ترانزیستور چیست و معرفی انواع آن

ترانزیستورها، ابزارهای الکترونیکی هستند که در دنیای مدرن از آنها به عنوان سازندگان اصلی مدارهای الکترونیکی و رایانه‌ها استفاده می‌شود. این قطعات نیمه‌هادی، جریان الکتریکی را با دقت کنترل می‌کنند و نقش اساسی در تولید سیگنال‌ها و انتقال اطلاعات دارند. ما در این مطلب از وبسایت آموزشگاه فنی سازان به بررسی انواع ترانزیستور و نحوه تست و اندازه‌گیری عملکرد آنها می‌پردازیم.

ترانزیستور

ترانزیستور، یک قطعه الکترونیکی است که ولتاژ یا جریان را کنترل و تنظیم می‌کند و می‌تواند همانند یک دروازه یا سوئیچ عمل کند. تصور کنید یک مدار داریم که به دو بخش تقسیم شده است و ما می‌خواهیم جریانی که از بخش اول به بخش دوم مدار می‌رود را کنترل کنیم. به عبارت دیگر، می‌خواهیم یک قطعه بین این دو بخش قرار دهیم که بتواند به متناسب با تصمیم‌های ما، جریان از بخش اول را به بخش دوم منتقل کند یا جلوی عبور هر گونه جریانی به بخش دوم را بگیرد یا حتی بخشی از جریان را از بخش اول به بخش دوم انتقال دهد.

برای کنترل این جریان انتقالی از بخش اول به بخش دوم، از ترانزیستور استفاده می‌شود. این قطعه دارای سه پایه است که یک پایه به بخش اول و یک پایه به بخش دوم مدار وصل می‌شود. از طریق پایه سوم که پایه کنترلی ترانزیستور است، می‌توانیم تصمیم‌های مختلفی را اعمال کنیم تا جریان بین این دو بخش مدار را به دلخواه مدیریت کنیم.

کاربرد ترانزیستور

انواع ترانزیستور ها دردستگاه‌های الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند و کاربردهای بسیار گسترده‌ای دارند.

تراشه‌های حافظه کامپیوتر: یکی از کاربردهای اصلی ترانزیستورها در تراشه‌های حافظه کامپیوتر است. این تراشه‌ها از ترانزیستورها برای ذخیره و بازیابی اطلاعات با سرعت بسیار بالا استفاده می‌کنند. ترانزیستورها به عنوان سوئیچ‌های الکترونیکی کوچک و سریع عمل می‌کنند و این ویژگی آنها را برای حافظه‌های دیجیتال ایده‌آل می‌سازد.

سوئیچ‌ها: ترانزیستورها به عنوان سوئیچ‌های الکترونیکی کاربرد دارند. این ویژگی آنها باعث می‌شود که در مدارهای دیجیتال، به سرعت روشن و خاموش شوند. این سرعت و دقت در کنترل جریان الکتریکی، ترانزیستورها را به گزینه‌ای ایده‌آل برای سوئیچینگ در مدارهای الکترونیکی می‌سازد.

تقویت کننده‌ها: ترانزیستورها به عنوان تقویت‌کننده‌ها نیز استفاده می‌شوند. این کاربرد آنها در تقویت سیگنال‌های الکتریکی کوچک بسیار مهم است. از ابتدای استفاده از ترانزیستورها در سمعک و رادیوهای جیبی، امروزه آنها در تقویت صدا در سیستم‌های صوتی متنوعی مانند سیستم‌های استریو و تقویت کننده‌های صدای آلات موسیقی به کار می‌روند.

کلیه این کاربردها نشان از اهمیت بسیار بالای انواع ترانزیستور ها در عرصه الکترونیک و فناوری اطلاعات دارد.

اجزای ترانزیستور

ترانزیستور از لحاظ ساختاری از سه ترمینال یا پایه مهم تشکیل شده است: امیتر (Emitter)، بیس (Base)، و کلکتور (Collector). این اجزا از اتصال دو دیود و به‌وسیله‌ی پیوند نیمه‌هادی‌های نوع N و P به یکدیگر ساخته می‌شوند. این ترکیب نیمه‌هادی‌ها، اساس عملکرد ترانزیستور را فراهم می‌کند.

پایه امیتر (Emitter): پایه امیتر به عنوان گسیلنده شناخته می‌شود. این پایه مسئول تأمین حاملان اکثریت الکترون‌ها و حفره‌ها با استفاده از روش‌های مختلف از جمله تزریق می‌باشد. با تنظیم دقیق مقدار دوپ، این پایه می‌تواند چگالی حاملین اکثریت را به دلخواه کنترل کند.

پایه بیس:(Base) پایه بیس به عنوان نیمه‌هادی میانی عمل می‌کند و وظیفه انتقال حاملین اکثریت به ترمینال سوم، یعنی کلکتور، را برعهده دارد. با اندازه کمتر نسبت به پایه‌های دیگر، به ویژه امیتر، این پایه به عنوان گیت یا دروازه عمل عبور جریان را ایجاد می‌کند.

پایه کلکتور: (Collector) پایه سوم، کلکتور نام دارد و مسئول جمع‌آوری و دریافت حاملین اکثریت می‌باشد. ابعاد بزرگتر کلکتور نسبت به پایه‌های بیس و امیتر به دلیل توان اتلافی بیشتر، طراحی شده و در نهایت پهنای بیشتری دارد.

انواع ترانزیستور

ترانزیستورها به دو دسته اصلی ترانزیستور پیوندی دوقطبی و ترانزیستور اثر میدانی تقسیم می‌شوند. هر یک از این دسته‌ها شامل زیرمجموعه‌های مختلفی از ترانزیستور ها می‌شوند. به طور کلی، انواع ترانزیستورها به این صورت دسته‌بندی می‌شوند:

ترانزیستور اتصال دوقطبی یا BJT

ترانزیستور BJT یکی از رایج‌ترین انواع ترانزیستور است که می‌تواند در دو نوع NPN و PNP وجود داشته باشد. این ترانزیستور از سه پایه تشکیل شده است: امیتر (Emitter)، بیس (Base)، و کلکتور (Collector). در حالت عادی، اتصال بیس-امیتر با مقاومت امیتر کمتر و اتصال بیس-کلکتور با مقاومت بیشتر است.در زیر دو نوع آن را بررسی می کنیم.

ترانزیستور دوقطبی اتصال NPN

در این نوع ترانزیستور، لایه امیتر از نوع N، لایه پایه از نوع P، و لایه کلکتور از نوع N است.

زمانی که ولتاژ به لایه امیتر وارد می‌شود، الکترون‌ها از لایه امیتر به لایه پایه حرکت کرده و ترانزیستور روشن می‌شود. این باعث جریان الکتریکی از لایه امیتر به لایه کلکتور می‌شود.

ترانزیستور دوقطبی اتصال PNP

در این نوع ترانزیستور، لایه امیتر از نوع P، لایه پایه از نوع N، و لایه کلکتور از نوع P است.

با اعمال ولتاژ منفی به لایه امیتر، پوزیتیو هول‌ها از لایه امیتر به لایه پایه حرکت می‌کنند و ترانزیستور روشن می‌شود. این نیز جریان الکتریکی از لایه امیتر به لایه کلکتور را فراهم می‌کند.

ترانزیستور اثر میدانی یا  FET

ترانزیستورهای FET دارای سه‌پایه هستند: سورس، درین، و گیت، که به ترتیب معادل امیتر، کلکتور، و بیس ترانزیستور BJT هستند. که دارای چندنوع است:

MOSFET  یا ترانزیستور اثر میدان نیمه‌رسانای اکسید فلز

در این نوع FET، لایه‌های سیلیکونی نوع N و P به‌طور متناوب چیده شده و با لایه‌های فلز و اکسید پوشانده می‌شوند.

MESFET یا ترانزیستور اثر میدان فلز نیمه‌رسانا

معمولاً برای کاربردهای فرکانس بالا مانند مدارهای مایکروویو استفاده می‌شود.

LDMOS  و RF CMOS

انواع ترانزیستور های توان بالا که در تقویت کننده‌ها، رگولاتورهای ولتاژ، و درایورهای الکتروموتورها استفاده می‌شوند.

ترانزیستورهای FET عمدتاً در تقویت کننده‌های کم نویز، تقویت کننده‌های بافر، و سوئیچ‌های آنالوگ استفاده می‌شوند.

نحوه تست ترانزیستور با مولتی متر

ترانزیستورها به عنوان قطعات اساسی در دستگاه‌های مختلف به کار می‌روند. برای اطمینان از عملکرد صحیح این ترانزیستورها، انجام تست‌های دقیق و موثر ضروری است. یکی از روش‌های معمول برای تست ترانزیستور، استفاده از مولتی متر است. در اینجا به نحوه تست ترانزیستور با مولتی متر خواهیم پرداخت.

انتخاب حالت تست

قبل از شروع به تست ترانزیستور، ابتدا باید حالت مورد نظر برای تست را انتخاب کنیم. می‌توان تست ترانزیستور دو قطبی را با تغییر مولتی متر به حالت اهم متر (تست مقاومت) یا با تغییر به تست دیود انجام داد.

تست اهم متر (تست مقاومت)

در حالت اهم متر، ابتدا سلکتور مولتی متر باید روی 2 کیلو اهم تنظیم شود. سپس باید مشخص کرد که ترانزیستور با نوع npn یا pnp سر و کار دارد. مستندات فنی می‌تواند در این مورد کمک کند.

اگر ترانزیستور از نوع pnp باشد و در حالت اهم متر تست شود، به این ترتیب عمل می‌کنیم:

پراب منفی مولتی متر را به خروجی پایه (معمولاً پروب سیاه رنگ) و مثبت را به کلکتور و سپس به امیتر وصل می‌کنیم.

مقدار اندازه‌گیری شده باید در محدوده تعیین شده توسط سازنده (معمولاً ~500 – 1500 اهم) قرار گیرد تا تایید کند که ترانزیستور به درستی کار می‌کند.

تست دیود

در صورتی که ترانزیستور از نوع npn باشد و تصمیم به تست دیود داشته باشیم، ابتدا باید مولتی متر را به حالت مناسب تغییر دهیم. سپس دیود قرمز را به پایه وصل کرده و پروب سیاه را به امیتر متصل می‌کنیم. مولتی متر باید ولتاژ DC خاصی را نشان دهد که با داده‌های موجود در اسناد فنی ترانزیستور مقایسه شود. این اقدام به تایید می‌انجامد که اندازه‌گیری به دست آمده در حداقل و حداکثر تعیین شده توسط سازنده قطعه است.

تست نهایی

در انتها، مهم است هر دو پروب مثبت و منفی را به پین‌های ترانزیستور (معادل کلکتور و امیتر) لمس کنیم. نتیجه اندازه‌گیری باید 1 باشد، صرف نظر از اینکه از پروب مثبت یا منفی استفاده شده باشد. این مرحله نشان‌دهنده عملکرد صحیح و سالم ترانزیستور است.

استفاده از مولتی متر برای تست ترانزیستور به عنوان یکی از ابزارهای اساسی تعمیرات الکترونیکی بسیار حائز اهمیت است. با دقت در اجرای مراحل تست و توجه به مقادیر مشخص شده توسط سازنده، می‌توانید از عملکرد صحیح انواع ترانزیستورهای خود اطمینان حاصل کنید.

تست ترانزیستورها با استفاده از تسترهای قطعات الکترونیکی

تسترهای قطعات الکترونیکی، ابزارهای چند منظوره‌ای هستند که می‌توانند برای آزمایش انواع ترانزیستورها، مقاومت‌ها، خازن‌ها، دیودها و سایر عناصر الکترونیکی مورد استفاده قرار گیرند.

معرفی تسترهای قطعات الکترونیکی چند منظوره

تسترهای قطعات الکترونیکی، ابزارهای چند منظوره ای هستند که برای انجام آزمایش‌های مختلف در زمینه الکترونیک استفاده می‌شوند. این دستگاه‌ها، به عنوان نمونه، برای تست ترانزیستورها، مقاومت‌ها، خازن‌ها، دیودها و سایر عناصر موجود در مدارهای الکترونیکی به کار می‌روند. در این مقاله، به بررسی ابزارهای تست ترانزیستورها با استفاده از تسترهای قطعات الکترونیکی خواهیم پرداخت.

ویژگی‌های تسترهای قطعات الکترونیکی چند منظوره

تسترهای قطعات الکترونیکی اغلب به صورت دستگاه‌های کوچکی طراحی شده‌اند که شباهت‌هایی به مولتی‌مترهای کلاسیک دارند. این ابزارها با استفاده از باتری‌هایی با ولتاژ معمولاً 9 ولت یا 12 ولت کار می‌کنند و علاوه بر اینکه اندازه‌گیری ولتاژ و مقاومت را انجام می‌دهند، قابلیت اندازه‌گیری پارامترهای دیگری نیز دارند.

ساختار و عملکرد خودکار

تسترهای قطعات الکترونیکی معمولاً دارای سوکت‌های خاصی در جلوی دستگاه هستند که اتصال سریع و آسانی را برای قطعات فراهم می‌کنند. برخی از این تسترها به جای سوکت، پروب‌های کلاسیک دارند. حتی با استفاده از پروب‌ها، این ابزارها همگی دارای عملکرد خودکار هستند.

تشخیص و اندازه‌گیری هوشمندانه

یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد تسترهای قطعات الکترونیکی، توانایی تشخیص خودکار انواع پایه‌ها و اتصالات نیمه‌هادی را دارند. با نگه‌داشتن هر پروب روی هر پایه، تستر به صورت خودکار تمام پایه‌ها را شناسایی کرده و نوع اتصال نیمه‌هادی را تشخیص می‌دهد. همچنین، این ابزار قابلیت تعیین نوع ترانزیستور، اندازه‌گیری ولتاژ هدایت و قطع (برای ماسفت‌ها)، جریان نشتی، ولتاژ آستانه، مقاومت را نیز داراست.

استفاده آسان از تسترهای قطعات الکترونیکی

از جمله مزایای بزرگ این ابزارها، استفاده آسان آنهاست. با وجود قابلیت‌های پیشرفته و متنوع، تسترهای قطعات الکترونیکی به دلیل وجود سوکت‌های خاص یا پروب‌های کلاسیک، امکان اتصال سریع و راحت به قطعات را فراهم می‌کنند. این ویژگی موجب می‌شود که حتی کاربران مبتدی نیز بتوانند به راحتی از این ابزارها استفاده کنند.

تست انواع ترانزیستور با استفاده از تسترهای قطعات الکترونیکی امری ساده ولی بسیار اساسی در دنیای الکترونیک محسوب می‌شود. این ابزارها با ویژگی‌های خودکار و اندازه‌گیری هوشمندانه، به کاربران امکان می‌دهند تا به راحتی و با دقت بالا قطعات الکترونیکی خود را تست کنند.

نحوه سوختن انواع ترانزیستور

ترانزیستورها از دو منظر، یعنی نحوه اتصال و ورود شوک به مدار، به دو صورت کلی ممکن است سوخته و خراب شوند.

حالت سوختن اتصال کوتاه امیتر به کلکتور یا حالت Junction

در این حالت، مسیر امیتر به کلکتور به صورت یکسره برقرار می‌شود، حتی با وقوع قطع ورودی تریگر روی پایه‌های base یا gain. این موضوع باعث می‌شود که ترانزیستور به نظر بیفتد که در حالت عادی قرار دارد و تأثیری از ایجاد قطع در ورودی ندارد. بنابراین، باقی‌ماندن ترانزیستور در حالت فعال در این شرایط می‌تواند منجر به سوختن اتصال‌ها شود.

حالت سوختن قطع ارتباط مسیر امیتر به کلکتور یا حالت Cut off Circuite

در این حالت، ارتباط امیتر به کلکتور به صورت دائمی قطع می‌شود. حتی با تحریک base یا gain ترانزیستور، دیگر هیچ اثر خروجی ولتاژ روی پایه کلکتور ترانزیستور وجود ندارد. در این حالت، ارتباط پایه امیتر به کلکتور تحت هیچ شرایطی برقرار نمی‌شود، که موجب ایجاد حالت Cut off Circuite و سوختن ترانزیستور می‌شود.

دلایل سوختن ترانزیستورها

سوختن ترانزیستور ممکن است به دلایل مختلفی باشد. از جمله این دلایل می‌توان به اعمال ولتاژ بالای خارج از محدوده ولتاژ ترانزیستور، اعمال بار سلفی سیم پیچ، یا قرارگیری مصرف‌کننده با جریان بیش از اندازه قدرت سوئیچ ترانزیستور اشاره کرد. همچنین، قطعات نیمه‌هادی که در نقش سوئیچینگ هستند، ممکن است در اثر ولتاژهای ضربه‌ای یا جریان‌های DC ضربه‌ای، سوخته و خراب شوند.

برخی از دلایل دیگر ممکن است به دلیل عدم ایده‌آل بودن دیفیوژن قطعات در هنگام ساخت قطعه باشد. در این صورت، سطوح صاف نبوده و لبه‌های تند و تیز ممکن است باعث ایجاد وضعیت‌های نامطلوب شوند که موجب سوختن ترانزیستور می‌شود.

به منظور جلوگیری از سوختن ترانزیستورها، حائز اهمیت است که حداقل ولتاژ و جریان مورد نیاز برای عملکرد صحیح آن‌ها را رعایت نموده و از تجهیزات مناسب برای کنترل ولتاژ و جریان استفاده کرد.

سخن آخر

ترانزیستورها به عنوان قطعات بسیار مهم و ضروری در دستگاه‌های الکترونیکی و فناوری اطلاعات با اهمیت بالایی شناخته می‌شوند. این قطعات، از تقویت سیگنال‌ها تا کنترل جریان در مدارهای الکتریکی، در انواع کاربردها به کار می‌روند. برای اطمینان از عملکرد صحیح ترانزیستورها، از ابزارهایی مانند مولتی‌مترها و تسترهای قطعات الکترونیکی استفاده می‌شود که به تعمیرکاران و توسعه‌دهندگان کمک می‌کنند تا به سرعت و با دقت مشکلات و ویژگی‌های انواع ترانزیستور را تشخیص داده و از کارایی بهتر این قطعات در سیستم‌های الکترونیکی بهره‌مند شوند.