقربه منحرف می شود . که در این حالت در ترانزیستور منفی سیم مشکی که بیس را تشخیص داد E امیتر را نیز در این حالت مشخص می کند و در ترانزیستور مثبت ترمینال قرمز که قبلاً بیس را تعین نموده است اکنون E امیتر را تعیین می کند .  حال که پایه های ترانزیستور را شناختیم چگونه آنرا تست کنیم تا بدانیم که قطعه صدرصد سالم است .

سیلواکو: برای تشخیص صحت ترانزیستور بشرح زیر توجه فرمائید .

1 – پایه بیس باید به دو پایه دیگر با مولتی متر آنالوگ و در رنج RX1 راه بدهد و اهم کمی را نشان دهد . طبیعی است که در این حالت دیود بیس امیتر درگرایش مستقیم است .
2 – پایه بیس به دو پایه دیگر حتی در رنج RX1k هم راه ندهد یعنی هیچ گونه نشتی در این حالت قابل قبول نیست . دیود بیس امیتر در گرایش معکوس می باشد .
3 – پایه های C کلکتور و E امیتر نیز در حالیکه مولتی متر در رنج RX1K قرار دارد از هردو سو نشتی ندارند پس در این حال نیز هیچ گونه نشتی قابل قبول نیست ( دست با پایه های ترانزیستور نباید تمای داشته باشد . )

توجه : این آزمایش فقط در یک ترانزیستور ساده بدون دیود داخلی ویا مقاومت داخلی صحت دارد  ودر ترانزیستوردارلینگتون نیز روش تست متفاوت است

سیلواکو: چگونه ترانزیستورهای معادل را انتخاب کنیم :

برای انتخاب ترانزیستور معادل و یا جانشین مناسب آن به مهمترین پارامترهای آن توجه کنید .
1 – ماکزیمم ولتاژ قابل تحمل EC
2 – ماکزیمم جریان گذر از EC
3 – توان ترانزیستور
4 – ضریب تقویت ترانزیستور
5 – فرکانس قطع ترانزیستور

نکات فوق الذکر در اکثر موارد باید مورد توجه باشد . اگر یک ترانزیستور خروجی هریزنتال و یا یک ترانزیستور سویچینگ تغذیه را انتخاب می کنیم تمام موارد فوق حتی به اضافه ظرفیت خازنی بین BC نیز باید مورد توجه قرار گیرد زیرا فرکانس کار هرچه بالاتر رود اهمیت ظرفیت خازنی ما بین پایه های ترانزیستور بیشتر می شود .
نکته مهمی که در انتخاب ترانزیستور های قدرت حائز اهمیت است مقدار جریان گذر از EC می باشد در این حالت انتخاب ترانزیستور جانشین باید به صورتی باشد که نه تنها تحمل جریان گذر را داشته باشد بلکه اندکی از ترانزیستور قبلی نیز بهتر بوده تا طول عمر بیشتری در مدار داشته باشد .
در انتخاب ترانزیستورهای طبقه هریزنتال علاوه بر توجه به جریان گذر اهمیت تحمل ولتاژ کار بالا بیشتر از ترانزستورهای سویچینگ است . زیرا همواره خروجیهای هریزنتال پیکهای ولتاژ بالاتر تولید می کنند . این بدان معنی نیست که در طبقه POWER SUPPLY یا منبع تغذیه ولتاژ کار ترانزیستور اهمیتی ندارد . به هر حال انتخاب ولتاژ کار با توجه به ماکزیمم دامنه پیکهای تولیدی اهمیت دارد . در ترانزیستورهای خروجی هریزنتال گاهی محدوده ولتاژ کار بالاتر از 1500V می باشد پس الزاماً باید ولتاژ کار این ترانزیستورها بالاتر از پیکهای تولیدی باشد تا تحمل کاردر این وضعیت را داشته باشد. 

جهت یادگیری کامل نرم افزار سیلواکو آموزش های رایگان ما را در سایت حامی پروژه دنبال نمایید. و در صورت مشکل در انجام پروژه های سیلواکو خود با متخصصین حامی پروژه در تماس باشید. برای ارتباط با تیم تخصصی سیلواکو حامی پروژه با شماره 09934702599 تماس حاصل نمایید.