برق, مهندسی 26313 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.

فیلم آموزش ترانزیستور چیست؟ | به زبان ساده (+ فیلم آموزش رایگان)

دانلود ویدیو

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:

^^

مجید عوض زاده (+)

«مجید عوض‌زاده»، فارغ‌ التحصیل مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک از دانشگاه تهران است. فیزیک، ریاضیات و مهندسی مکانیک از جمله مباحث مورد علاقه او هستند که در رابطه با آن‌ها تولید محتوا می‌کند.

بر اساس رای 64 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

12 نظر در “ترانزیستور چیست؟ | به زبان ساده (+ فیلم آموزش رایگان)

  1. باسلام وتشکرازآموزش های روان وقابل درک بااینکه مدتیست جناب عوض زاده پاسخ کامنت هارا نمیدهند میخواستم بدانم درمدارآخری آبی رنگ اگر ولتاژ ورودی را۱۲ولت قراردهیم میتوان یک نوار LED یکمتری که۱۲ولت ۱آمپراست راروشن کرد اکرنه چه تغییری لازم است . ضمنا شماره ترانزیستور ومقاومت ورزیستوررادرصورت امکان بیان فرمایید چنانچه پاسخ جناب عوضزاده معذوریتی دارد امیدوارم جناب حمیدی بذل عنایت فرموده محبت کنند بسیارسپاسگزارم
    بااحترام.

    1. سلام. از اینکه با مجله فرادرس همراه هستید بسیار خوشحالیم.
      در انتخاب منبع تغذیه مدار، علاوه بر ولتاژ، جریان یا به عبارتی توان آن نیز مهم است. مثلاً برای یک نوار LED با ولتاژ ۱۲ ولت و جریان مصرفی ۱ آمپر، منبعی ۱۲ ولتی با جریان خروجی ۱٫۲ آمپر کافی است.

  2. سلام آیا ولتاژ اعمال شده از امیتر وکلکتور تاثیر داره به رسانا بودن ونبودن نیمه رسانا مثلا آیا با یه ولتا کم میشه یه ولتاژ زیاد رو قطع و وصل کرد

  3. سلام من یه سوال داشتم میخواستم بدونم آیا میشه برق باتری ماشینو به برق متناوب تبدیل کرد البته جوری باشه که بتونیم فرکانس وجریانشو خودمون تنظیم کنیم یعنی فرکانس و جریان قابل تغییر باشن ممنون میشم جواب بدید

  4. سلام
    من مطالعه مربوط به قطعات الکترونیک راتازه شروع کردم خیلی ساده همراه با مثال های کاربردی بحث شده بود.
    بسیار عالی بود لذت بردم .

  5. باسلام
    من زیاد از الکترونیک سر در نمیارم ولی فکر کنم در مدار جای بیس و امیتر و کلکتور رو اشتباه کشیدین و توضیحاتش باهم هم خوانی نداره
    موفق باشید

    1. سلام.
      اصلاحات لازم انجام شد.
      از همراهی و دقت شما سپاس‌گزاریم.

  6. بزرگوار اگر لطف کنید راهنمایی و کمکم کنید میخواهم مداری با ترانزیستور pnp مثلاbc558 بسازم که وقتی آب بین پایه های بیس و امیتر است لامپ led که در خروجی کلکتور است خاموش باشد اما وقتی آب بین پایه های بیس و امیتر نباشد لامپ ? led روشن ? شود .فقط لامپ ? در صورتی روشن ? شود که آبی بین پایه های امیتر و کلکتور نباشد خواهشن شماتیکی از نقشه را برایم توضیح دهید یا ایمیل ? کنید یا تلگرام کنید که اگر ولتاژ ورودی ۱۲ولت باشد بین لامپ ? و کلکتور مقدار مقاومت۴۷۰اهم کافیه و مقدار مقاومت ۲.۲کیلو اهم سر راه بیس و آب و پایه امیتر کافیست لطفا هر طوری که میتوانید من رو در اجرای این مدار کمک کنید. متشکرم.

    خواهشن کمک کنید.

  7. عالی بود مرسی

  8. 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.

    2. درمدارسری ولتاژبه نسبت مقاومت هاتقسیم میشودو جریان ثابت است درمدارموازی برعکس این است.

نظر شما چیست؟

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