recent
أخبار ساخنة

أنواع الترانزستورات وتصنيفها Transistor Types & Classifications

العلم للجميع
الصفحة الرئيسية

 

في هذا الشرح التفصيلي، سنتعرف على تصنيف وأنواع الترانزستورات المختلفة. وبما أن الترانزستور أصبح مكوناً أساسياً في الإلكترونيات الحديثة ولا يمكننا تخيل العالم بدون الترانزستورات، لذلك، وجب التعرف على أنواع تلك الترانزستورات، وطرق تصنيفها، والأداء الوظيفي لكل نوع منها سواء كانت PNP, NPN, FET أو حتى BJT.

ما هو الترانزستور؟

الترانزستور هو جهاز مكون من أشباه الموصلات، يستخدم لتضخيم الإشارات وكذلك في دوائر التبديل (وصل وفصل التيار الكهربائي). وبشكل عام، يتكون الترانزستور من مادة صلبة تحتوي على ثلاثة أطراف توصيل مثل الباعث (E) والقاعدة (B) والمجمع (C) للتوصيلات مع المكونات الأخرى في الدائرة. تحتوي بعض الترانزستورات على طرف رابع أيضاً؛ أي الركيزة Substrate أو الرمز S. يعتبر الترانزستور أحد أهم المكونات النشطة في علم الالكترونيات وداراتها.

منذ أن تم اختراع الترانزستور الأول وحتى الأيام الحالية، يتم تصنيف الترانزستورات إلى أنواع مختلفة اعتماداً على التركيب الداخلي للترانزستور أو طريقة عمله وأدائه، والشكل التالي يشمل على مخطط تصنيف أنواع الترانزستورات:

 


يمكن فهم تصنيف الترانزستورات من خلال التمعن وملاحظة المخطط في الشكل أعلاه. يتم تصنيف الترانزستورات أساساً إلى نوعين؛ الترانزستورات ثنائية القطب (BJT) والترانزستورات ذات تأثير المجال (FET). حيث يتم تصنيف ترانزستور BJTs مرة أخرى إلى ترانزستورات NPN وPNP. كما ويتم تصنيف ترانزستورات الـ FET إلى JFETو MOSFET.

يتم تصنيف ترانزستورات Junction FET إلى N-channel JFET و P-channel JFET اعتماداً على وظيفتها. يتم تصنيف ترانزستورات الموسفت MOSFET في وضع الاستنفاد Depletion mode ووضع التحسين Enhancement mode. ومرة أخرى، يتم تصنيف ترانزستورات وضع الاستنفاد والتعزيز إلى N-channel و  P-channel JFET.

في الوقت الحاضر، يتم استبدال الأنابيب المفرغة بالترانزستورات لأن الترانزستورات لها فوائد وميزات أكثر على الأنابيب المفرغة. فالترانزستورات صغيرة الحجم وتتطلب جهداً كهربائياً منخفضاً للتشغيل وأيضاً تبديد طاقة منخفض جداً. لذلك، ونظراً لهذه الأسباب، يتم استخدام الترانزستور في العديد من التطبيقات مثل مكبرات الصوت ودوائر التبديل والمذبذبات، وأيضاً في جميع الدوائر الإلكترونية تقريباً.

أنواع الترانزستورات

الترانزستور من الداخل عبارة عن ترتيب منمق من مواد أشباه الموصلات المختلفة. مواد أشباه الموصلات العامة المستخدمة في الترانزستور هي السيليكون Si والجرمانيوم Ge وزرنيخيد الغاليوم GaAs.

يتم تصنيف الترانزستورات بشكل أساسي اعتماداً على تركيبها الداخلي. كل نوع من أنواع الترانزستورات له خصائصه ومزاياه وعيوبه.

تم تصميم بعض الترانزستورات بشكل أساسي لغرض فصل ووصل التيار الكهربائي، بينما تم تصميم ترانزستورات أخرى لغرض التضخيم، وبعض الترانزستورات مصممة لأغراض التضخيم والتبديل معاً. واعتماداً على التركيب الداخلي للترانزستورات، يتم تصنيف الترانزستورات إلى BJT و FET.

أولاً: ترانزستورات الوصلة Junction Transistors

كما ويُطلق على ترانزستور الوصلة أو ترانزستور التقاطع، وأيضاً يطلق عليه اسم ترانزستور تقاطع ثنائي القطب Bipolar Junction Transistor أي الاختصار (BJT). تحتوي ترانزستورات BJT على ثلاثة أطراف تسمى الباعث Emitter (E)، القاعدة Base (B) والجامع Collector (C). يشير الاسم نفسه إلى أنه يحتوي على تقاطعين بين أشباه الموصلات من النوع P و N. يتم تصنيف ترانزستورات BJT في ترانزستورات NPN و PNP اعتماداً على التركيب الداخلي لها
(أي البناء).

على عكس ترانزستورات الـ FET، فإن ترانزستورات الـ BJT هي أجهزة يتم التحكم فيها بواسطة التيار الكهربائي. فإذا كانت كمية صغيرة من التيار تتدفق عبر قاعدة الترانزستور BJT فإنه يتسبب في تدفق تيار كبير من الباعث إلى المجمع. تتميز ترانزستورات BJT بمقاومة منخفضة للمدخلات وتتسبب في تدفق تيار كبير عبر الترانزستور.

لذلك، فإن ترانزستورات BJT هي فقط الترانزستورات التي يتم تشغيلها بواسطة تيار الإدخال الذي يتم إعطاؤه للقاعدة. يمكن أن تعمل الترانزستورات ثنائية القطب في ثلاث مناطق، وهي

منطقة القطع Cut-off Region

هنا يكون الترانزستور في حالة "إيقاف التشغيل"، أي أن التيار المتدفق عبر الترانزستور يساوي صفراً.

المنطقة النشطة Active Region

هنا، يعمل الترانزستور كمكبر للصوت أي مضخم للإشارات.

منطقة التشبع Saturation Region

هنا، يكون الترانزستور في حالة "التشغيل" بالكامل ويعمل أيضاً كمفتاح مغلق.

ثانياً: الترانزستور NPN

NPN هو أحد نوعي الترانزستورات ثنائية القطب BJT. يتكون ترانزستور NPN من مادتين من أشباه الموصلات من النوع السالب n ويتم فصلهما بواسطة طبقة رقيقة من أشباه الموصلات من النوع P. هنا غالبية حاملات الشحنة هي الإلكترونات، بينما الأقلية لناقلات الشحنة هي الثقوب. يشكل تدفق الإلكترونات من الباعث إلى المجمع تدفق التيار في الترانزستور، ويتم ذلك عبر طرف القاعدة.

تؤدي كمية صغيرة من التيار عند طرف القاعدة إلى تدفق كمية كبيرة من التيار من الباعث إلى المجمع. في الوقت الحاضر، الترانزستور ثنائي القطب المستخدم بشكل عام هو ترانزستور NPN، لأن حركة الإلكترونات أكبر من حركة الثقوب.

معادلة حساب كمية التيار المتدفقة في الترانزستور

المعادلة القياسية للتيارات المتدفقة في الترانزستور يتم احتسابها ضمن العلاقة التالية:

I(E) = I(B) + I(C)

رمز الترانزستور NPN وتركيبه الداخلي

في الشكل الذي في الأسفل توضيح لرمز الترانزستور NPN في الدارات الكهربائية مع مخطط التوصيل الخاص به في الدارات الالكترونية



ثالثاً: الترانزستور PNP

الترانزستور PNP هو نوع آخر من الترانزستورات ثنائية القطب BJT. تحتوي ترانزستورات PNP على مادتين من أشباه الموصلات من النوع P ويتم فصلهما بواسطة طبقة رقيقة من أشباه الموصلات من النوع N. تكون غالبية حاملات الشحنة ترانزستورات PNP عبارة عن ثقوب والإلكترونات هي ناقلات الشحن الأقلية. يشير السهم الموجود في طرف باعث الترانزستور إلى تدفق التيار التقليدي. في ترانزستور PNP، يتدفق التيار من الباعث إلى المجمع.

يكون ترانزستور PNP في وضع التشغيل عندما يتم توصيل طرف القاعدة إلى الأرضي (LOW) بالنسبة الى الباعث.

رمز الترانزستور PNP وتركيبه الداخلي

في الشكل الذي في الأسفل توضيح لرمز الترانزستور PNP في الدارات الكهربائية مع مخطط التوصيل الخاص به في الدارات الالكترونية

رابعاً: ترانزستور تأثير المجال FET

الترانزستور ذو التأثير المجالي أو ترانزستور تأثير المجال (FET)، هو نوع آخر من الترانزستورات. تحتوي ترانزستورات FET بشكل أساسي على ثلاث أطراف توصيل هي البوابة Gate ورمزها G، المصرف أو الصرف Drain ورمزه D والمصدر Source ورمزها S. تصنف ترانزستورات FET إلى ترانزستورات تأثير مجال التقاطع (JFET) أي Junction Field Effect Transistor، و (IG-FET) أي FET ذات البوابة المعزولة Insulated Gate FET FET (IG-FET) أو ترانزستورات الموسفت MOSFET.

كما وأنه بالنسبة للوصلة الرابعة أو المحطة الرابعة في بعض الترانزستورات، تلك تسمى القاعدة Base أو الركيزة Substrate. تتحكم ترانزستورات FET في حجم وشكل القناة بين المصدر والصرف الذي يتم إنشاؤه بواسطة الجهد المطبق على هذا الترانزستور. ترانزستورات FET هي ترانزستورات أحادية القطب لأنها تؤدي عملية قناة واحدة، بينما تكون ترانزستورات BJT عبارة عن ترانزستورات تقاطع ثنائية القطب. تتمتع ترانزستورات FET بمكاسب عالية للتيار بالنسبة ومقارنة مع ترانزستورات BJT.

خامساً: ترانزستور تأثير مجال التقاطع JFET

يعد ترانزستور Junction-Field-Effect (JFET) أقدم وأبسط أنواع ترانزستورات FET. تُستخدم JFETs كمفاتيح ومضخمات ومقاومات. يتم التحكم في هذا الترانزستور بواسطة الجهد. لا يحتاج إلى أي تيار متحيز. يتحكم الجهد المطبق بين البوابة والمصدر في تدفق التيار الكهربائي بين المصدر Source والصرف Drain للترانزستور. ترانزستورات JFET متوفرة في كلا النوعين من القنوات N و P.

JFET ذات القناة N

في هذا النوع من الترانزستورات أي N-channel JFET، يحدد كمية التيار المتدفقة من خلاله بعدد الإلكترونات. عندما يتم تطبيق الجهد بين البوابة والمصدر، يتم تشكيل قناة بين المصدر S والصرف D لتدفق التيار. هذه القناة تسمى قناة N. في الوقت الحاضر، يعتبر ترانزستور JFET ذو القناة N هو النوع المفضل أكثر من النوع JFET ذو القناة P. فيما يلي رمز ترانزستور N-Channel JFET

 


JFET ذات القناة P

في ترانزستور JFET هذا، يكون سبب تدفق الالكترونات ناتجاً من الثقوب الداخلية holes. تسمى القناة بين المصدر S والصرف D بالقناة P أي P-channel. فيما يلي رمز ترانزستور JFET ذات القناة P. تشير علامات السهم هنا إلى اتجاه تدفق التيار. فيما يلي رمز ترانزستور P-Channel JFET

سادساً: الموسفيت MOSFET

يعتبر ترانزستور تأثير مجال أشباه الموصلات وأكسيد المعادن (MOSFET) من النوع الأكثر فائدة بين جميع الترانزستورات. يشير الاسم نفسه إلى أنه يحتوي على طرف بوابة معدنية Metal Gate Terminal. يحتوي ترانزستور الـ MOSFET على أربعة أطراف هي: التصريف D والمصدر S والبوابة G والجسم أو الركيزة B. تتمتع MOSFET بالعديد من المزايا مقارنة بـ BJT و JFET، فهي تقدم بشكل أساسي مقاومة عالية للمدخلات ومقاومة منخفضة للإخراج. يتم استخدامه في الدوائر منخفضة الطاقة، وبشكل رئيسي في تقنيات تصميم الرقائق.

ترانزستورات الـ MOSFET متوفرة في وضعيتين هما وضعية الاستنفاد Depletion Mode ووضعية التعزيز Enhancement Mode. علاوة على ذلك، يتم تصنيف أنواع الاستنفاد والتعزيز إلى أنواع N-channel و P-channel.

الموسفت ذات القناة السالبة N-Channel MOSFET

يسمى الموسفت MOSFET الذي يحتوي على قناة N بين المصدر S والصرف D بـ N-channel MOSFET. هنا يتم تطعيم طرف المصدر S والبوابة G بشكل كبير بمواد من النوع N ويتم تطعيم الركيزة B بمواد أشباه الموصلات من النوع P. هنا، يكون تدفق الالكترونات بين المصدر والصرف بسبب الإلكترونات. يتحكم جهد البوابة في تدفق التيار في الدائرة. تعتبرN-channel MOSFET أفضل من P-channel MOSFET لأن حركة الإلكترونات أعلى من حركة الثقوب. في الشكل أدناه، رمز ترانزستور MOSFET ذات القناة N. في الشكل أدناه توضيح لرموز الموسفت N-Channel 

 


الموسفت ذات القناة الموجبة P-Channel MOSFET

يسمى الـ MOSFET التي يحتوي على منطقة قناة موجبة أي P-Channel بين المصدر S والصرف D باسم P-Channel MOSFET. هنا يتم تطعيم أطراف المصدر S والصرف D بشكل كبير بمواد من النوع P. ويتم تطعيم الركيزة بمواد من النوع N. تدفق التيار الناشئ بين المصدر S والصرف D بسبب تركيز وتراكمات عدد الثقوب Holes. يتحكم الجهد المطبق عند البوابة في تدفق التيار عبر منطقة القناة. فيما يلي رمز ترانزستور الـ MOSFET ذات القناة P في كل من وضعية الاستنفاد Depletion Mode ووضعية التعزيز Enhancement Modeفي الشكل أدناه توضيح لرموز الموسفت P-Channel 


أنواع الترانزستورات بناءً على أساس الوظيفة

يتم تصنيف الترانزستورات أيضاً اعتماداً على الوظائف التي تقوم بها تلك الترانزستورات. كما وسيتم شرح أنواع مختلفة من الترانزستورات بناءً على وظيفتها وعملها أدناه.

أولاً: ترانزستورات ذات الإشارة الصغيرة Small Signal Transistors

تتمثل الوظيفة الأساسية للترانزستورات ذات الإشارات الصغيرة، في تضخيم الإشارات الصغيرة، حتى يتم استخدام هذه الترانزستورات لغرض التبديل (أي فصل ووصل التيار الكهربائي). تتوفر ترانزستورات الإشارة الصغيرة في السوق على شكل ترانزستورات NPN وPNP. يمكننا أن نرى بعض القيم المطبوعة على جسم ترانزستور الإشارة الصغيرة، هذه القيمة تشير إلى الـ hFE للترانزستور.

بناءً على قيمة hFE هذه، يمكننا فهم قدرة الترانزستور على تضخيم الإشارة. قيم hFE موجودة في النطاق من 10 إلى 500. قيمة التيار عند المجمع لهذه الترانزستورات هي من 80 إلى 600 مللي أمبير. يعمل هذا النوع من الترانزستورات بنطاق تردد من 1 إلى 300 ميجا هرتز. يشير اسم الترانزستور نفسه إلى أن هذه الترانزستورات تضخم الإشارات الصغيرة التي تستخدم الفولتية والتيارات الصغيرة، مثل ملي فولت وملي أمبير من التيار. والشكل التالي يوضح صورة ترانزستورات ذات الإشارة الصغيرة:

 


تُستخدم ترانزستورات الإشارة الصغيرة في جميع أنواع المعدات الإلكترونية تقريباً، كما تُستخدم هذه الترانزستورات في العديد من التطبيقات، بعضها عبارة عن مفاتيح تشغيل أو إيقاف للاستخدام العام، ومحرك الصمام الثنائي، ومحرك الترحيل، ووظيفة كتم الصوت، ودوائر المؤقت، وثنائيات التضخيم تحت الحمراء، ودوائر إمداد التحيز، وإلخ.

 ثانياً: ترانزستورات التبديل الصغيرة Small Switching Transistors

ترانزستورات التبديل الصغيرة هي الترانزستورات التي تستخدم بشكل أساسي للتبديل (أي فصل ووصل التيار الكهربائي)، وأيضاً تستخدم لغايات التضخيم. ومثل ترانزستورات الإشارة الصغيرة، تتوفر أيضاً ترانزستورات التحويل الصغيرة في شكل NPN وPNP، كما أن هذا النوع من الترانزستورات له قيم hFE تتراوح من 10 إلى 200. عند القيمة hFE 200، لا تكون أو تعمل الترانزستورات كمضخمات جيدة، على الرغم من أنها تعمل كمفاتيح أفضل. تتراوح قيم التيار للمجمع من 10 إلى 1000 مللي أمبير. وتستخدم هذه الترانزستورات في الغالب في تبديل التطبيقات (أي كمفاتيح الكترونية). والشكل التالي يوضح صورة ترانزستورات التبديل الصغيرة:

 


ثالثاً: ترانزستورات الطاقة Power Transistors

تسمى الترانزستورات التي تستخدم في مكبرات الصوت عالية الطاقة وإمدادات الطاقة باسم "مضخمات الطاقة". يتم توصيل طرف المجمع لهذا الترانزستور بقاعدة الجهاز المعدني ويعمل هذا الهيكل كمشتت ومبدد للحرارة، يبدد الطاقة الزائدة للتطبيقات المتصلة. والشكل التالي يوضح شكل ترانزستور الطاقة:

 


تتوفر هذه الأنواع من الترانزستورات في شكل ترانزستورات NPN و PNP ودارلنغتون Darlington. هنا تتراوح قيمة التيار للمجمع من 1 إلى 100 أمبير. ونطاق تردد التشغيل من 1 إلى 100 ميجا هرتز. تتراوح قيم طاقة هذه الترانزستورات من 10 إلى 300 واط. كما ويشير اسم الترانزستور نفسه إلى أن ترانزستورات الطاقة تُستخدم في التطبيقات التي تتطلب طاقة عالية وفولطية عالية وتياراً كهربائياً عالياً.

رابعاً: الترانزستورات عالية التردد High Frequency Transistors

تستخدم الترانزستورات عالية التردد للإشارات الصغيرة التي تعمل على ترددات عالية، وتستخدم في تطبيقات التبديل عالية السرعة. تسمى الترانزستورات عالية التردد أيضاً باسم ترانزستورات RF. هذه الترانزستورات لها قيم تردد قصوى تبلغ حوالي 2000 ميجا هرتز (أي 2 كيلو هيرتز). تتراوح قيمة التيار عند المجمع (IC) من 10 إلى 600 مللي أمبير. هذه الأنواع من الترانزستورات متوفرة أيضاً على شكل NPN وPNP. تستخدم هذه بشكل أساسي في تطبيقات الإشارات عالية التردد. وأيضا يجب أن تكون هذه الترانزستورات في وضع التشغيل أو الإيقاف بسرعات عالية فقط. تُستخدم هذه الترانزستورات في دوائر HF و VHF و UHF و CATV و MATV ودوائر مضخم الصوت. والشكل التالي يوضح شكل الترانزستور عالي التردد:

 


خامساً: الترانزستور الضوئي Photo Transistor

الترانزستورات الضوئية هي الترانزستورات التي تعمل اعتماداً على الضوء، مما يعني أن هذه الترانزستورات حساسة للضوء. الترانزستور الضوئي بشكل عام ليس سوى ترانزستور ثنائي القطب يحتوي على منطقة حساسة للضوء بدلاً من القاعدة الطرفية. تحتوي ترانزستورات الضوء على طرفين توصيل فقط بدلاً من ثلاث أطراف. يعمل الترانزستور بحسب الضوء الساقط عليه. فعندما تكون المنطقة الحساسة للضوء مظلمة، فلن يتدفق التيار في الترانزستور، أي أن الترانزستور في حالة إيقاف التشغيل.

وعندما تتعرض المنطقة الحساسة للضوء للضوء، فإن كمية صغيرة من التيار تولد عند طرف القاعدة وتتسبب في تدفق تيار كبير من المجمع إلى الباعث. تتوفر الترانزستورات الضوئية في كل من أنواع الترانزستور BJT و FET. وتم تسمية هذه الترانزستورات باسم BJT الضوئي (Photo-BJTs) و FET الضوئي (Photo-FETs).

على عكس BJTs الضوئية، تقوم FETs الضوئية بتوليد تيار البوابة باستخدام الضوء الذي يتحكم في تدفق التيار بين طرفي التوصيل: الصرف D والمصدر S. تعد FETs الضوئية أكثر حساسية للضوء من BJTs الضوئية. والشكل التالي يوضح شكل الترانزستور الضوئي ورمزه في الدارة الكهربائية

 


سادساً: الترانزستورات أحادية الوصلة Unijunction Transistors

تستخدم الترانزستورات أحادية الوصلة فقط كمفاتيح، يتم التحكم فيها كهربائياً. لا تحتوي هذه الترانزستورات على أي خصائص تضخيم بسبب تصميمها. هذه الترانزستورات بشكل عام هي ترانزستورات ذات ثلاث أطراف توصيل. يعمل الترانزستور أحادي التوصيل كما يلي: إذا لم يكن هناك فرق جهد بين الباعث وأي طرف من الأطراف الأساسية (B1 أو B2) ، فإن كمية صغيرة من التيار تتدفق بين B1 و B2.

إذا تم تطبيق كمية كافية من الجهد على طرف الباعث، فإن التيار العالي يولد عند طرف الباعث ويضيف تيار صغير بين B1 وB2. لذلك، فإنه يتسبب في تدفق تيار كبير في الترانزستور. هنا تيار الباعث هو المصدر الأساسي للتيار لإجمالي التيار في الترانزستور. التيار بين الموصلات B1 و B2 صغير جداً، ولهذا السبب فإن هذه الترانزستورات ليست مناسبة لغرض التضخيم. والشكل التالي يوضح شكل الترانزستور أحادي الوصلة ورمزه في الدارة الكهربائية



author-img
العلم للجميع

تعليقات

ليست هناك تعليقات
إرسال تعليق
    google-playkhamsatmostaqltradent