![ترانزیستور چیست؟ انواع و نحوه کارکرد](https://liashatrading.ir/wp-content/uploads/2022/08/ترانزیستور-چیست؟-انواع-و-نحوه-کارکرد-1024x768.jpg)
ترانزیستور چیست؟ انواع و نحوه کارکرد
ترانزیستور چیست؟ انواع و نحوه کارکرد
مقدمه
ترانزیستور چیست؟ انواع و نحوه کارکرد ترانزیستورها در دنیای ما. ترانزیستورها دنیای الکترونیک ما را دور می اندازند. آنها به عنوان یک منبع کنترل تقریباً در هر مدار مدرن بسیار مهم هستند. گاهی اوقات شما آنها را می بینید، اما اغلب آنها در اعماق قالب یک مدار مجتمع پنهان می شوند.
در این آموزش شما را با اصول رایج ترین ترانزیستور در اطراف آشنا می کنیم: ترانزیستور اتصال دو قطبی (BJT).
![ترانزیستور چیست؟ انواع و نحوه کارکرد](https://liashatrading.ir/wp-content/uploads/2022/08/ترانزیستورها.png)
در مقادیر کوچک و گسسته، می توان از ترانزیستور برای ایجاد کلیدهای الکترونیکی ساده، منطق دیجیتال و مدارهای تقویت کننده سیگنال استفاده کرد. در مقادیر هزاران، میلیونها و حتی میلیاردها ترانزیستور به هم متصل شده و در تراشههای کوچک جاسازی شدهاند تا حافظههای کامپیوتری، ریزپردازندهها و دیگر آیسیهای پیچیده را ایجاد کنند.
پس از خواندن این آموزش، ما می خواهیم که درک گسترده ای از نحوه کار ترانزیستورها داشته باشید. ما خیلی عمیق به فیزیک نیمه هادی ها یا مدل های معادل آن نمی پردازیم، اما به اندازه کافی به این موضوع می پردازیم که متوجه خواهید شد چگونه می توان از ترانزیستور به عنوان کلید یا تقویت کننده استفاده کرد.
این آموزش به یک سری بخش تقسیم می شود که شامل موارد زیر است:
نمادها، پینها و ساختار – توضیح تفاوتهای بین سه پایه ترانزیستور.
گسترش قیاس آب — بازگشت به قیاس آب برای توضیح اینکه چگونه ترانزیستور مانند یک شیر عمل می کند.
حالت های عملیاتی — مروری بر چهار حالت عملیاتی ممکن ترانزیستور.
برنامه های کاربردی I: سوئیچ ها — مدارهای کاربردی که نشان می دهد چگونه ترانزیستورها به عنوان سوئیچ های کنترل شده الکترونیکی استفاده می شوند.
برنامه های کاربردی II: تقویت کننده ها – مدارهای کاربردی بیشتر، این بار نشان می دهد که چگونه ترانزیستورها برای تقویت ولتاژ یا جریان استفاده می شوند.
دو نوع ترانزیستور اصلی وجود دارد: اتصال دو قطبی (BJT) و اثر میدانی اکسید فلز (MOSFET). در این آموزش ما بر روی BJT تمرکز خواهیم کرد، زیرا درک آن کمی ساده تر است.
با حفاری عمیق تر در انواع ترانزیستورها، در واقع دو نسخه از BJT وجود دارد: NPN و PNP. با محدود کردن بحث اولیه خود به NPN، تمرکز خود را حتی واضح تر خواهیم کرد. با محدود کردن تمرکز ما — بدست آوردن درک کامل از NPN — درک PNP (یا ماسفت ها، حتی) با مقایسه تفاوت آن با NPN آسان تر خواهد بود.
نمادها، پین ها، و ساخت و ساز ترانزیستور
ترانزیستور اساساً وسایل سه ترمینالی هستند. در یک ترانزیستور اتصال دو قطبی (BJT)، این پین ها دارای برچسب کلکتور (C)، پایه (B) و امیتر (E) هستند. نمادهای مدار برای NPN و PNP BJT در زیر آمده است:
تنها تفاوت بین NPN و PNP جهت فلش روی امیتر است. فلش روی یک NPN اشاره میکند و روی PNP به داخل اشاره میکند.
ساخت ترانزیستور
ترانزیستور برای کار جادویی خود به نیمه هادی ها متکی هستند. نیمه هادی ماده ای است که کاملاً هادی خالص نیست (مانند سیم مسی) اما عایق (مانند هوا) نیز نیست.
رسانایی یک نیمه رسانا – اینکه چقدر به الکترون ها اجازه می دهد تا به راحتی جریان پیدا کنند – به متغیرهایی مانند دما یا حضور بیشتر یا کمتر الکترون ها بستگی دارد. بیایید به طور خلاصه به زیر کاپوت یک ترانزیستور نگاه کنیم. نگران نباشید، ما خیلی عمیق به فیزیک کوانتوم نخواهیم پرداخت.
ترانزیستور به صورت دو دیود
ترانزیستورها به نوعی مانند پسوند یک جزء نیمه هادی دیگر هستند: دیودها. به نوعی ترانزیستورها فقط دو دیود هستند که کاتدها (یا آندها) به هم گره خورده اند:
در اینجا پایه اتصال دیود به امیتر مهم است. جهت فلش روی نماد شماتیک مطابقت دارد و به شما نشان می دهد که جریان از کدام سمت ترانزیستور عبور می کند.
نمایش دیود مکان خوبی برای شروع است، اما دقیق نیست. درک خود از عملکرد ترانزیستور را بر اساس آن مدل قرار ندهید (و قطعاً سعی نکنید آن را روی تخته نان تکرار کنید، کار نخواهد کرد). کلی چیزهای عجیب و غریب در سطح فیزیک کوانتومی وجود دارد که تعاملات بین سه پایانه را کنترل می کند.
(این مدل در صورت نیاز به آزمایش ترانزیستور مفید است. با استفاده از تابع تست دیود (یا مقاومت) روی یک مولتی متر، می توانید پایانه های BE و BC را اندازه گیری کنید تا وجود آن “دیودها” را بررسی کنید.)
ساختار و عملکرد ترانزیستور
ترانزیستورها با چیدن سه لایه مختلف از مواد نیمه هادی در کنار هم ساخته می شوند. برخی از این لایهها الکترونهای اضافی به آنها اضافه میکنند (فرآیندی به نام «دوپینگ»)، و برخی دیگر الکترونها را حذف میکنند (مخالف با «سوراخها» – عدم وجود الکترون).
یک ماده نیمه رسانا با الکترون های اضافی، نوع n نامیده می شود (n برای منفی زیرا الکترون ها دارای بار منفی هستند) و ماده ای که الکترون های آن حذف شده است، نوع p (برای مثبت) نامیده می شود. ترانزیستورها یا با چیدن یک n در بالای p روی یک n یا p روی n روی p ایجاد می شوند.
با کمی تکان دادن دست، میتوان گفت که الکترونها میتوانند به راحتی از ناحیه n به ناحیه p جریان پیدا کنند، البته تا زمانی که نیروی (ولتاژ) کمی برای فشار دادن آنها داشته باشند.
اما جریان از یک منطقه p به یک منطقه n واقعا سخت است (به ولتاژ زیادی نیاز دارد). اما نکته ویژه در مورد یک ترانزیستور – بخشی که مدل دو دیودی ما را منسوخ می کند – این واقعیت است که الکترون ها می توانند به راحتی از پایه نوع p به کلکتور نوع n تا زمانی که اتصال بیس-امیتر جریان دارد، جریان پیدا کنند.
بایاس به جلو (به این معنی که پایه در ولتاژ بالاتری نسبت به امیتر قرار دارد).
ترانزیستور NPN برای عبور الکترون ها از امیتر به کلکتور طراحی شده است (بنابراین جریان معمولی از کلکتوری به امیتر دیگر جریان می یابد). امیتر، الکترونها را به درون پایه ساطع میکند، که تعداد الکترونهایی را که ساطع میکند کنترل میکند.
بیشتر الکترونهای گسیلشده توسط کلکتور جمعآوری میشوند که آنها را به قسمت بعدی مدار میفرستد.
یک PNP به روشی مشابه اما مخالف کار می کند. پایه همچنان جریان جریان را کنترل می کند، اما این جریان در جهت مخالف جریان می یابد – از امیتر به جمع کننده. به جای الکترون، تابش کننده “حفره” (غیاب مفهومی الکترون) منتشر می کند که توسط کلکتور جمع آوری می شود.
ترانزیستور به نوعی مانند یک دریچه الکترونی است. پایه پایه مانند دسته ای است که می توانید آن را تنظیم کنید تا به الکترون های بیشتر یا کمتری اجازه دهید از امیتر به جمع کننده جریان پیدا کنند. بیایید این قیاس را بیشتر بررسی کنیم …
بسط قیاس آب
اگر اخیراً آموزش های مفهومی برق زیادی را مطالعه کرده اید، احتمالاً به قیاس آب عادت کرده اید. ما می گوییم جریان مشابه سرعت جریان آب است، ولتاژ فشاری است که آب را از طریق یک لوله می راند و مقاومت به عرض لوله است.
جای تعجب نیست که قیاس آب را می توان به ترانزیستورها نیز تعمیم داد: ترانزیستور مانند شیر آب است — مکانیزمی که می توانیم برای کنترل سرعت جریان از آن استفاده کنیم.
سه حالت وجود دارد که میتوانیم از شیر استفاده کنیم که هر کدام تأثیر متفاوتی بر دبی در یک سیستم دارند.
1) روشن — اتصال کوتاه
یک دریچه را می توان به طور کامل باز کرد و به آب اجازه می دهد آزادانه جریان یابد – طوری که گویی دریچه وجود ندارد.
به همین ترتیب، در شرایط مناسب، یک ترانزیستور می تواند مانند یک اتصال کوتاه بین پین های کلکتور و امیتر به نظر برسد. جریان آزاد است که از کلکتور عبور کند و از امیتر خارج شود.
2) خاموش — مدار باز
هنگامی که بسته است، یک شیر می تواند جریان آب را به طور کامل متوقف کند.
به همین ترتیب می توان از ترانزیستور برای ایجاد یک مدار باز بین پین های کلکتور و امیتر استفاده کرد.
3) کنترل جریان خطی
با تنظیم دقیق، می توان یک شیر را تنظیم کرد تا سرعت جریان را تا نقطه ای بین کاملاً باز و بسته کنترل کند.
یک ترانزیستور می تواند همین کار را انجام دهد — کنترل خطی جریان از طریق مدار در نقطه ای بین کاملاً خاموش (مدار باز) و کاملاً روشن (اتصال کوتاه).
از قیاس آب ما، عرض یک لوله مشابه مقاومت در یک مدار است. اگر یک شیر بتواند عرض یک لوله را به خوبی تنظیم کند، یک ترانزیستور می تواند مقاومت بین کلکتور و امیتر را به خوبی تنظیم کند. بنابراین، به نوعی، ترانزیستور مانند یک مقاومت متغیر و قابل تنظیم است.
تقویت کننده قدرت
یک قیاس دیگر وجود دارد که میتوانیم به این موضوع بپردازیم. تصور کنید اگر با چرخش جزئی یک شیر، بتوانید سرعت جریان دروازه های جریان سد هوور را کنترل کنید.
مقدار ناچیز نیرویی که ممکن است برای چرخاندن آن دستگیره وارد کنید، پتانسیل ایجاد نیرویی هزاران برابر قویتر را دارد. ما تشابه را تا حد خود گسترش می دهیم، اما این ایده به ترانزیستورها نیز منتقل می شود.
ترانزیستورها خاص هستند زیرا می توانند سیگنال های الکتریکی را تقویت کنند و سیگنال کم مصرف را به سیگنال مشابه با توان بسیار بالاتر تبدیل کنند.
نوع. چیزهای بیشتری برای آن وجود دارد، اما این مکان خوبی برای شروع است! برای توضیح بیشتر در مورد عملکرد ترانزیستور، بخش بعدی را بررسی کنید.
حالت های عملیات
برخلاف مقاومت ها که رابطه خطی بین ولتاژ و جریان را اعمال می کنند، ترانزیستورها دستگاه های غیر خطی هستند. آنها چهار حالت کار مجزا دارند که جریان عبوری از آنها را توصیف می کند. (زمانی که از جریان عبوری از ترانزیستور صحبت می کنیم، معمولاً منظور جریانی است که از کلکتور به امیتر NPN می گذرد.)
چهار حالت کار ترانزیستور عبارتند از:
اشباع – ترانزیستور مانند یک اتصال کوتاه عمل می کند. جریان آزادانه از کلکتور به قطره چکان جریان می یابد.
قطع – ترانزیستور مانند یک مدار باز عمل می کند. هیچ جریانی از کلکتور به امیتر نمی رود.
فعال – جریان از کلکتور به امیتر متناسب با جریانی است که به پایه می ریزد.
Reverse-Active – مانند حالت فعال، جریان متناسب با جریان پایه است، اما برعکس جریان دارد. جریان از قطره چکان به کلکتور جریان می یابد (نه دقیقاً هدفی که ترانزیستورها برای آن طراحی شده اند).
برای تعیین اینکه یک ترانزیستور در کدام حالت قرار دارد، باید به ولتاژهای هر یک از سه پایه و نحوه ارتباط آنها با یکدیگر نگاه کنیم. ولتاژ از پایه به امیتر (VBE) و از پایه به کلکتور (VBC) حالت ترانزیستور را تنظیم می کند:
نمودار ربع ساده شده بالا نشان می دهد که چگونه ولتاژهای مثبت و منفی در آن پایانه ها بر روی حالت تأثیر می گذارند. در واقعیت کمی پیچیده تر از این است.
بیایید به هر چهار حالت ترانزیستور به صورت جداگانه نگاه کنیم. ما بررسی خواهیم کرد که چگونه دستگاه را در آن حالت قرار دهیم، و چه تاثیری بر جریان جریان دارد.
توجه: بیشتر این صفحه بر روی ترانزیستورهای NPN تمرکز دارد. برای اینکه بفهمید یک ترانزیستور PNP چگونه کار می کند، به سادگی علامت قطبیت یا > و < را برگردانید.
حالت اشباع
اشباع حالت روشن ترانزیستور است. یک ترانزیستور در حالت اشباع مانند یک اتصال کوتاه بین کلکتور و امیتر عمل می کند.
در حالت اشباع، هر دو “دیود” در ترانزیستور بایاس به جلو هستند. این بدان معناست که VBE باید بزرگتر از 0 باشد و VBC نیز باید بزرگتر باشد. به عبارت دیگر، VB باید بالاتر از VE و VC باشد.
از آنجایی که اتصال از پایه به امیتر دقیقاً شبیه یک دیود است، در واقعیت، VBE برای وارد شدن به اشباع باید بیشتر از یک ولتاژ آستانه باشد.
اختصارات زیادی برای این افت ولتاژ وجود دارد – Vth، Vγ و Vd تعداد کمی هستند – و مقدار واقعی بین ترانزیستورها (و حتی بیشتر بر اساس دما) متفاوت است. برای بسیاری از ترانزیستورها (در دمای اتاق) می توان این افت را حدود 0.6 ولت تخمین زد.
واقعیت تلخ دیگر: رسانایی کامل بین امیتر و کلکتور وجود نخواهد داشت. یک افت ولتاژ کوچک بین آن گره ها ایجاد می شود.
برگه های داده ترانزیستور این ولتاژ را به عنوان ولتاژ اشباع CE VCE(sat) تعریف می کند – ولتاژی از کلکتور به امیتر که برای اشباع مورد نیاز است. این مقدار معمولاً حدود 0.05-0.2V است.
این مقدار به این معنی است که VC باید کمی بزرگتر از VE باشد (اما هر دو هنوز کمتر از VB) تا ترانزیستور در حالت اشباع قرار گیرد.
حالت قطع
حالت Cutoff برعکس اشباع است. یک ترانزیستور در حالت قطع خاموش است — هیچ جریان کلکتوری وجود ندارد و بنابراین جریان امیتر وجود ندارد. تقریباً شبیه یک مدار باز است.
برای وارد کردن یک ترانزیستور به حالت قطع، ولتاژ پایه باید از هر دو ولتاژ امیتر و کلکتور کمتر باشد. VBC و VBE هر دو باید منفی باشند.
در واقعیت، VBE می تواند بین 0 ولت و ولت (~ 0.6 ولت) برای رسیدن به حالت قطع باشد.
حالت فعال
برای کار در حالت فعال، VBE ترانزیستور باید بزرگتر از صفر و VBC منفی باشد. بنابراین، ولتاژ پایه باید کمتر از کلکتور، اما بیشتر از امیتر باشد. این همچنین به این معنی است که کلکتور باید بزرگتر از امیتر باشد.
در واقع، برای روشن کردن ترانزیستور به یک افت ولتاژ رو به جلو غیر صفر (به اختصار Vth، Vγ یا Vd) از پایه به امیتر (VBE) نیاز داریم. معمولاً این ولتاژ معمولاً حدود 0.6 ولت است.
تقویت در حالت فعال
حالت فعال قوی ترین حالت ترانزیستور است زیرا دستگاه را به یک تقویت کننده تبدیل می کند. جریان ورودی به پایه پایه جریان ورودی به کلکتور و خروجی امیتر را تقویت می کند.
علامت کوتاه ما برای بهره (ضریب تقویت) ترانزیستور β است (همچنین ممکن است آن را به عنوان βF یا hFE ببینید). β به صورت خطی جریان کلکتور (IC) را به جریان پایه (IB) مرتبط می کند:
مقدار واقعی β بر اساس ترانزیستور متفاوت است. معمولاً حدود 100 است، اما بسته به اینکه از چه ترانزیستوری استفاده می کنید و چه مقدار جریان از آن عبور می کند، می تواند بین 50 تا 200 … حتی 2000 باشد.
برای مثال، اگر ترانزیستور شما دارای β 100 بود، به این معنی است که یک جریان ورودی 1 میلی آمپر به پایه می تواند جریان 100 میلی آمپر را از طریق کلکتور تولید کند.
جریان امیتر یعنی IE چطور؟ در حالت فعال، جریان کلکتور و پایه به دستگاه می رود و IE خارج می شود. برای ربط دادن جریان امیتر به جریان کلکتور، مقدار ثابت دیگری داریم: α. α بهره جریان پایه مشترک است، آن جریان ها را به این صورت مرتبط می کند:
α معمولاً بسیار نزدیک، اما کمتر از 1 است. این بدان معناست که IC بسیار نزدیک است، اما کمتر از IE در حالت فعال است.
می توانید از β برای محاسبه α یا بالعکس استفاده کنید:
برای مثال اگر β 100 باشد، به این معنی است که α 0.99 است. بنابراین، برای مثال، اگر آی سی 100 میلی آمپر باشد، IE 101 میلی آمپر است.
برنامه های کاربردی : سوئیچ ها
یکی از اساسی ترین کاربردهای ترانزیستور استفاده از آن برای کنترل جریان برق به بخش دیگری از مدار است — استفاده از آن به عنوان کلید الکتریکی. ترانزیستور با هدایت آن در حالت قطع یا اشباع، می تواند اثر روشن/خاموش باینری یک سوئیچ را ایجاد کند.
سوئیچ های ترانزیستوری بلوک های مهمی برای ساخت مدار هستند. از آنها برای ساخت گیت های منطقی استفاده می شود که در ادامه میکروکنترلرها، ریزپردازنده ها و سایر مدارهای مجتمع را ایجاد می کنند. در زیر چند نمونه مدار آورده شده است.
سوئیچ ترانزیستور
بیایید به اساسی ترین مدار سوئیچ ترانزیستور نگاه کنیم: یک سوئیچ NPN. در اینجا ما از یک NPN برای کنترل یک LED پرقدرت استفاده می کنیم:
ورودی کنترل ما به پایه جریان می یابد، خروجی به کلکتور متصل می شود و امیتر در یک ولتاژ ثابت نگه داشته می شود.
در حالی که یک سوئیچ معمولی نیاز به چرخاندن فیزیکی یک محرک دارد، این کلید توسط ولتاژ در پایه پایه کنترل می شود. یک پین ورودی/خروجی میکروکنترلر، مانند آنهایی که در آردوینو وجود دارد، میتواند برای روشن یا خاموش کردن LED برنامهریزی شود تا بالا یا پایین برود.
هنگامی که ولتاژ در پایه بیشتر از 0.6 ولت (یا هر Vth ترانزیستور شما باشد)، ترانزیستور شروع به اشباع می کند و مانند یک اتصال کوتاه بین کلکتور و امیتر به نظر می رسد.
هنگامی که ولتاژ در پایه کمتر از 0.6 ولت است، ترانزیستور در حالت قطع است — هیچ جریانی جریان نمی یابد زیرا به نظر می رسد یک مدار باز بین C و E باشد.
مدار فوق سوئیچ سمت پایین نامیده می شود، زیرا کلید — ترانزیستور ما — در سمت پایین (زمین) مدار قرار دارد. از طرف دیگر، میتوانیم از یک ترانزیستور PNP برای ایجاد یک سوئیچ سمت بالا استفاده کنیم:
مشابه مدار NPN، پایه ورودی ما است و امیتر به یک ولتاژ ثابت متصل است. با این حال، این بار، امیتر بالا بسته می شود و بار به ترانزیستور در سمت زمین متصل می شود.
این مدار به خوبی سوئیچ مبتنی بر NPN کار می کند، اما یک تفاوت بزرگ وجود دارد: برای روشن کردن بار، پایه باید کم باشد. این می تواند عوارضی ایجاد کند، به خصوص اگر ولتاژ بالای بار (VCC 12 ولت است که به امیتر VE در این تصویر متصل می شود) از ولتاژ بالای ورودی کنترل ما بیشتر باشد.
برای مثال، اگر بخواهید از آردوینو 5 ولتی برای خاموش کردن موتور 12 ولت استفاده کنید، این مدار کار نمی کند. در این حالت، خاموش کردن سوئیچ غیرممکن است زیرا VB (اتصال به پین کنترل) همیشه کمتر از VE است.
مقاومت های پایه!
متوجه خواهید شد که هر یک از این مدارها از یک مقاومت سری بین ورودی کنترل و پایه ترانزیستور استفاده می کنند. فراموش نکنید که این مقاومت را اضافه کنید! ترانزیستور بدون مقاومت در پایه مانند یک LED بدون مقاومت محدود کننده جریان است.
به یاد بیاورید که به نوعی، ترانزیستور فقط یک جفت دیود به هم پیوسته است. ما دیود پایه امیتر را به سمت جلو هدایت می کنیم تا بار را روشن کنیم. دیود فقط به 0.6 ولت برای روشن شدن نیاز دارد، ولتاژ بیشتر از این به معنای جریان بیشتر است.
برخی از ترانزیستورها ممکن است تنها برای حداکثر 10-100 میلی آمپر جریان برای عبور از آنها رتبه بندی شوند. اگر جریانی را بیش از حداکثر امتیاز تامین کنید، ترانزیستور ممکن است منفجر شود.
مقاومت سری بین منبع کنترل ما و پایه جریان ورودی به پایه را محدود می کند. گره پایه-امیتر می تواند افت ولتاژ 0.6 ولتی خود را دریافت کند و مقاومت می تواند ولتاژ باقی مانده را کاهش دهد. مقدار مقاومت و ولتاژ دو طرف آن، جریان را تنظیم می کند.
مقاومت باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا جریان را به طور موثر محدود کند، اما به اندازه کافی کوچک باشد تا جریان کافی پایه را تامین کند. 1 میلی آمپر تا 10 میلی آمپر معمولا کافی است، اما برای اطمینان، دیتاشیت ترانزیستور خود را بررسی کنید.
منطق دیجیتال
ترانزیستورها را می توان برای ایجاد تمام گیت های منطقی اساسی ما ترکیب کرد: AND، OR، و NOT.
(توجه: امروزه ماسفت ها بیشتر از BJT ها برای ایجاد گیت های منطقی استفاده می شوند. ماسفت ها از نظر مصرف انرژی کارآمدتر هستند که باعث می شود انتخاب بهتری داشته باشند.)
معکوس کننده
در اینجا یک مدار ترانزیستوری است که یک اینورتر یا گیت NOT را پیاده سازی می کند:
در اینجا یک ولتاژ بالا به پایه، ترانزیستور را روشن می کند، که به طور موثر کلکتور را به امیتر متصل می کند. از آنجایی که امیتر مستقیماً به زمین متصل است، کلکتور نیز خواهد بود (اگرچه کمی بالاتر خواهد بود، جایی در حدود VCE(sat) ~ 0.05-0.2V).
از طرف دیگر، اگر ورودی کم باشد، ترانزیستور مانند یک مدار باز به نظر می رسد و خروجی به سمت VCC کشیده می شود.
(این در واقع یک پیکربندی اساسی ترانزیستور به نام امیتر مشترک است. در ادامه در مورد آن بیشتر توضیح خواهیم داد.)
و گیت
در اینجا یک جفت ترانزیستور مورد استفاده برای ایجاد یک گیت AND 2 ورودی وجود دارد:
در این مدار، اگر یکی (یا هر دو) A یا B بالا باشد، آن ترانزیستور مربوطه روشن می شود و خروجی را بالا می کشد. اگر هر دو ترانزیستور خاموش باشند، خروجی از طریق مقاومت پایین کشیده می شود.
برنامه های کاربردی II : تقویت کننده ها
برخی از قدرتمندترین کاربردهای ترانزیستور شامل تقویت هستند: تبدیل سیگنال کم توان به سیگنال با توان بالاتر. تقویتکنندهها میتوانند ولتاژ یک سیگنال را افزایش دهند، چیزی را از محدوده μV گرفته و آن را به سطح مفیدتری mV یا V تبدیل کنند.
یا می توانند جریان را تقویت کنند که برای تبدیل μA جریان تولید شده توسط دیود نوری به جریانی با بزرگی بسیار بیشتر مفید است. حتی تقویتکنندههایی وجود دارند که جریانی را وارد میکنند و ولتاژ بالاتری تولید میکنند یا برعکس (به ترتیب به آنها مقاومت و انتقال عبور میگویند).
ترانزیستورها جزء کلیدی بسیاری از مدارهای تقویت کننده هستند. به نظر می رسد تنوع بی نهایتی از تقویت کننده های ترانزیستوری وجود دارد، اما خوشبختانه بسیاری از آنها بر اساس برخی از این مدارهای ابتدایی تر هستند. این مدارها را به خاطر بسپارید، و امیدواریم با کمی تطبیق الگو، بتوانید تقویت کننده های پیچیده تری را درک کنید.
تنظیمات رایج
سه تا از اساسی ترین تقویت کننده های ترانزیستوری عبارتند از: امیتر مشترک، کلکتور مشترک و پایه مشترک. در هر یک از سه پیکربندی، یکی از سه گره به طور دائم به یک ولتاژ مشترک (معمولا زمین) متصل است و دو گره دیگر یا ورودی یا خروجی تقویت کننده هستند.
امیتر معمولی
امیتر معمولی یکی از محبوبترین چیدمانهای ترانزیستوری است. در این مدار، امیتر به یک ولتاژ مشترک به پایه و کلکتور (معمولاً زمین) متصل است. پایه به ورودی سیگنال تبدیل می شود و کلکتور به خروجی تبدیل می شود.
مدار امیتر رایج محبوب است زیرا برای تقویت ولتاژ، به ویژه در فرکانس های پایین، مناسب است. برای مثال، آنها برای تقویت سیگنال های صوتی عالی هستند. اگر یک سیگنال ورودی پیک به پیک کوچک 1.5 ولت دارید، می توانید آن را با استفاده از یک مدار کمی پیچیده تر، مانند:
با این حال، یکی از ویژگی های امیتر رایج این است که سیگنال ورودی را معکوس می کند (آن را با اینورتر صفحه آخر مقایسه کنید!).
جمع کننده مشترک (پیرو امیتر)
اگر پایه کلکتور را به یک ولتاژ مشترک ببندیم، از پایه به عنوان ورودی و از امیتر به عنوان خروجی استفاده کنیم، یک کلکتور مشترک داریم. این پیکربندی به عنوان دنبال کننده امیتر نیز شناخته می شود.
کلکتور مشترک هیچ تقویت ولتاژی انجام نمی دهد (در واقع، ولتاژ خروجی 0.6 ولت کمتر از ولتاژ ورودی خواهد بود). به همین دلیل، گاهی اوقات این مدار را دنبال کننده ولتاژ می نامند.
این مدار پتانسیل بالایی به عنوان تقویت کننده جریان دارد. علاوه بر آن، بهره جریان بالا همراه با بهره ولتاژ نزدیک به واحد، این مدار را به یک بافر ولتاژ عالی تبدیل میکند. بافر ولتاژ از تداخل نامطلوب مدار بار در مدار محرک آن جلوگیری می کند.
به عنوان مثال، اگر میخواهید ولتاژ 1 ولت را به یک بار تحویل دهید، میتوانید راه آسان را طی کنید و از تقسیمکننده ولتاژ استفاده کنید یا میتوانید از یک دنبال کننده امیتر استفاده کنید.
با بزرگتر شدن بار (که بالعکس به معنی مقاومت کمتر است) خروجی مدار تقسیم کننده ولتاژ کاهش می یابد. اما ولتاژ خروجی دنبال کننده امیتر، صرف نظر از اینکه بار چقدر است، ثابت می ماند.
بارهای بزرگتر نمی توانند یک دنبال کننده امیتر را “بارگیری” کنند، همانطور که می توانند مدارهایی با امپدانس های خروجی بزرگتر برقرار کنند.
پایگاه مشترک
ما در مورد پایه مشترک صحبت خواهیم کرد تا مقداری بسته شدن این بخش فراهم شود، اما این کمترین محبوبیت در بین سه پیکربندی اساسی است. در یک تقویت کننده پایه معمولی، امیتر یک ورودی و کلکتور یک خروجی است. پایه برای هر دو مشترک است.
پایه مشترک مانند ضد انتشار دهنده پیرو است. این یک تقویت کننده ولتاژ مناسب است و جریان ورودی تقریباً برابر با جریان خروجی است (در واقع جریان ورودی کمی بیشتر از جریان خروجی است).
مدار پایه مشترک بهترین عملکرد را به عنوان بافر جریان دارد. می تواند جریان ورودی را با امپدانس ورودی پایین بگیرد و تقریباً همان جریان را به خروجی امپدانس بالاتر برساند.
به طور خلاصه
این سه پیکربندی تقویت کننده در قلب بسیاری از تقویت کننده های ترانزیستوری پیچیده تر قرار دارند. آنها هر کدام کاربردهایی دارند که در آن می درخشند، خواه در حال تقویت جریان، ولتاژ یا بافر باشند.
تقویت کننده های چند مرحله ای
ما میتوانیم به تنوع زیاد تقویتکنندههای ترانزیستوری ادامه دهیم. در اینجا چند مثال سریع برای نشان دادن آنچه اتفاق می افتد با ترکیب تقویت کننده های تک مرحله ای بالا آورده شده است:
دارلینگتون
آمپلی فایر دارلینگتون یک کلکتور مشترک را به یک کلکتور دیگر اجرا می کند تا یک تقویت کننده افزایش جریان بالا ایجاد کند.
ولتاژ خروجی تقریباً همان ولتاژ ورودی است (منهای حدود 1.2V-1.4V)، اما بهره جریان حاصلضرب دو بهره ترانزیستور است. این β2 است — بیش از 10000!
جفت دارلینگتون یک ابزار عالی است اگر بخواهید بار بزرگی را با جریان ورودی بسیار کم هدایت کنید.
تقویت کننده دیفرانسیل
یک تقویت کننده دیفرانسیل دو سیگنال ورودی را کم می کند و این تفاوت را تقویت می کند. این بخش مهمی از مدارهای بازخورد است که در آن ورودی با خروجی مقایسه می شود تا خروجی آینده تولید شود.
در اینجا پایه و اساس تقویت کننده دیفرانسیل است:
به این مدار جفت دم بلند نیز می گویند. این یک جفت مدار امیتر مشترک است که برای تولید یک خروجی دیفرانسیل با یکدیگر مقایسه می شوند. دو ورودی به پایه های ترانزیستور اعمال می شود. خروجی یک ولتاژ دیفرانسیل در دو کلکتور است.
تقویت کننده فشاری-کششی
تقویت کننده فشار کش یک “مرحله نهایی” مفید در بسیاری از تقویت کننده های چند مرحله ای است. این یک تقویت کننده انرژی کارآمد است که اغلب برای راه اندازی بلندگوها استفاده می شود.
آمپر فشاری اصلی از یک ترانزیستور NPN و PNP استفاده می کند که هر دو به عنوان کلکتورهای معمولی پیکربندی شده اند:
آمپر فشار کش واقعاً ولتاژ را تقویت نمی کند (ولتاژ خروجی کمی کمتر از آن در داخل خواهد بود)، اما جریان را تقویت می کند. این به ویژه در مدارهای دو قطبی (مدارهای دارای منبع مثبت و منفی) مفید است، زیرا هم می تواند جریان را از منبع مثبت به بار فشار دهد و هم جریان را به بیرون بکشد و در منبع منفی فرو برد.
اگر منبع تغذیه دوقطبی دارید (یا حتی اگر ندارید)، فشار کش آخرین مرحله عالی برای تقویت کننده است که به عنوان یک بافر برای بار عمل می کند.
قرار دادن آنها در کنار هم (یک تقویت کننده عملیاتی)
بیایید به یک مثال کلاسیک از یک مدار ترانزیستور چند مرحله ای نگاه کنیم: یک آپمپ. توانایی تشخیص مدارهای ترانزیستوری رایج و درک هدف آنها می تواند شما را به مسیر طولانی برساند! در اینجا مدار داخل یک LM3558، یک آپ امپ بسیار ساده است:
طمئناً در اینجا پیچیدگی بیشتر از آن چیزی است که ممکن است برای هضم آن آماده باشید، با این حال ممکن است تعدادی توپولوژی آشنا را ببینید:
Q1، Q2، Q3 و Q4 مرحله ورودی را تشکیل می دهند. خیلی شبیه یک کلکتور معمولی (Q1 و Q4) در تقویت کننده دیفرانسیل است، درست است؟ فقط وارونه به نظر می رسد، زیرا از PNP استفاده می کند. این ترانزیستورها به تشکیل مرحله دیفرانسیل ورودی تقویت کننده کمک می کنند.
Q11 و Q12 بخشی از مرحله دوم هستند. Q11 یک کلکتور مشترک و Q12 یک امیتر معمولی است. این جفت ترانزیستور سیگنال را از کلکتور Q3 بافر می کند و با رفتن سیگنال به مرحله نهایی بهره بالایی را ارائه می دهد.
Q6 و Q13 بخشی از مرحله نهایی هستند، و همچنین باید آشنا به نظر برسند (مخصوصاً اگر RSC را نادیده بگیرید) – این یک فشار است! این مرحله خروجی را بافر می کند و به آن اجازه می دهد بارهای بزرگتری را هدایت کند.
انواع پیکربندی های رایج دیگر در آنجا وجود دارد که ما در مورد آنها صحبت نکرده ایم. Q8 و Q9 به عنوان یک آینه جریان پیکربندی شده اند، که به سادگی مقدار جریان یک ترانزیستور را به دیگری کپی می کند.
پس از این دوره خرابی در ترانزیستورها، انتظار نداریم که بفهمید در این مدار چه خبر است، اما اگر بتوانید مدارهای رایج ترانزیستور را شناسایی کنید، در مسیر درستی هستید!
برای مشاهده سایر مقالات الکترونیک میتوانید به بخش بلاگ فروشگاه لیاشا مراجعه نماید.
مطالب مرتبط
![سیم بکسل چیست و هر آنچه باید درباره ان بدانید](https://liashatrading.ir/wp-content/uploads/2024/05/سیم-بکسل-چیست-؟.gif)
سیم بکسل چیست ؟ هر آنچه باید درباره آن بدانید
سیم بکسل چیست ؟ و هر آنچه باید درباره آن بدانید سیم بکسل به انگلیسی…
ادامه مطلب![](https://liashatrading.ir/wp-content/uploads/2024/04/انواع-چراغ-تونلی-1.jpg)
انواع چراغ تونلی
انواع چراغ تونلی و مصارف آن چراغ تونلی یکی از اجزای اساسی و حیاتی در…
ادامه مطلب![ولتاژ و جریان LEDها با رنگهای مختلف](https://liashatrading.ir/wp-content/uploads/2024/02/ولتاژ-و-جریان-led.jpg)
نحوه پیدا کردن ولتاژ و جریان LED
در اینجا سه راه مختلف برای نحوه پیدا کردن ولتاژ و جریان LED وجود دارد:…
ادامه مطلب![پاور سوئیچینگ اسلیم](https://liashatrading.ir/wp-content/uploads/2024/01/درایور-LED-یا-پاور-سوئیچینگ.jpg)
تفاوت درایور LED و منبع تغذیه سوئیچینگ در چیست؟
آیا تا به حال فکر کرده اید که تفاوت بین درایور LED و منبع تغذیه…
ادامه مطلب![30 اشتباه رایج در مونتاژ SMT](https://liashatrading.ir/wp-content/uploads/2023/09/3.jpg)
30 اشتباه رایج در مونتاژ SMT
به حداقل رساندن عیوب اتصال لحیم کاری در مونتاژ PCB باید هدف تمام تولیدکنندگان PCB…
ادامه مطلب![درجه حفاظت IP لامپ](https://liashatrading.ir/wp-content/uploads/2023/05/-حفاظت-IP-لامپ-e1688217088628.gif)
درجه حفاظت IP لامپ
درجه حفاظت IP، به درجه حفاظتی اشاره دارد که یک محفظه الکتریکی می تواند در…
ادامه مطلب![لوکس و لومن: چه هستند و چه تفاوت هایی با هم دارند؟](https://liashatrading.ir/wp-content/uploads/2023/05/Untitled-1-e1688217212487.gif)
لوکس و لومن: چه هستند و چه تفاوت هایی با هم دارند؟
هنگام انتخاب چراغ برای یک فضای معین، تنها عواملی مانند نوع چراغ یا دمای نور…
ادامه مطلب![کوچکترین فرم فاکتور مادربرد صنعتی](https://liashatrading.ir/wp-content/uploads/2023/05/-فرم-فاکتور-مادربرد-صنعتی-1-e1688217286278.gif)
کوچکترین فرم فاکتور مادربرد صنعتی
کوچکترین فرم فاکتور مادربرد صنعتی چیزهای بزرگ در بسته های کوچک عرضه می شوند. مادربردها…
ادامه مطلب![لامپ لاسوگاسی چیست ؟ انواع و کاربرد](https://liashatrading.ir/wp-content/uploads/2023/04/Untitled-1.gif)
لامپ لاسوگاسی چیست ؟ انواع و کاربرد
لامپ لاسوگاسی چیست ؟ انواع و کاربرد لامپ های لاسوگاسی یا چراغ های نئون، از…
ادامه مطلب![](https://liashatrading.ir/wp-content/uploads/2022/12/Untitled-2.gif)
تفاوت SMD و COB
نور LED SMD در مقابل COB : درک تفاوت ها در این مقاله سعی کرده…
ادامه مطلب
دیدگاهتان را بنویسید