دانستنی های لازم از ترانزیستور برای تعمیر بردهای الکترونیکی

در این مطلب در مورد نیمه هادی ها ( ترانزیستور ) اطلاعات کاربردی را بیان میکنیم. ابتدا شما با ترانزیستور و نحوه ظهور آن آشنا می شوید و سپس آموزش های کاربردی آن را یاد میگیرید.



ترانزیستور چیست؟

ترانزیستور درسال ۱۹۴۷ اختراع شد. در آزمایشگاه های بل هنگام تحقیق برای تقویت کننده ی بهتر و پیداکردن جایگزینی بهتر برای رله های مکانیکی منجر به اختراع ترانزیستور شد. لوله های خلاء، صوت و موسیقی را در نیمه اول قرن بیستم تقویت کرده بودنداما توان زیادی مصرف می کردند و سریعا می سوختند . شبکه های تلفن نیز به صد ها هزار رله مکانیکی برای اتصال مدارات به همدیگر نیاز داشتند تا شبکه بتواند سر پا بایستد و چون این رله های مکانیکی بودند لازم بود برای عملکرد مطلوب همیشه تمیز باشند .در نتیجه نگه داری و سرویس آنها مشکل و پر هزینه بود.

با ظهور ترانزیستور قیمت ها نسبت به زمان استفاده از لامپ خلاء شکسته شد و بهبودی زیادی در کیفیت شبکه های تلفن حاصل گردید.

ترانزیستور چگونه کار می کند؟

ترانزیستور کاربرد های زیادی دارد اما دو کاربرد پایه ای آن به عنوان سوئیچ و استفاده در مدولاسیون است که کاربرد دومی بیشتر به عنوان تقوت کننده مورد نظر است.

این دو کاربرد ترانزیستور را می توان اینگونه توضیح داد :

سوئیچ همان کلید است مثل کلید چراغ خواب اتاقتان .دارای دو حالت روشن و خاموش است با قرار دادن کلید در حالت روشن چراغ اتاقتان روشن می شود و با قراردادن کلید در حالت خاموش چراغ خاموش می شود . بله به همین سادگی ! کاربرد ترانزیستور هم به عنوان سوئیچ به همن صورت است.

اما کاربرد تقویت کنندگی آن را می توان بدین صورت توضیح داد :

چراغ خواب نور کمی دارد اما اگر بتوان این نور را چنان زیاد کرد که تمام اتاق را روشن کند آنوقت عمل تقویت کنندگی صورت گرفته است.

فرق بین سوئیچینگ به وسیله ترانزیستور و به وسیله کلید برق! سرعت بسیار زیاد ترانزیستور است که می توان گاهی آن را در مقایسه با کلید آنی در نظر گرفت(صد ها هزار برابر و شاید میلیونها بار سریعتر).و اینکه ترانزیستور را می توان به دیگر منابع الکترونیکی متصل کرد مثلا به میکروفن به منبع سیگنال و حتی به یک ترانزیستور دیگر ….

ترانزیستور از عناصری به نام نیمه هادی مانند سیلیکون و ژرمانیوم ساخته می شود نیمه هادی ها جریان الکتریسیته را نسبتا خوب( – اما نه به اندازه ای خوب که رسانا خوانده شوند مانند مس و آلومنیوم و تقریبا بد اما نه به اندازه ای که عایق نامگذاری شوند مانند شیشه) هدایت می کنند به همین دلیل به آنها نیمه هادی می گویند.

عمل جادویی که ترانزیستور می تواند انجام دهد اینست که می تواند مقدار هادی بودن خود را تغییر دهد . هنگامی که لازم است یک هادی باشد می تواند هدایت خوبی دشته باشد و هنگامی که لازم است تا به عنوان عایق عمل کند جریان بسیار کمی را از خود عبور می دهد که می توان آن را ناچیز شمرد.

نیمه هادی ها در مقابل الکتریسیته عملکرد جالبی دارند یک قطعه از یک عنصر نیمه هادی را بین دو قطع از یک عنصر نیمه هادی دیگر قرار دهید.جریان کم قطعه وسطی قادر است که جریان دو قطعه ی دیگر را کنترل کند. جریان کمی که از قطعه ی وسطی می گذرد برای مثال می تواند یک موج رادیوئی یا جریان خروجی از یک ترانزیستور دیگر باشد .حتی اگر جریان ورودی بسیار ضعیف هم باشد( مثلا یک سیگنال رادیوئی که مسافت زیادی را طی کرده و از رمق افتاده است!) ترانزیستور می تواند جریان قوی مدار دیگری را که به آن وصل است کنترل کند. به زبان ساده ترانزیستور رفتار جریان خروجی از روی رفتار جریان ورودی تقلید می کند.نتیجه می تواند یک سیگنال تقوت شده و پرتوان رادیوئی باشد.

ترانزیستور چه کاری انجام می دهد؟

در میکرو چیپ های امروزی ، که حاوی میلیونها ترانزیستور هستند که در الگو یا طرح مخصوصی چیده شده اند خروجی تقویت شده ی یک ترانزیستور به ورودی ترانزیستور دیگر داده می شود تاآن هم عمل تقویت کنندگی را بر روی ورودی انجام دهد و به همین ترتیب ادامه می یابد که نتیجه یک خروجی تقویت شده و پر توان می باشد .

چنین میکروچیپی می تواند سیگنالی بسیار ضعیفی را از آنتن بگیرد و یک صوت قوی و چهار کاناله را تحویل دهد. با ساختن چیپ ها در طراحی های مختلف می توان تایمر هایی برای ساعت یا سنسور هایی برای نشان دادن درجه حرارت و یا کنترل کننده چرخ های ماشین تا قفل نشوند (سیستمABS) ساخت.می توان ترانزیستور ها را در آرایشی دیگر در داخل چیپ قرار داد(طراحی متفاوت) و پروسسور های منطقی و محاسباتی را ساخت که باعث می شوند تا ماشین حسابها محاسبه و کامپیوتر ها پردازش کنندو یا شبکه هایی را برای انتقال مکالمات تلفنی ساخت و یا سیستمهایی را ساخت که بتوانند صدا و تصویر را انتقال دهند.

می توان ترانزیستور ها را در بسته هایی چید که به آنها گیت های منطقی می گویند و می توانند دو عدد ۱و ۱ را باهم جمع کنند و یا می توان آنها را در آرایشی خاص قرار داد تا کارهای بسیار بزرگی را با استفاده از سرعت سوئیچینگ – ۱۰۰ میلیون بار بر ثانیه و بیشتر – خود انجام دهند .

البته کار به همین جا ختم نمی شود مداراتی که در چندین سال گذشته برای انجام عملی خاص به وسیله ترانزیستور ها بر روی بورد ها بسته می شود امروزه به مدد طراحی کامپیوتری و تکنیک مدارات مجتمع بر روی یک آی سی هزاران ترانزیستور و سیم کشی های مربوطه و تمام قطعات الکترونیکی لازم قرار داده می شود . شاید بتوان گفت که حجم مدارات هزاران بار کاهش یافته است.

بر همین مقیاس امروزه می توان گفت که ترانزیستور مجانی است ( ۱ دلار تقسیم بر یک میلیون ترانزیستور ) و ترانزیستور های داخل مدارات مجتمع واقعا قابل اطمینان هستند.

چیزی که باعث می شود که ترانزیستور ها روز به روز پیشرفت می کنند و بهتر و ارزان تر می شونداین است که به مدد تحقیقات نیمه هادی ها روز به روز بهتر و کاربردی تر می شوند . و این چیزی است که آزمایشگاههای بل برای آن تحقق می کند . دانشمندان این مرکز تحقیقاتی امروزه می دانند که چگونه نیمه هادی هار ا اتم به اتم به صورت مجازی ، از منابع سرشاری که مادر بی دریغ طبیعت در دسترس ما قرار داده است ، به وسیله تکنیک های لایه بندی بسازند.این چیزی است که می توان آن را جادو نامید.

بنابراین، ترانزیستور چیست؟

وسیله ی الکترونیکی شگفت انگیزی است که مجازا دیده نمی شود اما زندگی ما را کاملا و برای همیشه تغییر داده است

ساختمان داخلی یک ترانزیستور

ترانزیستور از سه لایه نیمه هادی نوع PوN که در کنار هم قرار میگیرند تشکیل شده است . این لایه ها ی نیمه هادی به دو صورت کنار هم چیده میشود.

ترانزیستورNPN (تیپ منفی)

ترانزیستور PNP (تیپ مثبت)

ترانزیستور از ۳ پایه تشکیل میشود به نام های Emiter(امیتر ، منتشر کننده ) ،Base)بیس ، پایه ) ، Colector (کلکتور، جمع کننده )،نام گذاری شده است .

نیمه هادی که امیتر را تشکیل میدهد نسبت به دو لایه بیس و کلکتور ناخالصی بیشتری دارد و لایه بیس نسبت به کلکتور و امیتر ناخالصی کمتری دارد.

کاربردهای ترانزیستور:

ترانزیستورها در مدارات زیر کاربرد دارند:

۱-در تقویت کننده ها

۲-در تثبیت کننده ها

۳-در نوسان سازها (در مدارات اسیلاتور)

۴-در مدارات آشکارساز

۵-در مخلوط کننده ها (مدارات میکسر)

۶-در مدارات کلید الکترونیکی (درمدارات سوئیچ)

۷-درمدارات مدولاتور

طریقه پیدا کردن پایه های ترانزیستوربا اهم متر آنالوگ)

اهم متر را در رنج R×۱۰ قرار میدهیم ،یک پایه را به طور فرضی بیس در نظر میگیریم و یک فیش اهم متر را روی بیس قرار میدهیم فیش دیگر را تک تک به دو پایه دیگر میزنیم اگر عقربه حرکت کرد و همینطور با تعویض فیش عقربه حرکت نکرد این بدان معناست که پایه بیس را درست انتخاب کردیم ( در صورت نادرست بودن آن پایه بعدی را بیس در نظر میگیریم ).

با مشخص شدن پایه بیس در جهتی که بیس به دو پایه ارتباط داشت ،اگر فیش قرمز روی بیس بود ترانزیستور مثبت واگر فیش سیاه روی بیس بود ترانزیستور منفی است .

تشخیص امیتر و کلکتور

روش اول

اهم متر را در رنج R×۱۰ قرار میدهیم سپس مقاومت بین پایه بیس و دو پایه دیگر را اندازه میگیریم .مقاومت پایه بیس امیتر از مقاومت پایه بیس کلکتور بیشتر است .RBE>RBC

روش دوم

اهم متر آنالوگ را در رنج بالا قرار میدهیم به پایه بیس کاری نداریم .مقاومت بین پایه امیتر و کلکتور را از هردوجهت اندازه میگیریم .ما اهم کمتر و فیش سیاه را مد نظر داریم . درحالتی که اهم متر اهم کمتر را نشان میدهد اگر ترانزیستور مثبت باشد فیش سیاه کلکتور(و فیش قرمز امیتر است ) و اگر ترانزیستورمنفی باشد فیش سیاه امیتر(فیش قرمز کلکتوراست ) .

بایاس ترانزیستور

برای اینکه بتوانیم از ترانزیستور به عنوان تقویت کننده و سوئیچ و.. استفاده کنیم باید ابتدا ترانزیستور را مورد تغذیه DC قرار دهیم .این تغذیه را بایاس ترانزیستور گویند .برای اینکه ترانزیستوری شروع به کار کند باید به صورتی درمدار قرار گیرد که دیود بیس امیتر آن دربایاس مستقیم و دیود بیس کلکتور در بایاس معکوس باشد .

در غیر این صورت ترانزیستور معکوس است .




منبع:انجمن مهندسی پزشکی