الترانزستور
هو العنصر الفعال فى جميع الاجهزة الالكترونية ويوجد الترانزستور فى معظم الدوائر الالكترونية
يوجد الترانزستور فى الاجهزة الالكترونية مثل التلفزيون والراديو والمسجل والفيديو وفى شاشة الكمبيوتر وفى جميع الاجهزة الالكترونية
الترانزستور يستخدم في كافة تطبيقات الدوائر الالكترونية .
قصة اختراع الترانزستور
قبل اكتشاف الترانزستور كانت هناك الصمامات مثل صمامات الراديو , التي اخترعها السير امبوروز فلمنغ والذي ساعد ماركوني في تجاربه المبكرة.
وقد انتج اول صمام في العام 1904 , عندما اكتشف انه إذا كان بحوزته أنبوب مفرغ بقطبين أحدهما ساخن والآخر بارد فانه بالإمكان الكشف عن موجات لاسلكية. وفي العام 1906 في فيينا أضاف روبرت فون ليبن المنكب على مسألة الإشارات الهاتفية, قطبا ثالثا ووجد أن ذلك سيجعل من الإشارات الضعيفة أقوى وأعلى بكثير
قبل اكتشاف الترانزستور كانت هناك الصمامات مثل صمامات الراديو , التي اخترعها السير امبوروز فلمنغ والذي ساعد ماركوني في تجاربه المبكرة.
وقد انتج اول صمام في العام 1904 , عندما اكتشف انه إذا كان بحوزته أنبوب مفرغ بقطبين أحدهما ساخن والآخر بارد فانه بالإمكان الكشف عن موجات لاسلكية. وفي العام 1906 في فيينا أضاف روبرت فون ليبن المنكب على مسألة الإشارات الهاتفية, قطبا ثالثا ووجد أن ذلك سيجعل من الإشارات الضعيفة أقوى وأعلى بكثير
وقد قدر للأمريكي لي دو فورست تحسين ذلك.
ومن ناحية أخرى, فان الترانزستور يعمل كل ما تعمله صمامات الراديو, لكنه اكثر موثوقية وامتن واصغر ولا يحتاج إلا لجزء مما تتطلبه الصمامات من كهرباء . وقد أظهرت أولى الترانزستورات للمرة الأولى من قبل ويليام شوكلي, وجون باردين وولتر براتين في مختبرات شركة بل تلفون في الولايات المتحدة الأمريكية في العام 1948 .
وقد اكتشف هؤلاء البحاثة أن مواد مثل السليكون والجرمانيوم لا توصل الكهرباء ولا تعمل كمقاومات لها.
وبالحقيقة, أنها (نصف نواقل) . فالسلكون هو عنصر شائع الوجود في العالم , حيث يوجد في مواد مثل الرمل والصوان والكوارتز.
وقد اكتشف شوكلي انه بإضافة مقادير ضئيلة من مادة أخرى إلى السليكون يستطيع أن يظهر الكيفية التي يرد بها السليكون على مرور الكهرباء عبره.
وقد قاد هذا الاكتشاف إلى تطور كل الدوائر الالكترونية الدقيقة الحديثة
ومن ناحية أخرى, فان الترانزستور يعمل كل ما تعمله صمامات الراديو, لكنه اكثر موثوقية وامتن واصغر ولا يحتاج إلا لجزء مما تتطلبه الصمامات من كهرباء . وقد أظهرت أولى الترانزستورات للمرة الأولى من قبل ويليام شوكلي, وجون باردين وولتر براتين في مختبرات شركة بل تلفون في الولايات المتحدة الأمريكية في العام 1948 .
وقد اكتشف هؤلاء البحاثة أن مواد مثل السليكون والجرمانيوم لا توصل الكهرباء ولا تعمل كمقاومات لها.
وبالحقيقة, أنها (نصف نواقل) . فالسلكون هو عنصر شائع الوجود في العالم , حيث يوجد في مواد مثل الرمل والصوان والكوارتز.
وقد اكتشف شوكلي انه بإضافة مقادير ضئيلة من مادة أخرى إلى السليكون يستطيع أن يظهر الكيفية التي يرد بها السليكون على مرور الكهرباء عبره.
وقد قاد هذا الاكتشاف إلى تطور كل الدوائر الالكترونية الدقيقة الحديثة
اذا اردنا دراسة الترانزستور.
فانه من الطبيعى ان نبدأ بفهم تكوين الترانزستور
ولا بد من ان نبدأ بدراسة المادة ايضا
تنتمي مادتي السيليكون والجرمانيوم الى عائلة أشباه الموصلات ، تحتوي كل من ذرتي السيليكون والجرمانيوم على أربعة الكترونات تكافؤ ،( الكترونات التكافؤ هي الكترونات المدار الخارجي للذرة وتساهم في التفاعلات الكيميائية ) والاختلاف بينهما هو أن ذرة السيليكون تحتوي على 14 بروتون في النواة بينما ذرة الجرمانيوم تحتوي على 32 بروتون ،ويوضح الشكل التركيب الذري لمادة السيليكون و التركيب الذري لمادة الجرمانيوم.
أشباه الموصلات Semiconductor
المواد الموصلة :
تلك المواد التى يمكن لالكترونات المدار الخارجى فيها أن تتحرر من ذراتها وتتحرك حركة عشوائية بين الذرات واذا تعرضت لفرق جهد – أى الالكترونات – كونت تيارا كهربياَ.
من أمثلة المواد الموصلة كهربياَ : الفضة ، النحاس ، الالومنيوم وعموم المعادن .
المواد العازلة :
تلك المواد التى تشتد فيها قوة جذب النواة لالكترونات المدار الخارجى فلا تستطيع الافلات من الذرة .
ومن أمثلة المواد العازلة للكهرباء : الورق ،الزجاج ،الميكا ، البلاستيك ، المطاط وغيرها .
المواد شبه الموصلة :
من المعروف أن الذرة هي أصغر جزء في العنصر ، وطبقاَ لنظرية (بوهر) التقليدية فان الذرة تحتوى على نواة مركزية محاطة بسحابة من الالكترونات سالبة الشحنة تدور في مدارات بيضاوية حول النواة .
تكوين الذرة
تحتوي النواة على نوعين من الأجسام ، أحدهما موجب الشحنة ويطلق عليها ( بروتونات ) والثاني متعادل الشحنة يطلق عليها (نيوترونات ) ويدور حول النواة (إلكترونيات) سالبة الشحنة في مدارات ثايته
أشباه الموصلات Semiconductor
المواد الموصلة :
تلك المواد التى يمكن لالكترونات المدار الخارجى فيها أن تتحرر من ذراتها وتتحرك حركة عشوائية بين الذرات واذا تعرضت لفرق جهد – أى الالكترونات – كونت تيارا كهربياَ.
من أمثلة المواد الموصلة كهربياَ : الفضة ، النحاس ، الالومنيوم وعموم المعادن .
المواد العازلة :
تلك المواد التى تشتد فيها قوة جذب النواة لالكترونات المدار الخارجى فلا تستطيع الافلات من الذرة .
ومن أمثلة المواد العازلة للكهرباء : الورق ،الزجاج ،الميكا ، البلاستيك ، المطاط وغيرها .
المواد شبه الموصلة :
من المعروف أن الذرة هي أصغر جزء في العنصر ، وطبقاَ لنظرية (بوهر) التقليدية فان الذرة تحتوى على نواة مركزية محاطة بسحابة من الالكترونات سالبة الشحنة تدور في مدارات بيضاوية حول النواة .
تكوين الذرة
تحتوي النواة على نوعين من الأجسام ، أحدهما موجب الشحنة ويطلق عليها ( بروتونات ) والثاني متعادل الشحنة يطلق عليها (نيوترونات ) ويدور حول النواة (إلكترونيات) سالبة الشحنة في مدارات ثايته
- تنتمي مادتي السيليكون والجرمانيوم الى عائلة أشباه الموصلات ، تحتوي كل من ذرتي السيليكون والجرمانيوم على أربعة الكترونات تكافؤ ،( الكترونات التكافؤ هي الكترونات المدار الخارجي للذرة وتساهم في التفاعلات الكيميائية ) والاختلاف بينهما هو أن ذرة السيليكون تحتوي على 14 بر وتون في النواة بينما ذرة الجرمانيوم تحتوي على 32 بروتون ،ويوضح الشكل التركيب الذري لمادة السيليكون و التركيب الذري لمادة الجرمانيوم .
الرابطة التساهمية في أشباه الموصلات :
تحتوي ذرة الجرمانيوم على أربعة الكترونات في المدار الخارجي ، وحتى يكتمل نطاق التكافؤ للجرمانيوم فانة لابد من وجود ثمانية الكترونات في المدار الخارجي وعلى ذلك فان كل ذرة تشارك الذرات الأربع التي حولها في الكترونات بالصورة الموضحة في الشكل والتي يطلق عليها ( الرابطة التساهمية ) وفي هذه الرابطة تبدو الذرة وكأنها محاطة بثمانية الكترونا ت (الأربع ذرات الأصلية وأربع ذرات أخر بواسطة الرابطة التساهمية ) ، وبالتاكي د فان الذرة في هذه الحالة لا تكون قابلة للتوصيل حيث انة لا يوجد الكترونات حرة لنقل الطاقة ، ويطلق على هذا البناء (البناء البللوري ).
السيليكون والجرمانيوم في صورتيهما النقية أقرب الى المواد العازلة ، ولكن بعد أن تضاف اليهما بعض الشوائب يصبحا من أشباه الموصلات الرابطة التساهمية في ذرات الجرمانيوم
البللوره السالبة N :
لكي تتحول البللوره النقية الى مادة قابلة للتوصيل فانه يتم تطعيمها بأحد المواد التي يطلق عليها (مواد شائ بة ) ، ومن أمثلة المواد الشائبة المستخدمة في تكوين البلورة السالبة ، مادة الفسفور (P) والزنك (AS) والانتيمون (SB) ، وتشترك هذه المواد في خاصية احتوائها على خمسة الكترونات خارجية .
ويظهر الشكل اسلوب تكوين البللورة السالبة (N) حيث نجد أن كل أربعة الكترونات تكافؤ من الكترونات المادة الشائبة (الزنك ) ترتبط في روابط تساهمية مع ذرة جرمانيوم ليكتمل المدار الخارجي لذرة الجرمانيوم ويتبقى الكترون زائد من الزنك يصبح حر الحركة خلال البللورة ، بهذا الأسلوب يزداد عدد الالكترونات (السالبة ) الحرة ، وتتحول المادة الى بللورة سالبة ، ويرمز لها بالرمز (N)
التطعيم بالشوائب خماسية التكافؤ
لتكوين البلورة السالبة N
البللورة الموجبة P :
بنفس الأسلوب يتم اضافة مادة شائبة الى الجرمانيوم أو السيليكون ، ولكن في هذه الحالة يستخدم مادة شائبة ثلاثية التكافؤ مثل الانديوم (I N) أو الجاليوم (GA) أو البورون (B) .
الكترونات التكافؤ الثلاثة للانديوم كما في الشكل ترتبط مع ذرات الجرمانيوم برابطة تساهمية وهنا نجد أن ذرة الجرمانيوم ينقصها الكترون واحد حتى يكتمل البناء الترابطي التساهمي وهذا يعني وجود فجوة HOLE والتي تمثل شحنة موجبة لها قدرة قوية على جذب الالكترون.
بهذه الصورة يزداد عدد الفجوات ، أي عدد الشحنات الموجبة وتزداد معها ايجابية المادة وتصبح هذه الفجوات الموجبة مسئولة عن توصيل التيار في المادة ولهن ا يطلق على المادة (بللورة موجبة ) ويرمز لها بالرمز P .
التطعيم بالشوائب ثلاثية التكافؤ
لتكوين البلورة الموجبة P
يعتبر الترانزستور من أهم القطع الإليكترونية حيث أنه يدخل في تركيب معظم الدوائر المتقدمة. وقد تم تطويره لأول مره في معامل بل سنة 1948.
للترانزستور ثلاثة أطراف تسمى كالآتي:
المجمّع (Collector) ويرمز له بالرمز C
القاعدة (Base) ويرمز له بالحرف B
المشع (Emitter) ويرمز له بالحرف E
طريقة عمل الترانزستور :
تعمل القاعدة كمفتاح لتشغيل أو اطفاء الترانزستور فعندما يسري التيار إلى القاعدة سيكون هناك طريق لسريان التيار من المجمع إلى المشع (فيكون المفتاح بوضع التشغيل). ولكن إذا لم يوجد تيار يسري إلى القاعدة فإن التيار لن يمكنه السريان من القاعدة إلى المشع (فيكون المفتاح بوضع الإطفاء).
الترانزستور:
عندما تضاف طبقة ثالثة للثنائي بحيث يكون وصلتين فان الناتج هو عنصر جديد يطلق علية " الترانزستور "
ويتمتع الترانزستور بقدرة عالية على تكبير الاشارات الالكترونية ، هذا بالرغم من حجمة الصغير .
أنواع الترانزستور :
هناك نوعيم من الترانزستور يختلف كل واحد في تركيبه وهما كالتالي:
1- الترانزستور ال PNP :
يحتوى الترانزستور ال PNP على ثلاثة بللورات اثنتان موجبتان P وبينهما واحدة سالبة N ليتكون بذلك الترانزستور ال PNP .
شكل الترانزستور ال PNP
2- الترانزستور ال NPN :
يحتوى الترانزستور ال NPN على ثلاثة بللورات اثنتان سا لبتان N وبينهما واحدة موجبة P ليتكون بذلك الترانزستور ال NPN .
شكل الترانزستور ال NPN
تركيب الترنزستور :
يحتوى الترانزستور على وصلتين وبذلك يمكن اعتباره كثنائيين موصل يين ظهرا لظهر او وجها لوجه وذلك كما في الشكل
شكل التعبير عن الترانزستور باستخدام الثنائيات
PNP NPN
يحتوى كل ترانزستور على ثلاث أطراف وهي كما يلي : 1- المشع Emitter : وهوالجزء المختص بامداد حاملات الشحنة ( الفجوات في حالة الترانزستور PNP والالكترونات في الترانزستور NPN ويوصل المشع أماميا (forward) بالنسة للقاعدة وبذلك فهو يعطي كمية كبيرة من حاملات الشحنة عند توصيلة .
2-
المجمع Collector : ويختص هذا الجزء من الترانزستور بتجميع حاملات الشحنة القادمة من المشع ، ويوصل عكسيا (reverse) مع القاعدة .
3-
القاعدة Base : وهي عبارة عن الجزء الأوسط بين المشع والمجمع ويوصل أماميا (forward) مع المشع ، وعكسيا (reverse) مع المجمع .
رموز الترانزستور : هناك رمزين للترنزستور والسهم يدل على نوعه كما بالشكل:
يدل السهم على نوع الترنزستور فالسهم الخارج يدل على ترانزستور NPN والداخل يدل على ترانزستور PNP
PNP NPN
أشكال الترنزستور:
ترانزستور عادي ترانزستور معدني
خصائص الترانزستور :
يوصل الترانزستور تيارا في الاتجاه الأمامي ولا يوصل تيارا في الاتجاه العكسي ومنطقة التوصيل تنقسم الى ثلاث مناطق :
المنطقة الأولى: وهى منطقة القطع التي لا يمر فيها تيار في مجمع Base الترانزستور .
المنطقة الثانية: وهى منطقة التكبير أو المنطقة الفعال ة أو منطقة التشغيل الخطية للترانزستور .
المنطقة الثالثة: وهى منطقة التشبع التى يمر فيها أكبر تيار في مجمع Base الترانزستور
في المنطقة الأولى والثالثة يعمل الترانزستور كمفتاح ، وفي المنطقة الثانية يعمل الترانزستور كمكبر .
طرق توصيل الترانزستور :
يوصل أحد أطراف الترانزستور باشارة الدخل والطرف الثاني يوصل باشارة الخرج ويشترك الطرف الثالث بين الدخل والخرج ، ولهذا يوصل الترانزستور في الدوائر الالكترونية بثلاث طرق مختلفة .
طرق توصيل الترانزستور Transistor Connection Types
طرق توصيل الترانزستور :
يوصل أحد أطراف الترانزستور باشارة الدخل والطرف الثاني يوصل باشارة الخرج ويشترك الطرف الثالث بين الدخل والخرج ، ولهذا يوصل الترانزستور في الدوائر الالكترونية بثلاث طرق مختلفة .
القاعدة المشتركة Common Base:
توصيل اشارة الدخل بين المشع والقاعدة Emitter and Base ، وتوصل اشارة الخرج بين المجمع والقاعدة Collector and Base ويلاحظ أن طرف القاعدة Base مشتركا بين الدخل والخرج ، ولهذا سميت طريقة التوصيل هذه بالقاعدة المشتركة Common Base .
الشكل يبين ترانزستور موصل ب طريقة القاعدة المشتركة Common Collector
المشع المشترك Common Emitter:
توصل اشارة الدخل بين القاعدة والمشع Emitter and Base ، وتوصل اشارة الخرج بين المجمع والمشع Base and Emitter ويلاحظ أن طرف المشع Emitter مشتركا بين الدخل والخرج ، ولهذا سميت طريقة التوصيل هذه بالمشع المشترك Common Emitter.
الشكل يبين ترانزستور موصل بطريقة المشع المشترك Common Emitter
المجمع المشترك Common Collector:
توصل اشارة الدخل بين القاعدة والمجمع Collector and Base، وتوصل اشارة الخرج بين المشع والمجمع Base and Emitter ويلاحظ أن طرف المجمع Collector مشتركا بين الدخل والخرج ، ولهذا سميت طريقة التوصيل هذه بالمجمع المشترك Common Collector.
الشكل يبين ترانزستور موصل بطريقة المجمع المشترك Common Collector
تعمل القاعدة كمفتاح لتشغيل أو اطفاء الترانزستور فعندما يسري التيار إلى القاعدة سيكون هناك طريق لسريان التيار من المجمع إلى المشع (فيكون المفتاح بوضع التشغيل). ولكن إذا لم يوجد تيار يسري إلى القاعدة فإن التيار لن يمكنه السريان من القاعدة إلى المشع (فيكون المفتاح بوضع الإطفاء).
الترانزستور:
عندما تضاف طبقة ثالثة للثنائي بحيث يكون وصلتين فان الناتج هو عنصر جديد يطلق علية " الترانزستور "
ويتمتع الترانزستور بقدرة عالية على تكبير الاشارات الالكترونية ، هذا بالرغم من حجمة الصغير .
أنواع الترانزستور :
هناك نوعيم من الترانزستور يختلف كل واحد في تركيبه وهما كالتالي:
1- الترانزستور ال PNP :
يحتوى الترانزستور ال PNP على ثلاثة بللورات اثنتان موجبتان P وبينهما واحدة سالبة N ليتكون بذلك الترانزستور ال PNP .
شكل الترانزستور ال PNP
2- الترانزستور ال NPN :
يحتوى الترانزستور ال NPN على ثلاثة بللورات اثنتان سا لبتان N وبينهما واحدة موجبة P ليتكون بذلك الترانزستور ال NPN .
شكل الترانزستور ال NPN
تركيب الترنزستور :
يحتوى الترانزستور على وصلتين وبذلك يمكن اعتباره كثنائيين موصل يين ظهرا لظهر او وجها لوجه وذلك كما في الشكل
شكل التعبير عن الترانزستور باستخدام الثنائيات
PNP NPN
يحتوى كل ترانزستور على ثلاث أطراف وهي كما يلي : 1- المشع Emitter : وهوالجزء المختص بامداد حاملات الشحنة ( الفجوات في حالة الترانزستور PNP والالكترونات في الترانزستور NPN ويوصل المشع أماميا (forward) بالنسة للقاعدة وبذلك فهو يعطي كمية كبيرة من حاملات الشحنة عند توصيلة .
2-
المجمع Collector : ويختص هذا الجزء من الترانزستور بتجميع حاملات الشحنة القادمة من المشع ، ويوصل عكسيا (reverse) مع القاعدة .
3-
القاعدة Base : وهي عبارة عن الجزء الأوسط بين المشع والمجمع ويوصل أماميا (forward) مع المشع ، وعكسيا (reverse) مع المجمع .
رموز الترانزستور : هناك رمزين للترنزستور والسهم يدل على نوعه كما بالشكل:
يدل السهم على نوع الترنزستور فالسهم الخارج يدل على ترانزستور NPN والداخل يدل على ترانزستور PNP
PNP NPN
أشكال الترنزستور:
ترانزستور عادي ترانزستور معدني
خصائص الترانزستور :
يوصل الترانزستور تيارا في الاتجاه الأمامي ولا يوصل تيارا في الاتجاه العكسي ومنطقة التوصيل تنقسم الى ثلاث مناطق :
المنطقة الأولى: وهى منطقة القطع التي لا يمر فيها تيار في مجمع Base الترانزستور .
المنطقة الثانية: وهى منطقة التكبير أو المنطقة الفعال ة أو منطقة التشغيل الخطية للترانزستور .
المنطقة الثالثة: وهى منطقة التشبع التى يمر فيها أكبر تيار في مجمع Base الترانزستور
في المنطقة الأولى والثالثة يعمل الترانزستور كمفتاح ، وفي المنطقة الثانية يعمل الترانزستور كمكبر .
طرق توصيل الترانزستور :
يوصل أحد أطراف الترانزستور باشارة الدخل والطرف الثاني يوصل باشارة الخرج ويشترك الطرف الثالث بين الدخل والخرج ، ولهذا يوصل الترانزستور في الدوائر الالكترونية بثلاث طرق مختلفة .
طرق توصيل الترانزستور Transistor Connection Types
طرق توصيل الترانزستور :
يوصل أحد أطراف الترانزستور باشارة الدخل والطرف الثاني يوصل باشارة الخرج ويشترك الطرف الثالث بين الدخل والخرج ، ولهذا يوصل الترانزستور في الدوائر الالكترونية بثلاث طرق مختلفة .
القاعدة المشتركة Common Base:
توصيل اشارة الدخل بين المشع والقاعدة Emitter and Base ، وتوصل اشارة الخرج بين المجمع والقاعدة Collector and Base ويلاحظ أن طرف القاعدة Base مشتركا بين الدخل والخرج ، ولهذا سميت طريقة التوصيل هذه بالقاعدة المشتركة Common Base .
الشكل يبين ترانزستور موصل ب طريقة القاعدة المشتركة Common Collector
المشع المشترك Common Emitter:
توصل اشارة الدخل بين القاعدة والمشع Emitter and Base ، وتوصل اشارة الخرج بين المجمع والمشع Base and Emitter ويلاحظ أن طرف المشع Emitter مشتركا بين الدخل والخرج ، ولهذا سميت طريقة التوصيل هذه بالمشع المشترك Common Emitter.
الشكل يبين ترانزستور موصل بطريقة المشع المشترك Common Emitter
المجمع المشترك Common Collector:
توصل اشارة الدخل بين القاعدة والمجمع Collector and Base، وتوصل اشارة الخرج بين المشع والمجمع Base and Emitter ويلاحظ أن طرف المجمع Collector مشتركا بين الدخل والخرج ، ولهذا سميت طريقة التوصيل هذه بالمجمع المشترك Common Collector.
الشكل يبين ترانزستور موصل بطريقة المجمع المشترك Common Collector
ممكن شرح ازاى اقيس الترانزيستور بالصور
ردحذف