متن فیلم را در پایین همین صفحه ببینید :point_down::point_down:
ترانزیستورها چگونه کار می کنند؟
حجم فایل : 13,710.2 کیلوبایت تاریخ بارگذاری : ۱۷ آذر ۱۳۹۵
توضیحات
اختراع ترانزیستورها به شکل بی‌مانندی تمدن بشری را دگرگون کرد. در قلب یک گوشی هوشمند یک پردازنده جای دارد و این پردازنده نزدیک به ۲ میلیارد ترانزیستور در خود دارد. این دستگاه های بسیار کوچک چه کار می‌کنند؟ آنها چگونه کار می کنند؟

 

ترانزیستورها می‌توانند مانند یک کلیدِ بدون بخش‌های متحرک عمل کنند. آنها می‌توانند یک سیگنال کم توان را تقویت کنند، در واقع تقویت کردن، کارکرد بنیادی یک ترانزیستور است. نخست بیایید مبانی ترانزیستورها را درک کنیم، سپس به بخش کاربرد آن برخواهیم گشت.

 

ترانزیستورها از نیمه رساناهایی مانند سیلیکون ساخته شده‌اند. هر اتم سیلیکون با چهار اتم سیلیکون همسایه محدود شده است. سیلیکون در لایه‌ی والانس خود ۴ الکترون دارد. بیایید سیلیکون را با یک شکلک چهار دست جایگزین کنیم. هر دست یک الکترون را نگه می‌دارد. هر یک از این الکترون‌ها با یک اتم سیلیکون همسایه به اشتراک گذاشته می‌شود.

 

که به پیوند کووالانسی شناخته می‌شود. هم اینک الکترون‌ها در نوار والانس خود هستند. اگر از سیلیکون ناب برق عبور داده شود، الکترون‌ها باید مقداری انرژی جذب ‌کنند تا به الکترون‌های آزاد تبدیل ‌شوند. بنابراین سیلیکون ناب رسانایی الکتریکی پایینی خواهد داشت.

 

شگردی به نام دوپینگ برای بهبود رسانایی نیمه رساناها به کار می‌رود. برای نمونه، هنگامی که فسفر پنج الکترون در لایه‌ی والانس در سیلیکون تزریق شود. یک الکترون آزاد خواهد شد تا در سیستم جنبش کند. این کار به دوپینگ نوع N شناخته شده است.

 

از سوی دیگر اگر بور با سه الکترون را در لایه والانس  تزریق کنید. یک جای خالی برای یک الکترون به وجود خواهد آمد. این جای خالی حفره نام دارد و یک الکترون همسایه در هر زمان می‌تواند این حفره را پر کند. این حرکت الکترون‌ها چنان است که به نظر می‌رسد حفره‌ها در جهت مخالف الکترونها در حرکت هستند. ما این را دوپینگ نوع P می‌نامیم.

 

اگر شما یک ویفر سیلیکون به این روش چِفت هم کنید، ترانزیستور پدید می‌آید. اگر براستی می‌خواهید بفهمید که ترانزیستور چگونه کار می‌کند، باید درک روشنی از آنچه در الکترون‌های یک بخش بنیادی‌تر به نام دیود، رخ می‌دهد، بدست آورید. 

 

دیود زمانی به وجود می‌آید که شما یک بخش سیلیکون را به شکل گونه‌ی P و بخش دیگر را به گونه‌ی N دوپینگ کنید. رخداد بسیار جالبی در مرز مشترک N و P رخ می‌دهد. الکترون‌های آزاد در سمت N ، گرایش طبیعی به مهاجرت به حفره‌های موجود در سمت P دارند. به این خاطر بار سمت P کمی منفی و بار سمت N کمی مثبت خواهد شد.

 

میدان الکتریکی به وجود آمده جلوی هر گونه مهاجرت طبیعی بیشتر الکترون‌ها را می‌گیرد. اگر مطابق آنچه که نشان داده شده، یک منبع برق بیرونی را به دو سمت دیود وصل کنید. این منبع، الکترون‌ها و حفره‌ها را جذب خواهد کرد. در این وضعیت الکتریسیته جریان نمی‌یابد. ولی، اگر اتصال به برق را وارون کنید، وضعیت به کل دگرگون می‌شود.

 

فرض کنید که منبع برق ولتاژی بسنده برای چیره شدن بر سد پتانسیل دارد. بی درنگ می‌توانید ببینید که پایانه‌ی منفی،  الکترونها را دور خواهد کرد. هنگامی که الکترونهای از سد پتانسیل می‌گذرند، انرژی آنها گرفته شده و به آسانی حفره‌های بخش P را اشغال خواهند کرد. اما به خاطر کشندگی پایانه‌ی مثبت، اکنون این الکترونها می‌توانند به حفره‌های نزدیک در بخش P بپرند و در مدار بیرونی جریان یابند.

 

این کار بایاس کردن دیود نام دارد. عملکرد ساده یک دیود را به خاطر بسپارید، چگونگی کارکرد ترانزیستور را به آسانی خواهید فهمید.

 

اکنون به ترانزیستور برگردیم. توجه داشته باشید که لایه‌ی P براستی نازک است و به نرمی اتصال یافته است. به آسانی می‌توانید ببینید که ترانزیستور در اصل دو دیود است که پشت به پشت چفت شده است. بنابراین به هر روشی که منبع برق را وصل کنید، یک دیود همیشه به وارون تغذیه خواهد شد و جریان برق را سد خواهد کرد. به این معنی که ترانزیستور در حالت خاموش است.

 

بیایید منبع برق دومی را همانگونه که نشان داده شده است، اضافه کنیم. اکنون منبع برق باید ولتاژ بسنده برای چیره شدن بر سد پتانسیل داشته باشد. این بایاس کردن دیود است. شمار زیادی الکترون از منطقه N بیرون داده خواهند شد. درست مانند آنچه در دیود رخ می‌دهد، شمار کمی الکترون با حفره‌ها خواهند آمیخت، و از روی حفره‌های همسایه خواهند پرید و به سوی منبع تغذیه، جریان خواهند یافت.

 

اما الکترونهای بسیاری بیشتری به سمت P گذر کرده‌اند، این الکترون‌های باقی مانده چه خواهند شد؟کمی فکر کنید.

پایانه‌ی مثبت منبع تغذیه نخست، الکترون‌های باقی مانده را به سوی خود خواهد کشید، و همانگونه که نشان داده شده است رو به جلو (مستقیم) جریان خواهد یافت. توجه داشته باشید که بخش P بسیار باریک است، که تضمین می‌کند هیچ الکترون باقی مانده‌ای به پایانه‌ی مثبت منبع تغذیه دوم جریان نیابد. به بیانی کوتاه، یک جریان پایه‌ی کوچک به یک جریان کلکتور زیاد تقویت می‌شود.

به سادگی می‌توانید  پایانه‌ی ترانزیستور را با ماهیت جریان الکترون همبسته کنید. اگر جریان پایه را افزایش دهید، جریان کلکتور به نسبت افزایش خواهد یافت. این یک مورد آشکار تقویت جریان است.

نوع ترانزیستوری که در باره‌اش گفتیم، ترانزیستور پیوندی دوقطبی است. بیایید این ترانزیستور فرضی را با یک راستکی جایگزین کنیم. شما می‌توانید با وارد کردن یک ترانزیستور دیگر، تقویت جریان را بیشتر بهبود دهید. پایه‌ی ترانزیستور به اِمیتر (بیرون دهنده جریان) ترانزیستور نخست وصل می‌شود. اگر یک سیگنال ناپایدار (نوسان دار) ضعیف مثل آنچه که در یک میکروفون وجود دارد، وارد کنید، یک سیگنال تقویت شده در بلندگو دریافت خواهید کرد.

نکته جالب دیگری که می توانید در مورد این مدار پایه به آن توجه داشته باشید این است که بسته به مقدار ولتاژ بکار گرفته شده، ترانزیستور می‌تواند روشن یا خاموش باشد. در اینجا ترانزیستور به جای یک کلید کار می‌کند . این ویژگی ترانزیستور درها را به به روی دنیای لوازم الکترونیکی دیجیتال و حافظه های دیجیتال باز می‌گشاید. با بهره از دو BJT می توانید فلیپ فلاپ  که بخش بنیادی حافظه‌ی پویای رایانه است  را بسازید 

  • تازه‌ترین‌های "خوش خبریم" :     تازه ها

دیدگاه بازدیدکنندگان


تعداد کاراکتر باقیمانده: 500
نظر خود را وارد کنید