ویکی‌پدیا

ترانزیستور: تفاوت میان نسخه‌ها

نمایش تاریخچه به صورت تعاملی
→ تفاوت قدیمی‌ترتفاوت جدیدتر ←
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
دیداریویکی‌متن
Rezabot (بحث | مشارکت‌ها)
ربات‌ها، مدیران رباتیک
۴٬۴۱۱٬۲۶۸ ویرایش‌ها
FreshmanBot (بحث | مشارکت‌ها)
ربات‌ها
۱۳۳٬۲۴۲ ویرایش‌ها
جز اصلاح فاصله مجازی + اصلاح نویسه با استفاده از AWB
خط ۳:
'''ترانزیستور'''<ref>{{یادکرد فرهنگستان | مصوب=ترانزیستور | بیگانه=transistor | بیگانه در فارسی= | حوزه=فیزیک | دفتر=نخست | بخش=فارسی | سرواژه=ترانزیستور}}</ref> یکی از مهمترین قطعات [[الکتریکی]] و [[الکترونیکی]]‌است که برای [[تقویت‌کننده الکترونیکی|تقویت]] و [[کلید (مدار)|قطع و وصل]] [[سیگنال]]‌های الکترونیکی و [[توان الکتریکی]] کاربرد دارد. ترانزیستور یکی از [[حالت جامد (الکترونیک)|ادوات حالت جامد]] است که از مواد [[نیمه رسانا]]یی مانند [[سیلیسیم]] و [[ژرمانیم]] ساخته می‌شود. یک ترانزیستور در ساختار خود دارای پیوندهای [[پیوند نوع N|نوع N]] و [[پیوند نوع P|نوع P]] است.
 
ترانزیستورهای جدید به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: [[ترانزیستورهای اتصال دوقطبی]] (BJT) و [[ترانزیستورهای اثر میدانی]] (FET). اعمال جریان در BJTها و ولتاژ در FETها بین ورودی و ترمینال مشترک، میزان رسانایی بین خروجی و ترمینال مشترک را افزایش می‌دهد، از این‌رو سبب کنترل جریان بین آنهاآن‌ها می‌شود. مشخصات ترانزیستورها به نوع آنهاآن‌ها بستگی دارد.
 
در [[الکترونیک آنالوگ|مدارهای آنالوگ]]، ترانزیستورها در تقویت کننده‌هاتقویت‌کننده‌ها استفاده می‌شوند؛ (تقویت کننده‌هایتقویت‌کننده‌های [[جریان مستقیم]]، تقویت کننده‌هایتقویت‌کننده‌های صدا، تقویت کننده‌هایتقویت‌کننده‌های امواج رادیویی) و [[منابع تغذیه]] تنظیم شده خطی. همچنین از ترانزیستورها در [[الکترونیک دیجیتال|مدارهای دیجیتال]] به‌عنوان یک سوئیچ الکترونیکی استفاده می‌شود، اما به ندرت به صورت یک قطعه جدا، بلکه به صورت به هم پیوسته در مدارهای مجتمع یکپارچه به‌کار می‌روند. مدارهای دیجیتال شامل [[گیت‌های منطقی]] (logic gates)، [[حافظه با دسترسی تصادفی]] (RAM)، [[میکروپروسسورها|ریزپردازنده‌ها]] و [[پردازنده‌های سیگنال دیجیتال|پردازشگرهای سیگنال دیجیتال]] (DSPs) هستند.
 
ترانزیستور می‌تواند به‌عنوان کلید نیز کار کند. ترانزیستور سه‌پایه دارد: '''بِیس''' (پایه Base)، '''کلکتور یا کالِکتِر''' (جمع‌کننده Collector) و '''اِمیتر''' (منتشرکننده Emitter).
خط ۱۵:
 
== اهمیت ==
ترانزیستور از سوی بسیاری به‌عنوان یکی از بزرگترین اختراعات در تاریخ نوین مطرح شده‌است، در رتبه‌بندی از لحاظ اهمیت در کنار ماشین چاپ، خودرو و ارتباطات الکترونیکی و الکتریکی قرار دارد. ترانزیستور عنصر فعال کلیدی در الکترونیک مدرن است. اهمیت ترانزیستور در جامعهٔ امروز متکی به قابلیت آن برای [[تولید انبوه]] که از یک فرایند (ساخت) کاملاً اتوماتیک که قیمت تمام شده هر ترانزیستور در آن بسیار ناچیز است استفاده می‌کند. اگرچه میلیون‌ها ترانزیستور هنوز تکی (به صورت جداگانه) استفاده می‌شوند ولی اکثریت آنهاآن‌ها به صورت [[مدار مجتمع]] (اغلب به صورت مختصر IC و همچنین میکرو چیپ یا به صورت ساده چیپ ساخته و نامیده می‌شوند) همراه با [[دیود]]ها، [[مقاومت]]ها، [[خازن]]ها و دیگر قطعات الکترونیکی برای ساخت یک مدار کامل الکترونیک ساخته می‌شوند. یک [[گیت منطقی]] حاوی حدود بیست ترانزیستور است در مقابل یک ریزپردازنده پیشرفته سال ۲۰۰۶ که می‌تواند از بیش از ۷/۱ میلیون ترانزیستور استفاده کند (ماسفت‌ها)[۱].
 
قیمت کم، [[انعطاف‌پذیری]] و اطمینان از ترانزیستور یک قطعهٔ همه‌کاره برای وظایف غیر مکانیکی مانند محاسبه‌های دیجیتال ساخته‌است. مدارهای ترانزیستوری به خوبی جایگزین دستگاه‌های کنترل ادوات و ماشین‌ها شده‌اند. استفاده از یک میکروکنترلر استاندارد و نوشتن یک [[برنامه رایانه‌ای]] که عمل کنترل را انجام می‌دهد اغلب ارزان‌تر و مؤثرتر از طراحی مکانیکی معادل آن است.
خط ۲۲:
 
== مزایای ترانزیستورها بر لامپ‌های خلاء ==
قبل از گسترش ترانزیستورها، [[لامپ خلاء|لامپ‌های خلاء]] (که در [[بریتانیا]] به آنهاآن‌ها لامپ ترمیونیک یا فقط لامپ هم می‌گویند) قطعات فعال اصلی تجهیزات الکترونیک بودند. مزایای کلیدی که به ترانزیستورها اجازه جایگزینی با [[لامپ‌های خلاء]] سابق در بیشتر کاربردها را داد در زیر آمده‌است:
* اندازه کوچک‌تر (با وجود ادامه کوچک سازیکوچک‌سازی لامپ‌های خلاء)
* تولید کاملاً اتوماتیک
* هزینه کمتر (در حجم تولید)
خط ۳۳:
* فراهم آوردن دستگاه‌های مکمل (امکان ساختن مدارات مکمل متقارن: لامپ خلاء قطبی معادل نوع مثبت BJTها و نوع مثبت FETها در دسترس نیست)
* قابلیت کنترل جریان بالا (ترانزیستورهای قدرت برای کنترل صدها آمپر در دسترسند، لامپ‌های خلاء برای کنترل حتی یک آمپر بسیار بزرگ و هزینه برند)
* [[میکروفونیک]] بسیار کمتر (لرزش می‌تواند با خصوصیات لامپ خلاء تلفیق شود، به هر حال این ممکن است در صدای تقویت کننده‌هایتقویت‌کننده‌های گیتار شرکت کند).
 
== تاریخچه ==
[[پرونده:Transistor on portuguese pavement.jpg|بندانگشتی|نماد ترانزیستوردر یک پیاده رودر دانشگاه آویرو، کشور پرتغال]]
اولین حق [[ثبت اختراع]] ترانزیستور اثر میدان در سال ۱۹۲۸ در آلمان توسط فیزیک‌دانی به نام [[ژولیوس ادگار لیلینفلد]] ثبت شد، اما او هیچ مقاله‌ای دربارهٔ قطعه‌اش چاپ نکرد و این سه ثبت اختراع از طرف صنعت نادیده گرفته شد. در سال ۱۹۳۴ فیزیکدان آلمانی [[اسکار هایل|دکتر اسکار هایل]] ترانزیستور اثر میدان دیگری را به ثبت رساند. هیچ مدرک مستقیمی وجود ندارد که این قطعه ساخته شده‌است، اما بعداً کارهایی در دهه ۱۹۹۰ نشان داد که یکی از طرح‌های [[ژولیوس ادگار لیلینفلد|لیلینفلد]] کار کرده و گین قابل توجه‌ای داده‌است. اوراق قانونی از آزمایشگاه‌های ثبت اختراع بل نشان می‌دهد که [[ویلیام شاکلی]] و [[جرالد پیرسن]] یک نسخه قابل استفاده از اختراع لیلینفلد ساخته‌اند، در حالی که آنهاآن‌ها هیچگاه این را در تحقیقات و مقالات خود ذکر نکردند.
 
در ۲۳ دسامبر ۱۹۴۷، [[ویلیام شاکلی]]، [[جان باردین]] و [[والتر هاوسر براتین|والتر براتین]] موفق به ساخت اولین [[ترانزیستور اتصال نقطه‌ای]] در [[آزمایشگاه‌های بل]] شدند. این کار با تلاش‌های زمان جنگ برای تولید دیودهای مخلوط کنندهمخلوط‌کننده ژرمانیم خالص «کریستال» ادامه یافت، این دیودها در واحدهای رادار بعنوانبه عنوان عنصر میکسر فرکانس در گیرنده‌های میکروموج استفاده می‌شد. یک پروژه موازی دیودهای ژرمانیم در [[دانشگاه پردو]] موفق شد کریستال‌های نیمه هادی ژرمانیم را با کیفیت خوب که در [[آزمایشگاه‌های بل]] استفاده می‌شد را تولید کند. سرعت سوئیچ تکنولوژی لامپی اولیه برای این کار کافی نبود، همین تیم بل را سوق داد تا از دیودهای حالت جامد به جای آن استفاده کنند. آنهاآن‌ها با دانشی که در دست داشتند شروع به طراحی سه قطبی نیمه هادی کردند، اما دریافتند که کار ساده‌ای نیست. [[جان باردین]] سرانجام یک [[شاخه جدید]] فیزیک سطحی را برای محاسبه رفتار عجیبی که دیده بودند ایجاد کرد و سرانجام براتین و باردین موفق به ساخت یک قطعه کاری شدند.
 
آزمایشگاه‌های تلفن بل به یک اسم کلی برای اختراع جدید نیاز داشتند: «سه قطبی نیمه هادی»، «سه قطبی جامد»، «سه قطبی اجزاء سطحی»، «سه قطبی کریستال» و «لاتاتورن» که همه مطرح شده بودند، اما «ترانزیستور» که توسط [[جان رابینسون پیرس]] ابداع شده بود، برنده یک [[قرعه کشی]] داخلی شد. اساس و بنیاد این اسم در یاداشت فنی بعدی شرکت رای‌گیری شد:
خط ۴۷:
در آن زمان تصور می‌شد که این قطعه مثل دو لامپ خلاء است. لامپ‌های خلاء هدایت انتقالی دارند بنابراین ترانزیستور مقاومت انتقالی دارد؛ و این اسم می‌بایست متناسب با نام دیگر قطعات مثل وریستور، ترمیستور باشد؛ و نام ترانزیستور پیشنهاد شد.
 
[[بل]] فوراً [[ترانزیستور تک اتصالی]] را جزء تولیدات انحصاری شرکت وسترن الکتریک، شهر [[آلنتون]] در ایالت [[پنسیلوانیا]] قرار داد. نخستین ترانزیستورهای گیرنده‌های رادیو AM در معرض نمایش قرار گرفتند، اما در واقع فقط در سطح آزمایشگاهی بودند. به هر حال در سال ۱۹۵۰ [[ویلیام شاکلی|شاکلی]] یک نوع کاملاً متفاوت ترانزیستور را ارائه داد که به ترانزیستور اتصال دوقطبی معروف شد. اگرچه اصول کاری این قطعه با ترانزیستور تک اتصالی کاملاً فرق می‌کند، قطعه‌ای است که امروزه به عنوان ترانزیستور شناخته می‌شود. پروانه تولید این قطعه نیز به تعدادی از شرکت‌های الکترونیک شامل [[تگزاس اینسترومنتس]] که تعداد محدودی رادیو ترانزیستوری بعنوانبه عنوان ابزار فروش تولید می‌کرد داده شد. ترانزیستورهای اولیه از نظر شیمیایی ناپایدار بودند و فقط برای کاربردهای فرکانس و توان پایین مناسب بودند، اما همینکه طراحی ترانزیستور توسعه یافت این مشکلات نیز کم‌کم رفع شدند.
 
هنگامیکه [[ماسارو ایبوکا]]، مؤسس شرکت ژاپنی سونی از آمریکا دیدن می‌کرد آزمایشگاه‌های بل ارائه مجوز ساخت شامل ریز دستورهایی مبنی بر چگونگی ساخت ترانزیستور را اعلام کرده بودند. ایبوکا مجوز خرید ۵۰۰۰۰ دلاری پروانه تولید را از وزیر دارایی ژاپن گرفت و در سال ۱۹۵۵ رادیوی جیبی خود را تحت مارک سونی معرفی کرد. بعد از دو دهه ترانزیستورها به تدریج جای لامپ‌های خلاء را در بسیاری از کاربردها گرفتند و بعدها امکان تولید دستگاه‌های جدیدی از قبیل [مدارات مجتمع] و [[رایانه‌های شخصی]] را فراهم آوردند.
خط ۶۰:
 
ناحیه قطع حالتی است که ترانزیستور در ان ناحیه فعالیت خاصی انجام نمی‌دهد. اگر ولتاژ بیس را افزایش دهیم ترانزیستور از حالت قطع بیرون آمده و به ناحیه فعال وارد می‌شود در حالت فعال ترانزیستور مثل یک عنصر تقریباً خطی عمل می‌کند اگر ولتاژ بیس 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.
ترانزیستور هم در مدارات [[سیگنال آنالوگ|الکترونیک آنالوگ]] و هم در مدارات الکترونیک [[دیجیتال]] کاربردهای بسیار وسیعی دارد. در مدارات آنالوگ ترانزیستور در حالت فعال کار می‌کند و می‌توان از آن به عنوان [[تقویت کنندهتقویت‌کننده]] یا [[تنظیم کنندهتنظیم‌کننده ولتاژ]] ([[رگولاتور]]) و… استفاده کرد؛ و در مدارات دیجیتال ترانزیستور در دو ناحیه قطع و اشباع فعالیت می‌کند که می‌توان از این حالت ترانزیستور در پیاده‌سازی [[مدار منطقی]]، [[حافظه (رایانه)|حافظه]]، [[سوئیچ کردن]] و… استفاده کرد. به جرات می‌توان گفت که ترانزیستور قلب تپنده الکترونیک است.
 
== عملکرد ==
ترانزیستور از دیدگاه مداری یک عنصر سه‌پایه می‌باشد که با اعمال یک [[سیگنال]] به یکی از پایه‌های آن میزان [[جریان الکتریکی|جریان]] عبور کنندهعبورکننده از دوپایه دیگر آن را می‌توان تنظیم کرد. برای عملکرد صحیح ترانزیستور در مدار باید توسط [[المان]]های دیگر مانند [[مقاومت (برق)|مقاومتها]] و… جریان‌ها و ولتاژهای لازم را برای آن فراهم کرد یا اصطلاحاً آن را [[بایاس]] کرد.
 
== انواع ==
خط ۷۱:
{{اصلی|ترانزیستور دوقطبی پیوندی}}
در ترانزیستور دو قطبی پیوندی با اعمال یک [[جریان]] به پایه [[بیس]] جریان عبوری از دوپایه [[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 یا اشباع کار کنند.
سرعت بالای این ترانزیستورها و بعضی قابلیت‌های دیگر باعث شده که هنوز هم از آنهاآن‌ها در بعضی مدارات خاص استفاده شود. '''
امروزه بجایبه جای استفاده از مقاومت و خازن و… در مدارات مجتمع تماماً از ترانزیستور استفاده می‌کنند.
 
=== ترانزیستور پیوند اثر میدانی (JFET) ===
در ترانزیستورهای [[پیوند اثر میدانی]] (JFET) در اثر میدان، با اعمال یک [[ولتاژ]] به پایه [[دروازه (ترانزیستورFET)|گیت]] میزان [[جریان]] عبوری از دوپایه [[سورس]] و [[درین]] کنترل می‌شود. ترانزیستور اثر میدانی به دو نوع تقسیم می‌شود: 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 ترانزیستورها شامل «فعال» و «اشباع» و «ترایود» است
این ترانزیستورها تقریباً هیچ استفاده‌ای ندارند چون جریان دهی آنهاآن‌ها محدود است و به سختی مجتمع می‌شوند.
 
==== انواع ترانزیستور پیوندی ====
خط ۸۵:
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 قطعهٔ pnp می‌توان به سادگی آنهاآن‌ها را به ترانزیستور پرکاربردتر npn مربوط ساخت.
 
==== ساختمان ترانزیستور پیوندی ====
خط ۹۷:
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 نماییم، دیود کلکتور به علت بایاس معکوس عریض‌تر می‌شود.
 
الکترونهای جاری شده به ناحیه p در دو جهت جاری می‌شوند، بخشی از آنهاآن‌ها از پیوندگاه کلکتور عبور کرده، به ناحیه کلکتور می‌رسند و تعدادی از آنهاآن‌ها با حفره‌های بیس بازترکیب شده و به عنوان الکترونهای ظرفیت به سوی پایه خارجی بیس روانه می‌شوند، این مؤلفه بسیار کوچک است.
 
== شیوهٔ اتصال ترانزیستورها ==
خط ۱۰۴:
 
=== [[اتصال امیتر مشترک]] ===
مدار امیتر مشترک بیشتر از سایر روشهاروش‌ها 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]] ===
خط ۱۱۱:
=== ترانزیستور اثر میدان FET ===
{{اصلی|ماسفت}}
این ترانزیستورها نیز مانند Jfetها عمل می‌کنند با این تفاوت که [[جریان]] ورودی [[گیت]] آنهاآن‌ها 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.
خط ۱۲۸:
فت دارای سه‌پایه با نام‌های [[درین]] D، [[سورس]] S و [[گیت]] G است که پایه گیت، جریان عبوری از درین به سورس را کنترل می‌نماید. فت‌ها 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 می‌کند. FETها معمولاً بسیار حساس بوده و حتی با [[الکتریسیته ساکن]] بدن نیز تحریک می‌گردند. به همین دلیل نسبت به نویز بسیار حساس هستند.
 
نوع دیگر ترانزیستورهای اثر می‌دانی MOSFETها هستند (ترانزیستور اثر می‌دانی اکسید فلزی نیمه هادی - Metal-Oxide Semiconductor Field Efect Transistor) یکی از اساسی‌ترین مزیت‌های ماسفت‌ها نویز کمتر آنهاآن‌ها در مدار است.
 
فت‌ها 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 می‌کنیم. یعنی پایه‌ای که نسبت به دوپایه دیگر در یک جهت مقداری رسانایی دارد و در جهت دیگر مقاومت آن [[بی‌نهایت (ریاضی)|بی‌نهایت]] است. معمولاً مقاومت بین پایه درین و گیت از مقاومت پایه درین و سورس بیشتر است که از این طریق می‌توان پایه درین را از سورس تشخیص داد.
خط ۱۳۷:
الف) حالت سوختن اتصال کوتاه امیتر به کلکتور یا حالت Junction:
 
در این حالت مسیر امیتر به کلکتور بصورتبه صورت یکسره برقرار می‌گردد که این حالت ترانزیستور با قطع ورودی تریگر روی پایه base یا gain همچنان برقرار است. در واقع در این حالت مثل آن می‌ماند که سوئیچ بصورتبه صورت یکسره و تا زمان وجود ولتاژ روی پایه امیتر همچنان برقرار باشد.
 
ب) حالت سوختن قطع ارتباط مسیر امیتر به کلکتور یا حالت Cut off Circuite:
 
حالت سوختن Cut off Circuite: در این حالت ارتباط امیتر به کلکتور بصورتبه صورت دائمی قطع می‌گردد. یعنی حتی با تحریک base یا gain ترانزیستور، دیگر هیچ اثر خروجی ولتاژ روی پایه کلکتور ترانزیستور وجود ندارد. بطور کلی در این حالت، ارتباط پایه امیتر به کلکتور تحت هیچ شرایطی برقرار نمی‌گردد.
 
==== دلایل سوختن ترانزیستورها ====
سوختن ترانزیستور می‌تواند دلایل زیادی داشته باشد. از جمله این دلایل می‌توان به اعمال ولتاژ بالای خارج از محدوده ولتاژ ترانزیستور به آن اشاره کرد که این ولتاژ می‌تواند از طریق پایه Emitter به ترانزیستور منتقل شده یا در مدارات مکانیکی اعمال بار سلفی سیم پیچ مصرف‌کننده و در زمان Peak Off آن به پایه کلکتور اشاره کرد که جلوگیری از هرکدام از آنهاآن‌ها روشهایروش‌های مربوط به خود را دارد.
 
یکی دیگر از دلایل آن می‌تواند قراردادن مصرف‌کننده با جریان بیش از اندازه قدرت سوئیچ ترانزیستور باشد که منجر به گرم شدن، داغ شدن و نهایتاً سوختن ترانزیستور می‌گردد.
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/wiki/ترانزیستور»