برق , مهندسی 4745 بازدید

در این مطلب قصد داریم تا در مورد نحوه عملکرد ترانزیستور در یک مدار الکتریکی صحبت کنیم. ترانزیستور در حقیقت کلیدی الکترونیکی است؛ بنابراین این قطعه می‌تواند جریانی الکتریکی را در بخشی از مدار قطع یا وصل کند.

نماد و شکل ترانزیستور

مدل‌های مختلفی از یک ترانزیستور وجود دارد. با این حال معروف‌ترین نوع ترانزیستور‌ها تحت عنوان «ترانزیستور پیوندی دوقطبی» (BJT) شناخته می‌شوند. شکل زیر نمونه‌ای از این نوع ترانزیستور‌ها را نشان می‌دهد.

ترانزیستور

با توجه به شکل بالا، این نوع از ترانزیستور‌ها دارای سه‌ قطب «بیس» (Base)،‌ «کلکتور» (Collector) و «اِمیتر» (Emitter) هستند. هم‌چنین ساختمان آن‌ها به‌ دو صورت NPN و PNP شناخته می‌شوند. تصویر زیر نماد استفاده شده برای یک ترانزیستور NPN را در مدار نشان می‌دهد. در ادامه بیشتر در مورد مفاهیم NPN و PNP بحث خواهیم کرد. در نماد‌های استفاده شده برای نشان دادن ترانزیستور در مدار، از b ،e ،c به‌منظور نشان داده پایه‌های کلکتور، امیتر و بیس استفاده می‌شود.

npn-transistor-symbol

ترانزیستور NPN چگونه کار می‌کند؟

ترانزیستورها از ویژگی موادی تحت عنوان نیمه‌رساناها استفاده می‌کنند. با برقراری جریان از پایه بیس به سمت امیتر، جریانی از کلکتور به سمت اِمیتر نیز ایجاد می‌شود. در شکل زیر شماتیک این مفهوم نشان داده شده است.

transistor-current

در یک ترانزیستورِ استانداردِ NPN، با اعمال ولتاژ ۰.۷ ولت بین پایه بیس و امیتر،‌ اصطلاحا ترانزیستور روشن است. با اعمالِ ولتاژ مذکور، جریان از کلکتور به امیتر برقرار خواهد شد. برای نمونه مداری را مطابق با شکل زیر فرض کنید.

transistor-circuit

با استفاده از مدار بالا می‌توان نحوه عملکرد ترانزیستور را توضیح داد. این مدار از منبعی ۹ ولتی،‌ دیود (LED)،‌ مقاومت و ترانزیستور تشکیل شده است. با توجه به این مدار، منبع ۹ ولتی از طریق یک ترانزیستور به مقاومت و دیود وصل شده. در نتیجه تا زمانی که ترانزیستور روشن نباشد، جریانی در مدار برقرار نخواهد شد. بنابراین ترانزیستور نقش یک کلید را ایفا می‌کند.

حال جهت روشن‌ کردن ترانزیستور، بایستی ولتاژ ۰.۷ ولت بین پایه‌های بیس و امیتر برقرار شود. از این رو همان‌طور که در شکل بالا نیز نشان داده شده، با وصل کردن یک منبع ۰.۷ ولتی بین پایه‌های بیس و امیتر، منبع ۹ ولتی به مدار متصل شده و جریان الکتریکی در دیود و مقاومت برقرار می‌شود.

نحوه کارکرد ترانزیستور PNP

نوع دیگری از ترانزیستورهای پیوندی دوقطبی، ترانزیستور PNP است. پایه‌های این ترانزیستور نیز مشابه با ترانزیستور NPN،‌ به‌صورت زیر هستند.

  • بیس
  • کلکتور
  • امیتر

در ترانزیستور PNP، جریان عکس ترانزیستور NPN است. در حقیقت به‌منظور روشن کردن PNP، بایستی جریانی الکتریکی از پایه امیتر به سمت بیس ایجاد شود. با ایجاد چنین ولتاژی بین پایه بیس و امیتر، جریانی الکتریکی از امیتر به سمت کلکتور ایجاد خواهد شد. توجه داشته باشید که جریان ایجاد شده بین امیتر و کلکتور، به نسبت جریان اولیه بین امیتر و بیس، بیشتر خواهد بود. در شکل زیر شماتیک این مفهوم نشان داده شده است.

pnp-transistor

همانند ترانزیستور NPN، جهت روشن کردن ترانزیستورِ PNP نیز بایستی اختلاف پتانسیل ۰.۷ ولت بین پایه‌های امیتر و بیس برقرار شود. به شکلی دقیق‌تر پتانسیل بیس بایستی ۰.۷ ولت کمتر از پتانسیل امیتر باشد.

برای درک بهتر مفهوم ترانزیستور PNP، مداری را مطابق با شکل زیر فرض کنید. در این مدار از جزئی به نام «فتورزیستور» (Photoresistor) استفاده شده است. فتورزیستور اِلِمانی است که مقاومت الکتریکیش وابسته به نوری است که به آن تابیده می‌شود. در حقیقت با افزایش نور تابیده شده به آن‌، مقاومتش کاهش می‌یابد.

pnp-transistor

حالت اول: مدار در فضای روشن

فرض کنید مدار فوق را در فضایی روشن قرار می‌دهیم. در این حالت نور به فتورزیست تابیده شده و مقاومت الکتریکی از خود نشان نمی‌دهد. با توجه به شکل فوق، پتانسیل الکتریکی دو پایه بیس و امیتر با یکدیگر برابر هستند (VA=VB=9 V)؛ در نتیجه  ترانزیستور در این حالت خاموش بوده و جریانی در مدار برقرار نمی‌شود.

حالت دوم: مدار در فضای تاریک

در این حالت نوری به فتورزیست تابیده نمی‌شود؛ از این رو مقاومت الکتریکی آن افزایش یافته و اختلاف پتانسیل دو سرش متفاوت است. بدیهی است که پتانسیل در نقطه A (که پتانسیل امیتر نیز هست) برابر با ۹ ولت است. با فرض این‌که مقاومت فتورزیست در فضای تاریک برابر با R باشد، پتانسیل در نقطه B (یا همان پتانسیل بیس) برابر با $$V_{base} \enspace = \enspace 9-RI$$ است.

بنابراین به‌طور خلاصه می‌توان گفت در این حالت اختلاف پتانسیلی بین پایه امیتر و بیس وجود دارد. اگر اختلاف مذکور بیشتر از ۰.۷ باشد،‌ ترانزیستور روشن شده و نهایتا LED نیز روشن می‌شود. بنابراین ما مداری ساخته‌ایم که می‌تواند چراغ‌های خیابان را در روز خاموش و در شب روشن نگه دارد!

به منظور خودکار‌‌سازی سیستم‌های مربوط به روشنایی خیابان‌ها از فتورزیست استفاده می‌شود.

استفاده از مدار ارائه شده در بالا می‌تواند در صرفه‌جویی مصرف انرژی بسیار مفید باشد.

در صورت علاقه‌مندی به مباحث مرتبط در زمینه فیزیک الکترونیک و مهندسی برق،‌ آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

^^

بر اساس رای 1 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

3 نظر در “ترانزیستور (Transistor) چیست؟ — به زبان ساده

  1. مقاومت که در این مدار فقط روی جریان تاثیر دارد نه روی ولتاژ.در نتیجه با افزایش مقاومت فتورزیستور, ولتاژ بیس کاهش پیدا نمیکند بلکه جریان است که کاهش میابد.
    لطفا اگر اشتباه میکنم بفرمایید

    1. با سلام و تشکر از بازخورد شما.
      ولتاژ نقطه A در هر شرایطی برابر ۹+ ولت است. در حالت اول مقاومتِ فتورزیستور صفر بوده و ولتاژ بیس برابر با VA است (حالتی را در نظر بگیرید که به جای فتورزیستور، یک سیم قرار داده‌اید). در حالت دوم مقاومت تغییر کرده و ولتاژ بیس به اندازه RI تغییر می‌کند. R برابر با مقاومت فتورزیستور و I جریان در شاخه AB است.

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *