لدينا في قسم المكونات الإلكترونية لقد تحدثنا بالفعل بما فيه الكفاية عن أنواع مختلفة من الترانزستورات التجارية. حان الوقت الآن للتعمق أكثر في الترانزستور المستخدم على نطاق واسع، وهو من عائلة ترانزستورات بي جي تي, أي الترانزستورات ثنائية القطب، وهي موجودة في العديد من الأجهزة الإلكترونية التي نستخدمها يوميًا.
حتى تستطيع تعلم المزيد عن هذه الترانزستورات والاختلافات مع الترانزستورات أحادية القطب...
ما هو أشباه الموصلات؟
-
- SONY DSC
-
- SONY DSC
الكثير أشباه الموصلات وهي المواد التي لها موصلية كهربائية بين الموصلات والعوازل. على عكس المعادن (الموصلات الجيدة) وغير المعدنية (العوازل أو المواد العازلة)، تحتل أشباه الموصلات موقعًا فريدًا يسمح بالتلاعب بها للتحكم في تدفق التيار الكهربائي.
Su الهيكل البلورييتكون عادةً من عناصر مثل السيليكون أو الجرمانيوم، وهو ضروري لفهم سلوكه. تشكل ذرات هذه المواد بنية بلورية يتم فيها تقاسم الإلكترونات بين الذرات في نطاقات الطاقة. يحتوي شريط التكافؤ على إلكترونات مرتبطة بشدة بالذرات، بينما يحتوي شريط التوصيل على إلكترونات يمكنها التحرك بحرية.
الكثير مواد أشباه الموصلات وهي ضرورية في صناعة الأجهزة الإلكترونية المتقدمة. يعتبر السيليكون أحد أشباه الموصلات الأكثر استخدامًا، وهو موجود في كل مكان في الصناعة ويشكل أساس الرقائق والمعالجات الدقيقة. بالإضافة إلى السيليكون، يعد الجرمانيوم مادة أخرى من أشباه الموصلات الشائعة التي تم استخدامها في التقنيات القديمة. اكتسبت مركبات أشباه الموصلات مثل زرنيخيد الغاليوم (GaAs) والفوسفورين أهمية أيضًا، خاصة في التطبيقات عالية التردد والتطبيقات الإلكترونية البصرية. تتيح هذه المواد إنشاء أجهزة مثل الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs)، والترانزستورات عالية التردد وأجهزة الاستشعار المتقدمة، مما يدل على تنوع وحيوية أشباه الموصلات في طليعة الابتكار التكنولوجي.
ناقلات البضائع والقيادة الإلكترونية
La قدرة أشباه الموصلات على توصيل الكهرباء تكمن في قدرتها على توليد ناقلات الشحنة. يمكن أن تكون حاملات الشحنة عبارة عن إلكترونات سالبة الشحنة أو "ثقوب" موجبة الشحنة، والتي تنتج عن الإلكترونات التي تم نقلها من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل.
عندما يتم تطبيق الجهد على أشباه الموصلات، الإلكترونات يمكن أن ينتقل من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل، خلق تيار كهربائي. تُعرف هذه الظاهرة بالتوصيل الإلكتروني وهي ضرورية لتشغيل الأجهزة الإلكترونية.
المنشطات (الشوائب)
لتحسين والتحكم في الخواص الكهربائية لأشباه الموصلات، يتم إدخال الشوائب المتعمدة إلى الزجاج من خلال عملية تسمى المنشطات. يمكن أن تكون الذرات المشابهة من النوع المانح (إضافة إلكترونات إضافية) أو من النوع المستقبل (إنشاء ثقوب)، أي أن الأول سيكون ما يسمى بأشباه الموصلات من النوع N والثاني من أشباه الموصلات من النوع P.
يقدم Dopants مستويات طاقة إضافية إلى الفرقة المحرمةمما يسمح بتحكم أكبر في القيادة الإلكترونية. بعض الأمثلة الشائعة على المنشطات هي الفوسفور (المانح) والبورون (المتقبل) للسيليكون. وبهذه الطريقة يمكن إنشاء مناطق أو وصلات لإنشاء أجهزة مثل الصمام الثنائي، وهو في الأساس وصلة PN واحدة، أو أشباه الموصلات، وهي عادة ما تكون ثلاث مناطق كما سنرى لاحقاً.
أنواع أشباه الموصلات: الجوهرية والخارجية
من ناحية أخرى، لفهم BJT، من المهم أيضًا معرفة ماهيته أنواع أشباه الموصلات وهي موجودة مثل:
- جوهريات: عندما لا تتم إضافة أي شوائب إلى أشباه الموصلات، يتم تصنيفها على أنها جوهرية. في هذه الحالة، يرجع التوصيل الكهربائي فقط إلى التوليد الحراري لحاملات الشحنة (أزواج ثقب الإلكترون).
- خارجي: وهي نتيجة التعاطي المتعمد للشوائب. يتم الحصول على أشباه الموصلات من النوع N (السالبة) عن طريق إضافة المنشطات المانحة، في حين يتم تشكيل أشباه الموصلات من النوع p (الإيجابية) مع المنشطات المتقبلة. تسمح هذه العمليات بتعديل الخواص الكهربائية لأشباه الموصلات وفقًا للاحتياجات المحددة للتطبيقات.
مقدمة إلى تقاطعات PN
La السندات الإذنية تقاطع إنه مفهوم أساسي في إلكترونيات أشباه الموصلات التي تضع الأساس لإنشاء أجهزة مثل الثنائيات والترانزستورات. يتم تشكيل تقاطع PN عندما تجتمع منطقتان من مادة شبه موصلة معًا. هذه المناطق هي منطقة النوع P (حيث يكون تركيز حاملات الشحنة الموجبة أو الثقوب هو السائد) ومنطقة النوع N (حيث يكون تركيز حاملات الشحنة السالبة أو الإلكترونات هو السائد). يؤدي الانتقال بين هاتين المنطقتين إلى إنشاء واجهة فريدة ذات خصائص كهربائية خاصة.
La تشكيل تقاطع PN ويحدث ذلك عادةً من خلال عملية تسمى التطعيم، حيث يتم إدخال شوائب متعمدة إلى مادة أشباه الموصلات. في المنطقة من النوع P، يتم استخدام المنشطات المستقبلة (مثل البورون)، بينما في المنطقة من النوع N، يتم استخدام المنشطات المانحة (مثل الفوسفور)، كما ذكرت سابقًا. تخلق هذه العملية تدرج تركيز لحاملات الشحنة عبر الوصلة، وبالتالي إنشاء الحاجز المحتمل.
كما أن سلوك لوصلة PN هذه خصائص فريدة عند استقطابها في اتجاهات مختلفة:
- En التحيز إلى الأمام، يتم تطبيق الجهد في الاتجاه الذي يفضل تدفق التيار عبر الوصلة. في هذه الحالة، تتحرك حاملات الشحنة عبر الحاجز المحتمل، مما يسمح بالتوصيل الكهربائي.
- على العكس من ذلك ، في عكس التحيز، يعمل الجهد المطبق ضد الحاجز المحتمل، مما يعيق تدفق التيار. في هذه الحالة، يعمل الوصل PN مثل الصمام الثنائي، مما يسمح بالتوصيل في اتجاه واحد ويمنعه في الاتجاه المعاكس.
يعتبر تقاطع PN أساس العديد من الأجهزة الإلكترونية. تستفيد الثنائيات، على سبيل المثال، من خاصية الوصلة PN للسماح بتدفق التيار في اتجاه واحد ومنعه في الاتجاه الآخر. يتم أيضًا بناء الترانزستورات، الأساسية للمنطق الرقمي وتضخيم الإشارة، باستخدام وصلات PN المختلفة، كما في حالة BJTs التي يمكن أن تحتوي على وصلات NPN أو PNP...
ما هو الترانزستور BJT؟
El ترانزستور ثنائي القطب (BJT أو ترانزستور ثنائي القطب) إنه جهاز إلكتروني ذو حالة صلبة يتكون من وصلتين PN قريبتين جدًا، مما يسمح بزيادة التيار وتقليل الجهد والتحكم في تدفق التيار عبر أطرافه. يتضمن التوصيل في هذا النوع من الترانزستورات حاملات شحن من كلا القطبين (الثقوب الموجبة والإلكترونات السالبة). تُستخدم BJTs على نطاق واسع في الإلكترونيات التناظرية وبعض تطبيقات الإلكترونيات الرقمية، مثل تقنية TTL أو BiCMOS.
La يعود تاريخ الترانزستورات ثنائية القطب إلى عام 1947، عندما اخترع جون باردين ووالتر هاوزر براتين الترانزستور ثنائي القطب ذو نقطة الاتصال في شركة بيل للهاتف. لاحقًا، طور ويليام شوكلي ترانزستور الوصل ثنائي القطب في عام 1948. وعلى الرغم من أنه كان ضروريًا لعقود من الزمن، إلا أن استخدامه انخفض لصالح تقنية CMOS في الدوائر الرقمية المتكاملة.
يتكون هيكل BJT من ثلاث مناطق:
- الباعث (مخدر للغاية ويعمل كباعث للشحنة)
- القاعدة (تضيق وتفصل الباعث عن المجمع)
- المجمع (امتداد أكبر).
الترسيب الفوقي هو تقنية التصنيع الشائعة. في التشغيل العادي، تكون الوصلة بين القاعدة والباعث منحازة للأمام، بينما تكون الوصلة مع المجمع الأساسي منحازة عكسيًا. مبدأ التشغيل ينطوي على الاستقطاب الاستقطاب المباشر لوصلة باعث القاعدة والاستقطاب العكسي لوصلة جامع القاعدة. يتم حقن الإلكترونات من الباعث إلى المجمع، مما يسمح بتضخيم الإشارة. يتميز BJT بممانعة دخل منخفضة ويمكن تصميمه كمصدر تيار يتم التحكم فيه بالجهد أو مصدر تيار يتم التحكم فيه بواسطة التيار.
عمل الترانزستور ثنائي القطب
أما بالنسبة للتشغيل، فلدينا ذلك في ترانزستور الوصل ثنائي القطب (BJT) بتكوين NPN، إن تقاطع القاعدة والباعث مستقطب للأمام والوصلة بين المجمع الأساسي والاستقطاب عكسي.. يسمح التحريض الحراري لحاملات الشحنة من الباعث بعبور الحاجز المحتمل لقاعدة الباعث والوصول إلى المجمع، مدفوعًا بالمجال الكهربائي بين القاعدة والمجمع. في التشغيل النموذجي، تكون وصلة الباعث والقاعدة منحازة للأمام، مما يسمح بحقن الإلكترونات في منطقة القاعدة والانتقال نحو المجمع. يجب أن تكون منطقة القاعدة رفيعة لتقليل إعادة تركيب الموجة الحاملة قبل الوصول إلى تقاطع المجمع الأساسي. يمكن التحكم في تيار الباعث المجمع عن طريق تيار الباعث الأساسي (التحكم الحالي) أو عن طريق جهد الباعث الأساسي (التحكم في الجهد). أما في ترانزستور PNP فالأمر على العكس من ذلك...
الاختلافات مع الترانزستور أحادي القطب
يمكن تصنيف الترانزستورات إلى فئتين رئيسيتين: ثنائي القطب وأحادي القطب. ال الاختلافات الرئيسية وما نجده بين الاثنين هو:
- BJT أو ثنائي القطب: تمامًا مثل الترانزستورات أحادية القطب، تحتوي الترانزستورات ثنائية القطب أيضًا على حاملات شحنة موجبة وسالبة، أي مع وجود مناطق مخدرة P و N في بنيتها. أما بالنسبة للاستقطاب فيمكن استقطابه بشكل مباشر أو عكسي حسب الحاجة، ويمكن أن يكون من النوع NPN أو PNP. أما بالنسبة لأوضاع التشغيل فيمكن أن تعمل في الوضع النشط ووضع القطع ووضع التشبع. يتم التحكم بها حاليًا، ولها كسب تيار يمثله الحرف β (بيتا). يكون فقدان الطاقة في هذه الحالة أعلى من الترانزستورات أحادية القطب وسرعتها بشكل عام أبطأ من الترانزستورات أحادية القطب. لذلك، غالبًا ما يتم استخدامها في مضخمات الإشارة التناظرية والتبديل منخفض التردد، من بين أمور أخرى. BJTs أكثر عرضة للضوضاء.
- FET أو أحادي القطب: تستخدم الترانزستورات أحادية القطب أو ذات التأثير الميداني أيضًا حاملات الشحنة، ولكن لدينا هنا إلكترونات أو ثقوب، حسب النوع. الاستقطاب الرئيسي هنا هو العكس، وأوضاع التشغيل تكون في الغالب في حالة تشبع. في هذه الحالة لدينا الترانزستورات التي تسيطر عليها الجهد. يتم تمثيل الكسب الحالي في هذه الحالة عن طريق الناقلية، وفقدان الطاقة أقل مما هو الحال في القطبين، وهما أسرع. لهذا السبب، غالبًا ما يتم استخدامها للتبديل عالي التردد والدوائر الرقمية. أحادي القطب أقل عرضة للضوضاء.
نوع BJT (NPN وPNP)
كما علقت في عدة أجزاء من المقال، هناك نوعان رئيسيان الترانزستورات BJT:
- الترانزستورات NPN: وهي جزء من أحد النوعين الأساسيين من الترانزستورات ثنائية القطب، حيث يشير الحرفان "N" و"P" إلى معظم حاملات الشحنة الموجودة في مناطق مختلفة من الجهاز. حاليًا، معظم الترانزستورات ثنائية القطب هي من النوع NPN، نظرًا لأن حركة الإلكترونات أعلى من حركة "الثقوب" في أشباه الموصلات، مما يسمح بتيارات أعلى وسرعات تشغيل أعلى. يتكون هيكل ترانزستور NPN من طبقة من مادة شبه موصلة مطلية بـ P، تسمى "القاعدة"، وتقع بين طبقتين من مادة مطلية بـ N. في تكوين الباعث المشترك، يتم تضخيم تيار صغير يتدفق إلى القاعدة عند إخراج المنوع. يشتمل رمز الترانزستور NPN على سهم يشير إلى طرف الباعث واتجاه التيار التقليدي أثناء التشغيل النشط للجهاز.
- الترانزستورات PNP: النوع الثاني من الترانزستور ثنائي القطب، وله حرفان "P" و"N" يشيران إلى غالبية الشحنات في مناطق مختلفة من الجهاز. على الرغم من أنها أقل شيوعًا اليوم، إلا أن ترانزستورات PNP تتكون من طبقة من مادة شبه موصلة مطلية بـ N بين طبقتين من مادة مطلية بـ P. في التشغيل النموذجي، يتم توصيل المجمع بالأرض، ويرتبط الباعث بالطرف الموجب للمصدر. إمدادات الطاقة عن طريق الحمل الكهربائي الخارجي. يتيح تيار صغير يتدفق إلى القاعدة تدفق تيار أكبر بكثير من الباعث إلى المجمع. يقع السهم الموجود على رمز الترانزستور PNP على طرف الباعث ويشير في اتجاه التيار التقليدي أثناء التشغيل النشط للجهاز. على الرغم من انخفاض معدل انتشارها، فإن ترانزستورات NPN مفضلة في معظم الحالات بسبب أدائها الأفضل.
يمكنكم رؤية كافة التفاصيل في الصور أعلاه.
تطبيقات BJT
يتم استخدام ترانزستورات الوصلة ثنائية القطب (BJTs) في مجموعة متنوعة من تطبيقات في الالكترونيات، لقد سبق أن علقت على بعض الحالات سابقًا، لكن هنا أعرض لكم قائمة ببعض التطبيقات أو الاستخدامات الرئيسية لهذه الترانزستورات:
- تضخيم الإشارة: تُستخدم أجهزة BJT بشكل شائع لتضخيم الإشارات الضعيفة، مثل تلك الصادرة عن أجهزة الاستشعار أو الميكروفونات، في دوائر الترددات الصوتية والراديو.
- تخفيف: يتم استخدامها للتحكم في تبديل التيار في الدوائر الرقمية والمنطقية، مثل المفاتيح الإلكترونية، من أجل تنفيذ البوابات المنطقية.
- مضخمات الطاقة: يتم استخدامها في مراحل تضخيم الطاقة في الأنظمة الصوتية ومكبرات الصوت RF (تردد الراديو). في الواقع، كان أحد التطبيقات الأولى التي صُممت من أجلها هذه الترانزستورات هو استبدال الأنابيب المفرغة السابقة.
- مصادر الطاقة: يمكن تهيئتها لإخراج تيار ثابت، وهو أمر مفيد في بعض الدوائر والتطبيقات المرجعية الحالية. ستجدها أيضًا في أنظمة أو دوائر تنظيم الجهد للحفاظ على جهد ثابت عند خرج مصدر الطاقة.
- المذبذبات: يتم استخدامها في دوائر المذبذب لتوليد إشارات دورية، كما هو الحال في مولدات الموجات الجيبية.
- تضخيم الترددات اللاسلكية: في أنظمة الاتصالات، يتم استخدام BJTs في مراحل تضخيم إشارة الترددات الراديوية.
- تعديل السعة والتردد: يتم استخدامها في دوائر التعديل لتغيير خصائص إشارات الصوت أو الترددات اللاسلكية. ويمكن أيضًا تنفيذها في بعض أجهزة الاستشعار أو أجهزة الكشف لمعالجة الإشارات.
كيفية التحقق من الترانزستور BJT
يعد فحص ترانزستور BJT أمرًا مهمًا لضمان حسن سير العمل. إذا كنت تريد معرفة كيفية القيام بذلك، فستحتاج فقط إلى مقياس متعدد أو مقياس متعدد لديه هذه الوظيفة للتحقق من الترانزستورات ثنائية القطب. وطريقة المتابعة بسيطة للغاية، ما عليك سوى اتباع الخطوات التالية:
- بي جي تي إن بي إن: عليك أولاً تحديد أطراف أو أطراف الباعث (E) والقاعدة (B) والمجمع (C) التي يتضمنها الترانزستور الخاص بك. اعتمادًا على النموذج، يمكنك الرجوع إلى أوراق البيانات للحصول على مزيد من التفاصيل، على الرغم من سهولة معرفتها. بمجرد تحديد الأطراف والمقياس المتعدد الموجود في متناول اليد، فإن الخطوة التالية هي ببساطة إدخال المسامير بشكل صحيح في الفتحات المخصصة لهذا الغرض. إذا لم يكن جهاز القياس المتعدد الخاص بك يحتوي على هذه الوظيفة، فيمكنك استخدام هذا البديل الآخر:
- ضع المتر المتعدد في وضع اختبار الترانزستور، أي أدر العجلة لتحديد الرمز لقياس جهد التيار المستمر (V —).
- المس المسامير المطلوبة باستخدام مجسات المتر المتعدد:
- عندما تتحقق من وصلة BE أو Base-Emitter، يجب أن ترى قراءة الجهد على الشاشة بين 0.6 و0.7 فولت، اعتمادًا على الترانزستور.
- عند التحقق من تقاطع BC أو Base-Collector، فإنك تلمس هذه المحطات الأخرى ويجب أن تكون قراءة الجهد مشابهة لما ورد أعلاه.
- للتحقق من الكسب الحالي (hFE)، أدر قرص الاختيار إلى وظيفة hFE. وذلك عن طريق لمس الباعث والقاعدة، والباعث والمجمع مع المجسات لتحديد الكسب hFE، الذي سيكون العلاقة بين الاثنين.
- بي جي تي بي إن بي: في هذه الحالة الأخرى، يكون التحقق مشابهًا، ولكن بطريقة معاكسة فقط للتحقق من NPN.
إذا كانت النتائج التي تم الحصول عليها هي قيم خارجة عن التوقعات، فإن الترانزستور سيشير إلى أنه لا يعمل أو أنه معيب ويحتاج إلى الاستبدال.
حيث لشراء BJT
إذا كنت ترغب في شراء ترانزستورات BJT رخيصةيمكنك القيام بذلك في أي متجر إلكترونيات أو منصة متخصصة عبر الإنترنت. أحد الأماكن التي ستجد فيها أجهزة BJT هذه هو موقع Amazon، ونحن نوصي بما يلي:
