ترانزيستور چگونه کار مي کند؟

[محمد خوزستان]

بصورت استاندارد دو نوع ترانزيستور بصورت PNP و NPN داريم. انتخاب نامه آنها به نحوه کنار هم قرار گرفتن لايه هاي نيمه هادي و پلاريته آنها بستگي دارد. هر چند در اوايل ساخت اين وسيله الکترونيکي و جايگزيني آن با لامپهاي خلاء، ترانزستورها اغلب از جنس ژرمانيم و بصورت PNP ساخته مي شدند اما محدوديت هاي ساخت و فن آوري از يکطرف و تفاوت بهره دريافتي از طرف ديگر، سازندگان را مجبور کرد که بعدها بيشتر از نيمه هاديي از جنس سيليکون و با پلاريته NPN براي ساخت ترانزيستور استفاده کنند.
تفاوت خاصي در عملکرد اين دو نمونه وجود ندارد و اين بدان معني نيست که ترانزيستور ژرمانيم با پلاريته NPN يا سيليکون با پلاريته PNP وجود ندارد.











نماي واقعي تري از پيوندها در يک ترانزيستور که تفاوت کلکتور و اميتر را بوضوح نشان مي دهد. براي هريک از لايه هاي نيمه هادي که در يک ترانزيستور وجود دارد يک پايه در نظر گرفته شده است که ارتباط مدار بيروني را به نيمه هادي ها ميسر مي سازد.
اين پايه ها به نامهاي Base (پايه) ، Collector (جمع کننده) و Emitter (منتشر کننده) مشخص مي شوند. اگر به ساختار لايه اي يک ترانزيستور دقت کنيم بنظر تفاوت خاصي ميان Collector و Emitter ديده نمي شود اما واقعيت اينگونه نيست. چرا که ضخامت و بزرگي لايه Collector به مراتب از Emitter بزرگتر است و اين عملا" باعث مي شود که اين دو لايه با وجود تشابه پلاريته اي که دارند با يکديگر تفاوت داشته باشند. با وجود اين معمولا" در شکل ها براي سهولت اين دو لايه را بصورت يکسان در نظر ميگيردند.
بدون آنکه در اين مطلب قصد بررسي دقيق نحوه کار يک ترانزيستور را داشته باشيم، قصد داريم ساده ترين مداري که مي توان با يک ترانزيستور تهيه کرد را به شما معرفي کرده و کاربرد آنرا براي شما شرح دهيم.
مدار ساده براي آشنايي با طرز کار يک ترانزيستور بطور جداگانه بين E و C و همچنين بين E و B منابع تغذيه اي قرار داده ايم. مقاومت ها يي که در مسير هريک از اين منابع ولتاژ قرار داديم صرفا" براي محدود کردن جريان بوده و نه چيز ديگر. چرا که در صورت نبود آنها، پيوندها بر اثر کشيده شدن جريان زياد خواهند سوخت.
طرز کار ترانزيستور به اينصورت است، چنانچه پيوند BE را بصورت مستقيم باياس (Bias به معني اعمال ولتاژ و تحريک است) کنيم بطوري که اين پيوند PN روشن شود (براي اينکار کافي است که به اين پيوند حدود ۰.۶ تا ۰.۷ ولت با توجه به نوع ترانزيستور ولتاژ اعمال شود)، در آنصورت از مدار بسته شده ميان E و C مي توان جريان بسيار بالايي کشيد. اگر به شکل دوم دقت کنيد بوضوح خواهيد فهميد که اين عمل چگونه امکان پذير است.
در حالت عادي ميان E و C هيچ مدار بازي وجود ندارد اما به محض آنکه شما پيوند BE را با پلاريته موافق باياس کنيد، با توجه به آنچه قبلا" راجع به يک پيوند PN توضيح داديم، اين پيوند تقريبا" بصورت اتصال کوتاه عمل مي کند و شما عملا" خواهيد توانست از پايه هاي E و C جريان قابل ملاحظه اي بکشيد. (در واقع در اينحالت مي توان فرض کرد که در شکل دوم عملا" لايه PN مربوط به BE از بين مي رود و بين EC يک اتصال کوتاه رخ مي دهد.)
بنابراين مشاهده مي کنيد که با برقراري يک جريان کوچک Ib شما مي توانيد يک جريان بزرگ Ic را داشته باشيد. اين مدار اساس سوئيچ هاي الکترونيک در مدارهاي الکترونيکي است. بعنوان مثال شما مي توانيد در مدار کلکتور يک رله قرار دهيد که با جريان مثلا" چند آمپري کار مي کند و در عوض با اعمال يک جريان بسيار ضعيف در حد ميلي آمپر - حتي کمتر - در مدار بيس که ممکن است از طريق يک مدار ديجيتال تهيه شود، به رله فرمان روشن يا خاموش شدن بدهيد.