ترانزیستور چیست؟
یک وسیله الکترونیکی است که به طور گستردهای برای تقویت سیگنالهای الکتریکی و کنترل جریان الکتریکی در مدارهای مختلف استفاده میشود. در واقع، به عنوان یک سوئیچ الکتریکی یا تقویتکننده سیگنال عمل میکند. این قطعهی الکترونیکی کوچک ولی بسیار مهم، با استفاده از مواد نیمههادی مانند سیلیکون یا ژرمانیوم، جریان الکتریکی را به صورت کنترل شده تنظیم میکند. ترانزیستورها در مدارهای دیجیتال و آنالوگ، از جمله پردازندههای کامپیوتر، سیستمهای مخابراتی و تجهیزات صوتی کاربرد دارند. از ترانزیستورها در اندازههای کوچک و انواع گسسته، میتوان برای ساخت سوئیچهای الکترونیکی ساده، منطق دیجیتال و مدارهای تقویتکننده سیگنال استفاده کرد. هزاران، میلیونها و حتی میلیاردها ترانزیستور در کنار یکدیگر درون تراشههای کوچکی تعبیه میشوند و حافظههای رایانه، ریزپردازندهها و سایر مدارهای مجتمع پیچیده را تشکیل میدهند.
تاریخچه ترانزیستور: از لامپ خلا تا ترانزیستورها
قبل از اختراع ترانزیستور، لامپهای خلا برای تقویت سیگنالهای الکتریکی استفاده میشدند. اما این لامپها بزرگ، انرژیبر و مستعد خرابی بودند. در دهه ۱۹۴۰، در آزمایشگاههای بل (Bell Labs)، سه دانشمند به نامهای جان باردین، والتر براٹن و ویلیام شوکلی موفق به اختراع ترانزیستور شدند. این اختراع انقلابی در دنیای الکترونیک ایجاد کرد و جایگزین لامپهای خلا شد. اولین نوع ترانزیستور ساخته شده، یک ترانزیستور نقطهای بود که به سرعت در صنعت الکترونیک جای خود را پیدا کرد.
ساختار ترانزیستور و نحوه کارکرد آن
ترانزیستورها معمولاً از نیمههادیهایی مانند سیلیکون یا ژرمانیوم ساخته میشوند. این مواد ویژگیهای خاصی دارند که به آنها اجازه میدهند جریان الکتریکی را به صورت کنترل شده عبور دهند. ترانزیستورها از سه لایه مختلف تشکیل شدهاند .در اینجا کمی عمیقتر وارد ساختار ترانزیستور میشویم. البته نگران نباشید، نمیخواهیم خیلی عمیق به فیزیک آن بپردازیم. ترانزیستورها به نوعی توسعهای از یکی دیگر از قطعات نیمههادی، به نام دیود هستند. به نوعی ترانزیستورها چیزی جز دو دیود نیستند که کاتدها (یا آندهای) آنها به هم پیوند خورده است. شکل زیر این موضوع را به خوبی نشان میدهد.
پایه (Base): این لایه نازکتر است و عملکرد آن در کنترل جریان الکتریکی است.
آند (Collector): لایهای است که جریان الکتریکی را دریافت کرده و آن را منتقل میکند.
کاتد (Emitter): این لایه وظیفه انتقال جریان الکتریکی به بیرون ترانزیستور را بر عهده دارد.
در ترانزیستورهای NPN و PNP، این لایهها به ترتیب از جنس نیمههادیهای نوع N و P هستند. ساختار ترانزیستور اجازه میدهد که جریان الکتریکی به صورت دقیق و با کنترل بالا منتقل شود، که این ویژگی در بسیاری از مدارهای الکترونیکی حیاتی است.
انواع ترانزیستورها: دستهبندی بر اساس نوع و کاربرد
ترانزیستورها به دو دسته کلی تقسیم میشوند:
ترانزیستورهای تقویتکننده (Amplifying Transistors): این ترانزیستورها برای تقویت سیگنالهای ضعیف استفاده میشوند و در بسیاری از دستگاههای صوتی و تصویری به کار میروند.
ترانزیستورهای سوئیچکننده (Switching Transistors): این ترانزیستورها برای قطع و وصل جریان الکتریکی استفاده میشوند و در مدارهای دیجیتال، رلهها و دستگاههای الکترونیکی برای کنترل جریان برق کاربرد دارند.
انواع ترانزیستور بر اساس نوع ساختار:
ترانزیستورهای BJT (Bipolar Junction Transistor):
ترانزیستورهای BJT از سه لایه نیمههادی NPN یا PNP ساخته میشوند.
تنها تفاوت نمادهای این دو ترانزیستور، جهت پیکان روی امیتر آنها است. پیکان روی امیتر ترانزیستور NPN به سمت بیرون و جهت پیکان روی امیتر ترانزیستور PNP به سمت داخل ترانزیستور است. شکل زیر دو ترانزیستور BJT را نشان میدهد که یکی از آنها NPN و دیگری PNP است.
در این ترانزیستورها، جریان از طریق حاملهای بار مثبت و منفی (الکترونها و حفرهها) انتقال مییابد.
این نوع ترانزیستور در مدارهای آنالوگ برای تقویت سیگنالها کاربرد دارند.
2ترانزیستورهای FET (Field-Effect Transistor):
در این ترانزیستورها، جریان الکتریکی با استفاده از یک میدان الکتریکی کنترل میشود.
FETها در مدارهای دیجیتال برای سوئیچ کردن و تقویت سیگنالها به کار میروند.
3ترانزیستورهای MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor):
این نوع ترانزیستور برای استفاده در مدارهای دیجیتال و نیمهفراهمیها بسیار رایج است.
MOSFETها میتوانند به صورت N-channel یا P-channel ساخته شوند و در فرآیندهای تولید تراشههای مدرن کاربرد دارند.
ترانزیستور یا شیرآب:
تشبیه و مقایسه مفاهیمی که دسترسی بصری به آنها برایمان به راحتی میسر نیست با موارد ملموس، کمک زیادی به ما در درک آنها خواهد کرد.
جای تعجب نیست که میتوان قیاس آب را به ترانزیستورها نیز تعمیم داد: ترانزیستور مانند شیر آب است؛ ساز و کاری که میتوانیم برای کنترل سرعت دبی آب از آن استفاده کنیم.
سه حالت در مدار وجود دارد که میتوانیم از مثال شیر آب در آنها استفاده کنیم و هر کدام تأثیر متفاوتی بر میزان جریان در مدار دارند. در ادامه، این حالتها را بررسی میکنیم.
اتصال کوتاه (ترانزیستور وصل)
یک شیر میتواند کاملاً باز باشد و اجازه دهد آب آزادانه جریان یابد. در واقع گویی اصلاً شیری وجود ندارد و آب بدون مانعی در لوله جریان دارد
به طور مشابه، در شرایط مناسب، یک ترانزیستور میتواند مانند یک اتصال کوتاه بین پایههای کلکتور و امیتر عمل کند. در این حالت، جریان به کلکتور وارد شده و از امیتر خارج میشود.
مدار باز (ترانزیستور قطع)
وقتی شیر بسته است، میتواند جریان آب را کاملاً قطع کند.
به همین ترتیب، میتوان از ترانزیستور برای ایجاد مدار باز بین پایههای کلیکتور و امیتر استفاده کرد.
برقراری خطی جریان
با انجام برخی تنظیمات دقیق، میتوان یک شیر را به گونهای تنظیم کرد تا دبی آب چیزی بین جریان آب ناشی از شیر کاملاً باز و کاملاً بسته باشد.
یک ترانزیستور میتواند همین کار را انجام دهد؛ یعنی کنترل جریان به صورت خطی از طریق مدار در یک مقداری بین کاملاً قطع (مدار باز) و کاملاً وصل (اتصال کوتاه).
سطح مقطع لوله مشابه مقاومت در مدار است. اگر یک شیر بتواند سطح مقطع لوله را به خوبی تنظیم کند، در این صورت یک ترانزیستور میتواند مقاومت بین کلکتور و امیتر را به خوبی تنظیم کند. بنابراین، به نوعی، ترانزیستور مانند مقاومت متغیر قابل تنظیم است.
تقویتکنندگی ترانزیستور
یک قیاس دیگر وجود دارد که میتوانیم بیان کنیم. تصور کنید که با کمی چرخش شیر میتوانید سرعت جریان دریچههای یک سد بزرگ را کنترل کنید. نیروی بسیار کمی که برای چرخاندن شیر صرف میکنید، توانایی ایجاد نیرویی هزاران برابر بیشتر را دارد. ترانزیستورها میتوانند سیگنالهای الکتریکی را تقویت کنند و سیگنال کمتوان را به سیگنالی مشابه با توان بسیار بالاتر تبدیل کنند.
نواحی عملکرد ترانزیستور NPN
برخلاف مقاومتها، که رابطه بین ولتاژ و جریان آنها خطی است، ترانزیستورها قطعاتی غیرخطی هستند. در واقع، ترانزیستورها چهار حالت یا ناحیه عملکرد مشخص دارند که جریان عبوری از آنها را توصیف میکند (باز هم تأکید میکنیم هنگامی که در مورد جریان گذرنده از ترانزیستور صحبت میکنیم، معمولاً منظورمان جریان از کلکتور به امیتر ترانزیستور NPN است.)
چهار حالت عملکرد ترانزیستور عبارتند از:
اشباع (Saturation): ترانزیستور در این ناحیه مانند یک اتصال کوتاه عمل میکند و جریان آزادانه از کلکتور به امیتر برقرار است.
قطع (Cut-off): در این ناحیه عملکرد، ترانزیستور مانند یک مدار باز عمل میکند و هیچ جریانی از کلکتور به امیتر عبور نمیکند.
فعال (Active): جریان کلکتور به امیتر متناسب با جریانی است که به بیس وارد میشود.
فعال معکوس (Reverse-Active): مانند حالت فعال، در این ناحیه نیز جریان متناسب با جریان بیس است، اما جهت جریان برعکس است؛ یعنی جریان از امیتر به کلکتور برقرار است (البته که ترانزیستور معمولاً برای کار در این ناحیه طراحی نشده است).
برای تعیین اینکه یک ترانزیستور در کدام ناحیه کاری قرار دارد، باید ولتاژهای موجود در هر سه پایه و نحوه ارتباط آنها با یکدیگر را بررسی کنیم. ولتاژهای از بیس-امیتر (VBE) و بیس-کلکتور (VBC) حالت ترانزیستور را مشخص میکنند. نمودار زیر به خوبی این موضوع را نشان میدهد.
چهار حالت عملکرد ترانزیستور عبارتند از:
اشباع (Saturation): ترانزیستور در این ناحیه مانند یک اتصال کوتاه عمل میکند و جریان آزادانه از کلکتور به امیتر برقرار است.
قطع (Cut-off): در این ناحیه عملکرد، ترانزیستور مانند یک مدار باز عمل میکند و هیچ جریانی از کلکتور به امیتر عبور نمیکند.
فعال (Active): جریان کلکتور به امیتر متناسب با جریانی است که به بیس وارد میشود.
حالت اشباع اشباع حالت روشن یا وصل ترانزیستور است. ترانزیستور در حالت اشباع مانند یک اتصال کوتاه بین کلکتور و امیتر عمل میکند
VB>VC VB>VE
در حالت اشباع هر دو «دیود» موجود در ترانزیستور بایاس مستقیم هستند. این یعنی VBE و همچنین VBC باید بزرگتر از ۰ باشد. به عبارت دیگر، VB باید بزرگتر از VE و VC باشد.
از آنجا که اتصال از بیس به امیتر دقیقاً مانند یک دیود به نظر میرسد، در واقع VBE برای ورود به اشباع باید از یک «ولتاژ آستانه» (Threshold Voltage) بزرگتر باشد. این ولتاژ با نمادهای مختلفی مانند Vth ،Vγ و Vd نشان داده میشود و مقدار واقعی آن برای ترانزیستورهای مختلف متفاوت است و حتی به دما نیز بستگی دارد. برای بسیاری از ترانزیستورها (در دمای اتاق) میتوانیم این افت ولتاژ را تقریباً 0٫6 ولت در نظر بگیریم.
واقعیت این است که هدایت کاملی بین امیتر و کلکتور وجود نخواهد داشت و بین این دو پایه اندکی افت ولتاژ ایجاد میشود. در دیتاشیت ترانزیستور، این ولتاژ به صورت ولتاژ اشباع CE و با نماد VCE(sat) تعریف میشود که همان ولتاژ لازم کلکتور-امیتر برای برای اشباع است. این مقدار معمولاً در حدود ۰٫۰۵ تا ۰٫۲ ولت است. در واقع، این ولتاژ نشان میدهد که VC باید کمی بزرگتر از VE باشد تا ترانزیستور در حالت اشباع قرار گیرد (البته هنوز هم هر دو کوچکتر از VB هستند).
از آنجا که اتصال از بیس به امیتر دقیقاً مانند یک دیود به نظر میرسد، در واقع VBE برای ورود به اشباع باید از یک «ولتاژ آستانه» (Threshold Voltage) بزرگتر باشد. این ولتاژ با نمادهای مختلفی مانند Vth ،Vγ و Vd نشان داده میشود و مقدار واقعی آن برای ترانزیستورهای مختلف متفاوت است و حتی به دما نیز بستگی دارد. برای بسیاری از ترانزیستورها (در دمای اتاق) میتوانیم این افت ولتاژ را تقریباً 0٫6 ولت در نظر بگیریم.
واقعیت این است که هدایت کاملی بین امیتر و کلکتور وجود نخواهد داشت و بین این دو پایه اندکی افت ولتاژ ایجاد میشود. در دیتاشیت ترانزیستور، این ولتاژ به صورت ولتاژ اشباع CE و با نماد VCE(sat) تعریف میشود که همان ولتاژ لازم کلکتور-امیتر برای برای اشباع است. این مقدار معمولاً در حدود ۰٫۰۵ تا ۰٫۲ ولت است. در واقع، این ولتاژ نشان میدهد که VC باید کمی بزرگتر از VE باشد تا ترانزیستور در حالت اشباع قرار گیرد (البته هنوز هم هر دو کوچکتر از VB هستند).
حالت قطع
ناحیه قطع در مقابل اشباع است. ترانزیستور در حالت قطع خاموش است و جریان کلکتور و بنابراین جریان امیتر وجود ندارد و تقریباً شبیه مدار باز است.
VC>VB VE>VB
برای قرار دادن ترانزیستور در حالت قطع، ولتاژ بیس باید کمتر از ولتاژ امیتر و ولتاژ کلکتور باشد. این یعنی VBC و VBE هر دو باید منفی باشند.
در عمل، VBE باید در مقداری بین 0 ولت و Vth (0٫6 ولت) باشد تا به حالت قطع برسد.
حالت فعال
برای کار در ناحیه فعال، VBE ترانزیستور باید بزرگتر از صفر و VBC منفی باشد. بنابراین، ولتاژ بیس باید کوچکتر از ولتاژ کلکتور و بزرگتر از ولتاژ امیتر باشد. این همچنین بدین معنی است که ولتاژ کلکتور باید بزرگتر از ولتاژ امیتر باشد.
VC>VB>VE
در واقع، برای «روشن کردن» ترانزیستور به افت ولتاژ غیرصفر مستقیم (به اختصار Vth ،Vγ یا Vd) بیس به امیتر (VBE) نیاز داریم. این افت ولتاژ معمولاً در حدود 0٫6 ولت است.
حالت فعال قویترین حالت ترانزیستور است، زیرا آن را به یک «تقویتکننده» (Amplifier) تبدیل میکند. جریان ورودی به پایه بیس، جریان ورودی به کلکتور و جریان خروجی امیتر را تقویت میکند.
از نماد β برای نشان دادن «بهره» یا گین «Gain» (عامل تقویتکنندگی) یک ترانزیستور استفاده میکنیم (همچنین ممکن است آن را با نمادهای βF یا hFE مشاهده کنیم). بهره β رابطه خطی بین جریان کلکتور (IC) و جریان بیس (IB) را بیان میکند:
IC=βIB
مقدار واقعی β برای ترانزیستورهای مختلف متفاوت است. مقدار آن معمولاً در حدود 100 است، اما بسته به اینکه از چه ترانزیستوری استفاده میشود و چه میزان جریانی از آن عبور می کند، میتواند از 50 تا 200 و حتی 2000 نیز باشد. به عنوان مثال، اگر اندازه β ترانزیستور ۱۰۰ باشد، یعنی اینکه جریان ورودی 1 میلیآمپر به بیس میتواند جریان کلکتور 100 میلیآمپری را تولید کند.
شکل زیر مدل حالت فعال ترانزیستور را نشان میدهد که در آن، VBE=Vth و IC=βIB.
اما اندازه جریان امیتر (IE) چقدر است؟ در حالت فعال، جریانهای کلکتور و بیس وارد ترانزیستور میشوند و جریان امیتر خارج میشود. برای ارتباط جریان امیتر با جریان کلکتور، مقدار ثابت دیگری نیز داریم که به آن بهره جریان «بیس مشترک» (Common-base) میگوییم و آن را با α نشان میدهیم. این پارامتر، جریانهای کلکتور و امیتر را به صورت زیر با هم مرتبط میکند:
IC=αIEIC=αIE
مقدار α بسیار نزدیک به ۱ و البته کوچکتر از آن است. این بدین معنی است که در حالت فعال، IC بسیار نزدیک به IE و کوچکتر از آن است.
مقدار β را میتوان از α و بالعکس، به دست آورد:
β=α1−αα=ββ+1βα=1−αα=β+1β
برای مثال،اگر β برابر با ۱۰۰ باشد، یعنی α برابر با ۰٫۹۹ است. در نتیجه، اگر IC برابر با ۱۰۰ میلیآمپر باشد، یعنی IE برابر با ۱۰۱ میلیآمپر است.
حالت فعال معکوس
همانطور که ناحیه اشباع در برابر ناحیه قطع قرار میگیرد، حالت فعال معکوس برعکس حالت فعال است. ترانزیستور در حالت فعال معکوس هدایت و حتی تقویت میکند، اما جریان آن در جهت مخالف و از امیتر به کلکتور است. نکته منفی در حالت فعال معکوس این است که β (در این حالت βR) بسیار کوچک است.
برای قرار دادن ترانزیستور در ناحیه فعال معکوس، ولتاژ امیتر باید بزرگتر از ولتاژ بیس و ولتاژ بیس بزرگتر از ولتاژ کلکتور بیشتر باشد (VBE<0 و VBC>0).
حالت فعال معکوس معمولاً حالتی نیست که بخواهیم ترانزیستور در آن کار کند، اما دانستن آن لازم است.
فعال معکوس (Reverse-Active): مانند حالت فعال، در این ناحیه نیز جریان متناسب با جریان بیس است، اما جهت جریان برعکس است؛ یعنی جریان از امیتر به کلکتور برقرار است (البته که ترانزیستور معمولاً برای کار در این ناحیه طراحی نشده است).
برای تعیین اینکه یک ترانزیستور در کدام ناحیه کاری قرار دارد، باید ولتاژهای موجود در هر سه پایه و نحوه ارتباط آنها با یکدیگر را بررسی کنیم. ولتاژهای از بیس-امیتر (VBE) و بیس-کلکتور (VBC) حالت ترانزیستور را مشخص میکنند. نمودار زیر به خوبی این موضوع را نشان میدهد.
برای تغییر این متن بر روی دکمه ویرایش کلیک کنید. لورم ایپسوم متن ساختگی با تولید سادگی نامفهوم از صنعت چاپ و با استفاده از طراحان گرافیک است.
کاربردهای ترانزیستور: نقش حیاتی در دنیای الکترونیک
ترانزیستورها در بسیاری از زمینههای مختلف از جمله تکنولوژی دیجیتال، آنالوگ، مخابرات، کنترل قدرت و حتی پزشکی کاربرد دارند:
تقویتکنندههای صوتی: ترانزیستورها برای تقویت سیگنالهای صوتی در رادیوها، تلویزیونها و سیستمهای صوتی استفاده میشوند.
پردازندهها و کامپیوترها: ترانزیستورها قلب پردازندهها و حافظهها در کامپیوترها و تلفنهای همراه هستند.
سیستمهای مخابراتی: ترانزیستورها برای تقویت و انتقال سیگنالهای رادیویی و مخابراتی در تلفنهای همراه، ماهوارهها و دستگاههای GPS کاربرد دارند.
مدارهای قدرت: در صنعت برق و الکترونیک، ترانزیستورها برای کنترل و توزیع انرژی در مدارهای قدرت به کار میروند.
سیستمهای پزشکی: در تجهیزات پزشکی مانند دستگاههای ECG و MRI نیز ترانزیستورها کاربرد دارند.
تقویتکننده امیتر مشترک
امیتر مشترک یکی از محبوبترین پیکربندیهای تقویتکنندههای ترانزیستوری است. در این مدار، امیتر به ولتاژی مشترک برای بیس و کلکتور (معمولاً زمین) متصل میشود. ورودی سیگنال به بیس وارد شده و خروجی از کلکتور گرفته میشود.
مدار امیتر مشترک به این دلیل محبوب است که برای تقویت ولتاژ به ویژه در فرکانسهای پایین بسیار مناسب است. به عنوان مثال، برای تقویت سیگنالهای صوتی گزینه بسیار مناسبی است. اگر یک سیگنال ورودی 1٫5 پیک تا پیک کوچک دارید، میتوانید با استفاده از یک مدار کمی پیچیدهتر، مانند شکل زیر، ولتاژ را به خوبی تقویت کنید.
تقویتکننده کلکتور مشترک
اگر پایه کلکتور را به یک ولتاژ مشترک وصل کنیم و از بیس به عنوان ورودی و امیتر به عنوان خروجی استفاده کنیم، یک مدار کلکتور مشترک داریم. این پیکربندی به عنوان امیتر فالوور نیز شناخته میشود
کلکتور مشترک هيچگونه تقويت ولتاژی را انجام نمیدهد (در واقع ولتاژ خروجی 0٫6 ولت كمتر از ولتاژ ورودی خواهد بود) به همین دلیل، این مدار را گاهی ولتاژ فالوور یا پیرو ولتاژ مینامند.
این مدار به عنوان یک تقویتکننده جریان کاربرد دارد. علاوه بر این، بهره جریان زیاد همراه با بهره ولتاژ نزدیک به یک، این مدار را به یک بافر ولتاژ عالی تبدیل میکند. یک بافر ولتاژ از تداخل نامطلوب مدار بار در مدار کنترل جلوگیری میکند.
به عنوان مثال، اگر می خواهید 1 ولت به یک بار تحویل دهید، میتوانید از یک مقسم ولتاژ یا در طرف مقابل از امیتر فالوور استفاده کنید.
با بزرگتر شدن بار خروجی مدار تقسیم ولتاژ کاهش مییابد. اما ولتاژ خروجی امیتر فالوور، صرفنظر از اینکه بار چیست، ثابت است.
تقویتکننده بیس مشترک
همانطور که پیشتر نیز گفتیم، تقویتکننده بیس مشترک کمترین محبوبیت را در بین سه پیکربندی اساسی تقویتکنندههای ترانزیستوری دارد. در یک تقویتکننده بیس مشترک، امیتر ورودی و کلکتور خروجی است. بیس در هر دو مشترک است
بیس مشترک ضد امیتر فالوور است. این پیکربندی برای تقویت ولتاژ مناسب است و جریان آن تقریباً برابر با جریان خروجی است (در واقع جریان ورودی کمی بیشتر از جریان خروجی است).
مدار بیس مشترک به عنوان بافر جریان بهتر کار میکند. این مدار میتواند یک جریان ورودی را در یک امپدانس ورودی کم بگیرد و تقریباً همان جریان را به یک خروجی با امپدانس بالاتر برساند.
تقویتکننده دارلینگتون
تقویتکننده دارینگتون از اتصال دو کلکتور مشترک به یکدیگر برای بهره جریان بالا تشکیل شده است.
ولتاژ خروجی دارلینگتون تقریباً مشابه ولتاژ ورودی است (منهای تقریباً 1٫2 تا ۱٫۴ ولت)، اما بهره جریان حاصل ضرب بهره دو ترانزیستور است.
اگر شما نیاز به کنترل بار بزرگی با جریان ورودی بسیار کم دارید، زوج دارلینگتون یک گزینه عالی است.
تقویتکننده تفاضلی
یک تقویتکننده تفاضلی دو سیگنال ورودی را از هم کم میکند و این اختلاف را تقویت میکند. این مدار یک قسمت مهم از مدارهای فیدبک است که در آنها ورودی با خروجی مقایسه میشود تا خروجی آینده تولید شود. مدار پایه تقویتکننده تفاضلی به صورت زیر است.
این مدار از دو ساق تشکیل شده که هر کدام یک مدار امیتر مشترک هستند. دو ورودی به بیس ترانزیستورها اعمال میشود و خروجی ولتاژ تفاضلی بین دو کلکتور است.
تقویتکننده پوش-پول
تقویتکننده پوش-پول در طبقه نهایی بسیاری از تقویتکنندههای چندطبقه مفید است. این تقویتکننده توان، با صرفهجویی در مصرف انرژی برای بلندگوها استفاده میشود.
در مدار پایه پوش-پول از ترانزیستور NPN و PNP استفاده میشود که هر دو پیکربندی کلکتور مشترک دارند.
تقویتکننده پوش-پول ولتاژ را تقویت نمیکند (ولتاژ خروجی کمی کمتر از ولتاژ ورودی است)، اما جریان را تقویت میکند.
تقویتکننده عملیاتی
تقویتکننده عملیاتی یک نمونه کلاسیک از مدار ترانزیستوری چندطبقه است. در اینجا، مدار داخلی آیسی LM3558 را بررسی میکنیم که یک آمپلبفایر عملیاتی بسیار ساده است.
مدار این تقویتکننده مطمئناً پیچیدگی بیشتری نسبت به شکل بالا دارد، اما درک همین مدار ساده کمک زیادی به ما خواهد کرد:
Q3 ،Q2 ،Q1 و Q4 طبقه ورودی را تشکیل میدهند. مدار بسیار شبیه به یک کلکتور مشترک (Q1 و Q4) و یک تقویتکننده تفاضلی است. ترانزیستورهای PNP به تشکیل طبقه تفاضلی ورودی تقویتکننده کمک میکنند.
Q11 و Q12 بخشی از طبق دوم هستند. Q11 یک کلکتور مشترک و Q12 یک امیتر مشترک است. این جفت ترانزیستور سیگنال را از کلکتور Q3 بافر میکنند و با رفتن سیگنال به طبقه آخر، بهره زیادی خواهد داشت.
Q6 و Q13 بخشی از طبقه انتهایی هستند و همانطور که میبینیم یک پوش-پول هستند. این مرحله خروجی را بافر می کند و به آن امکان میدهد تا بارهای بیشتری را اداره کند.
پیکربندیهای رایج دیگری نیز وجود دارد که درباره آنها در این مطلب صحبتی نکردهایم. Q8 و Q9 به عنوان یک آینه جریان پیکربندی شدهاند که به سادگی مقدار جریان را از طریق یک ترانزیستور به دیگری کپی میکند.
انواع ترانزیستور از لحاظ ظاهری: تفاوتهای فیزیکی و طراحیها
ترانزیستورها بسته به نوع کاربرد و طراحی، در اشکال و سایزهای مختلفی تولید میشوند:
ترانزیستورهای TO-92: این ترانزیستورها برای استفاده در پروژههای آماتوری و مدارهای کوچک مناسب هستند.
ترانزیستورهای TO-220: این نوع ترانزیستورها در مدارهای قدرت و کاربردهای صنعتی استفاده میشوند.
ترانزیستورهای SMD (Surface-Mounted Device): این ترانزیستورها برای استفاده در مدارهای بردهای مداری سطحی (PCB) طراحی شدهاند.
ترانزیستورهای امروزی و آینده: چشمانداز فناوری ترانزیستورها
امروزه، ترانزیستورها به فناوریهای بسیار پیشرفتهای تجهیز شدهاند که عملکردی بهتر، مصرف انرژی کمتر و اندازههای کوچکتر دارند. تحقیقات در حال انجام در زمینههایی مانند نانو تکنولوژی و مواد جدید مانند گرافن، این امکان را به دانشمندان میدهد تا ترانزیستورهایی با سرعت بالا، ابعاد میکروسکوپی و مصرف انرژی بسیار پایین تولید کنند.
ترانزیستورهای آینده: در آینده نزدیک، ممکن است ترانزیستورها از یک مولکول یا حتی یک اتم واحد ساخته شوند. استفاده از مواد دو بعدی مانند گرافن و دیگر مواد پیشرفته میتواند باعث ساخت ترانزیستورهایی با سرعتهای بسیار بالا و قابلیتهای فوقالعاده شود.