خصائص الترانزستور: الأساسيات والتطبيقات

 

مقدمة

الترانزستور هو أحد المكونات الأساسية في علم الإلكترونيات، حيث يعد حجر الزاوية في تصميم الدوائر الإلكترونية الحديثة. يتمتع الترانزستور بمجموعة من الخصائص التي تجعل منه أداة حيوية في العديد من التطبيقات، بدءًا من الأجهزة المنزلية البسيطة إلى الأنظمة المعقدة مثل الحواسيب. في هذه المقالة، سنستعرض خصائص الترانزستور بتفصيل، ونوضح كيف تؤثر هذه الخصائص على أدائه وتطبيقاته المختلفة.

1. الخصائص الكهربائية

1.1 معامل التكبير (Gain)

يُعتبر معامل التكبير أحد الخصائص الرئيسية للترانزستور. يُعرف بأنه نسبة التيار الخارج إلى التيار الداخل. يُستخدم في التطبيقات التي تتطلب تضخيم الإشارة، مثل مكبرات الصوت.

• BJT: في الترانزستورات ثنائية القطبية (BJT)، يُعبر عن معامل التكبير بـ $\beta$ (بيتا)، والذي يُحسب كالتالي:

$$\beta = \frac{I_C}{I_B}$$

حيث $I_C$ هو تيار المجمع و $I_B$ هو تيار القاعدة.

• FET: في الترانزستورات أحادية البوابة (FET)، يتم حساب معامل التكبير بواسطة الجهد على البوابة.

1.2 الجهد والتشغيل

يمتاز الترانزستور بقدرته على العمل في نطاقات جهد مختلفة. تعتمد خصائص التشغيل على نوع الترانزستور:

• BJT: يتطلب جهدًا على القاعدة لتشغيله. عندما يصل الجهد إلى قيمة معينة، يتدفق التيار من الباعث إلى المجمع.
• FET: يتحكم الجهد المطبق على البوابة في تدفق التيار، مما يجعله أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة.

1.3 استجابة التردد

تُعتبر استجابة التردد من الخصائص المهمة في التطبيقات السريعة. يتمتع الترانزستور بقدرة على العمل عند ترددات عالية، مما يجعله مثاليًا للاستخدام في الدوائر عالية التردد مثل أنظمة الاتصالات.

• تردد القطع: يُعرف بأنه التردد الذي ينخفض فيه كسب الترانزستور بنسبة 3 ديسيبل. كلما كان تردد القطع أعلى، كان أداء الترانزستور أفضل في التطبيقات السريعة.

2. الخصائص الحرارية

2.1 التحمل الحراري

يجب أن يتمتع الترانزستور بقدرة على العمل في درجات حرارة مرتفعة دون التأثير على أدائه. تتمثل هذه الخاصية في مدى تحمله لدرجات الحرارة العالية وكيفية إدارة الحرارة الناتجة عن التشغيل.

• درجة حرارة التشغيل القصوى: تختلف حسب نوع الترانزستور. عادةً ما تكون الترانزستورات المصنوعة من السيليكون أكثر قدرة على تحمل الحرارة مقارنةً بتلك المصنوعة من الجرمانيوم.

2.2 معامل درجة الحرارة

يؤثر ارتفاع درجة الحرارة على خصائص الترانزستور، مثل الكسب. يمكن أن يتغير معامل التكبير عندما ترتفع درجة الحرارة، مما يؤدي إلى تأثيرات سلبية على الأداء.

• الاستقرار الحراري: تشير هذه الخاصية إلى قدرة الترانزستور على الحفاظ على أدائه في درجات حرارة مرتفعة. يجب أن تكون المواد المستخدمة في تصنيع الترانزستور قادرة على تحمّل درجات الحرارة المختلفة.

3. الخصائص الديناميكية

3.1 زمن الانتقال (Switching Time)

يُعتبر زمن الانتقال هو الوقت الذي يستغرقه الترانزستور للتبديل بين حالتي التشغيل والإيقاف. كلما كان زمن الانتقال أقصر، كانت الاستجابة أسرع، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات الرقمية.

• التحويل السريع: يتمتع الترانزستور بتقنيات حديثة تسمح له بالتحويل بسرعة عالية، وهو ما يُستخدم في الدوائر المتكاملة الحديثة.

3.2 الضوضاء

تعتبر الضوضاء من الخصائص المهمة في التطبيقات الحساسة، حيث يمكن أن تؤثر على جودة الإشارة. يُعبر عن الضوضاء في الترانزستور بمقياس يسمى "رقم الضوضاء".

• تقليل الضوضاء: تتطلب التطبيقات الحساسة مثل أجهزة الاستشعار والاتصالات تقنيات لتحسين أداء الضوضاء وتقليلها.

4. الخصائص الميكانيكية

4.1 الاستقرار الميكانيكي

تعتبر الخصائص الميكانيكية للترانزستور مهمة، خاصةً في التطبيقات التي تتطلب تكنولوجيا دقيقة. يجب أن يكون الترانزستور قادرًا على تحمل الاهتزازات والضغوط الميكانيكية.

• التحمل ضد الصدمات: يجب أن يتمتع الترانزستور بالقدرة على العمل بكفاءة حتى في الظروف القاسية.

4.2 الأبعاد والحجم

تعتبر الأبعاد والحجم من العوامل المهمة في تصميم الترانزستورات. كلما كان حجم الترانزستور أصغر، كان أكثر ملاءمة للاستخدام في التطبيقات المحمولة.

• التقنيات النانوية: تتجه صناعة الترانزستورات نحو تصنيعها بمقياس نانوي، مما يسمح بزيادة عدد الترانزستورات على شريحة واحدة، مما يؤدي إلى تحسين الأداء.

5. الخصائص الكيميائية

5.1 مقاومة التآكل

تُعتبر مقاومة التآكل من الخصائص المهمة في التطبيقات التي تتعرض للعوامل البيئية. يجب أن تتمتع المواد المستخدمة في تصنيع الترانزستور بمقاومة جيدة للتآكل.

• التقنيات الحديثة: يتم استخدام مواد متقدمة في تصنيع الترانزستورات لتحسين مقاومتها للعوامل الخارجية.

5.2 استقرار المواد

تعتبر استقرار المواد المستخدمة في تصنيع الترانزستورات أمرًا حيويًا، حيث يمكن أن تؤثر على الأداء العام. يجب أن تكون المواد مستقرة على المدى الطويل.

6. التطبيقات العملية

تتراوح تطبيقات الترانزستور من الأجهزة البسيطة إلى الأنظمة المعقدة، بما في ذلك:

6.1 أجهزة الراديو والتلفاز

يُستخدم الترانزستور في الأجهزة الكهربائية مثل أجهزة الراديو والتلفاز، حيث يعمل على تكبير الإشارات.

6.2 الحواسيب والهواتف الذكية

تعتبر الترانزستورات أساسية في تصميم المعالجات الدقيقة والدوائر المتكاملة المستخدمة في الحواسيب والهواتف الذكية.

6.3 أنظمة التحكم الآلي

تُستخدم الترانزستورات في أنظمة التحكم الآلي، مثل أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC).

الخاتمة

تعتبر خصائص الترانزستور من العوامل الأساسية التي تحدد أدائه وتطبيقاته. من الخصائص الكهربائية إلى الديناميكية والحرارية، كل ميزة تلعب دورًا حيويًا في كيفية استخدام الترانزستور في مختلف المجالات. مع تقدم التكنولوجيا، من المتوقع أن تستمر الابتكارات في تصميم الترانزستورات، مما يوفر حلولًا أكثر فعالية لتحديات المستقبل.

تاريخ الترنزيستور: اختراع غيّر مجرى التكنولوجيا

 

المقدمة

يعتبر الترنزيستور أحد أهم الابتكارات في تاريخ التكنولوجيا الحديثة. فقد أدى اختراعه إلى ثورة في الإلكترونيات، مما سمح بتطوير مجموعة واسعة من الأجهزة الإلكترونية التي نستخدمها اليوم، بدءًا من الهواتف المحمولة إلى أجهزة الكمبيوتر. في هذه المقالة، سنستعرض تاريخ الترنزيستور منذ نشأته وحتى تأثيره على العالم.

نشأة الترنزيستور

تعود فكرة الترنزيستور إلى الثلاثينيات من القرن العشرين، عندما كانت معظم الأجهزة الإلكترونية تعتمد على أنابيب الأشعة المهبطية. كانت هذه الأنابيب كبيرة الحجم وغير فعالة في استهلاك الطاقة. بدأ العلماء في البحث عن بدائل أصغر وأكثر كفاءة.

المرحلة الأولى: التجارب الأولية

في عام 1934، قدّم العالمان الأمريكيان جون باردين ووالتر براتين نظرية جديدة حول كيفية استخدام المواد شبه الموصلة كوسيلة لتحسين الأداء الكهربائي. لكن لم يتم تطوير هذه الفكرة بشكل عملي حتى عام 1947، عندما قام الثلاثي باردين وبراتين وويليام شوكلي، وهم موظفون في مختبرات بيل، بصنع أول ترنزيستور يعمل.

تطوير الترنزيستور

1947: الاختراع الأول

في 16 ديسمبر 1947، قام العلماء الثلاثة بإنشاء أول ترنزيستور، والذي كان يتكون من مادة شبه موصلة (جرمانيوم) وقطعتين من المعدن. كان هذا الاختراع نقطة انطلاق لعصر جديد في الإلكترونيات. بعد ذلك، حصلوا على براءة اختراع لترنزيستورهم الجديد في عام 1951.

1950s: الانتشار والتطبيقات

في أوائل الخمسينات، بدأ استخدام الترنزيستور في التطبيقات الصناعية والتجارية. كانت الشركات مثل Sony وTexas Instruments من بين الأوائل التي استخدمت الترنزيستور في المنتجات الاستهلاكية. تم إدخال الترنزيستور في أجهزة الراديو وأجهزة التلفاز، مما جعلها أصغر وأخف وزناً وأكثر كفاءة.

1960s: صعود الدوائر المتكاملة

مع تقدم التكنولوجيا، بدأت الشركات في دمج عدد أكبر من الترانزستورات في دوائر متكاملة. في عام 1960، قدم جاك كيلبي وروبرت نويس مفهوم الدائرة المتكاملة. هذا الاختراع سمح بوضع العديد من الترانزستورات على شريحة واحدة من السيليكون، مما زاد من كفاءة الأداء وأدى إلى تقليص حجم الأجهزة الإلكترونية.

التأثير على التكنولوجيا

1970s: ظهور الحواسيب

أدى التطور في تكنولوجيا الترنزيستور إلى ظهور أول حواسيب شخصية في السبعينات. استخدمت هذه الحواسيب الترانزستورات لتوفير الأداء المطلوب للمستخدمين. ومع ظهور أنظمة التشغيل مثل DOS وWindows، بدأت الحواسيب تأخذ شكلها الحديث.

1980s: الانتقال إلى السيليكون

خلال الثمانينات، أصبح السيليكون المادة الأساسية لتصنيع الترانزستورات. أتاح هذا التحول تحسينات كبيرة في الكفاءة وتكاليف الإنتاج. كما أدى ذلك إلى ظهور أجهزة جديدة مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الألعاب.

1990s: التحول الرقمي

دخلت الترانزستورات في عالم الرقميات، حيث تم استخدامها في تطوير أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الهواتف الذكية. أدى ذلك إلى تحول جذري في طريقة التواصل والتفاعل مع التكنولوجيا.

التحديات المستقبلية

رغم أن الترانزستورات قد غيرت العالم، إلا أن هناك تحديات جديدة تواجه هذه التكنولوجيا. مع تطور النانو والتقنيات الحديثة، أصبح من الممكن تصنيع ترانزستورات أصغر وأكثر كفاءة. ومع ذلك، يواجه العلماء تحديات مثل تسرب الحرارة والكفاءة الكهربائية.

الخاتمة

تاريخ الترنزيستور هو قصة نجاح تكنولوجي، حيث مهد هذا الاختراع الطريق لعصر جديد من الإلكترونيات. لا يزال تأثير الترنزيستور واضحاً في حياتنا اليومية، حيث يشكل أساس العديد من الأجهزة التي نستخدمها. ومع استمرار البحث والتطوير، نتطلع إلى مستقبل مشرق حيث تواصل هذه التكنولوجيا التطور وتغيير العالم.

أنواع الترانزستور: دليل شامل

 

مقدمة

الترانزستور هو أحد العناصر الأساسية في علم الإلكترونيات، حيث يُستخدم على نطاق واسع في الدوائر الإلكترونية لتكبير الإشارات الكهربائية أو كأداة للتحكم في تدفق التيار. منذ اختراعه في منتصف القرن العشرين، تطورت الترانزستورات بشكل كبير، وظهرت أنواع متعددة تلبي احتياجات مختلفة في مجال التكنولوجيا. في هذه المقالة، سنستعرض الأنواع الرئيسية للترانزستور، مع توضيح ميزات كل نوع واستخداماته الشائعة.

1. الترانزستور ثنائي القطبية (BJT)

1.1 التعريف

الترانزستور ثنائي القطبية (BJT) هو نوع من الترانزستورات التي تستخدم كل من الإلكترونات والثقوب (وهي أماكن نقص الإلكترونات) كحاملات للتيار. يتكون BJT من ثلاث مناطق: الباعث (Emitter)، والقاعدة (Base)، والمجمع (Collector).

1.2 الأنواع

يتوفر BJT بنوعين رئيسيين:

• NPN: حيث يتم تضمين طبقة شبه موصلة من النوع P بين طبقتين من النوع N.
• PNP: حيث يتم تضمين طبقة شبه موصلة من النوع N بين طبقتين من النوع P.

1.3 كيفية العمل

يعمل BJT عندما يتم تطبيق جهد صغير على القاعدة، مما يسمح بتدفق تيار كبير من الباعث إلى المجمع. يتم استخدام BJT في التطبيقات التي تتطلب تضخيم الإشارة، مثل مكبرات الصوت وأجهزة الراديو.

1.4 الاستخدامات

• مكبرات الصوت: تستخدم لتعزيز الإشارات الصوتية.
• دوائر التحكم: في أنظمة التشغيل التلقائية.
• أجهزة الإرسال: مثل أجهزة الراديو.

2. الترانزستور أحادي البوابة (FET)

2.1 التعريف

الترانزستور أحادي البوابة (FET) هو نوع آخر من الترانزستورات التي تستخدم جهازًا يُعرف بالبوابة للتحكم في تدفق التيار بين المصدر (Source) والمصرف (Drain). يعتبر FET أكثر كفاءة من حيث استهلاك الطاقة مقارنةً بـ BJT.

2.2 الأنواع

يأتي FET في عدة أنواع، منها:

• Junction FET (JFET): حيث يتم التحكم في تدفق التيار باستخدام جهد يتم تطبيقه على البوابة.
• Metal-Oxide-Semiconductor FET (MOSFET): حيث يتم استخدام طبقة عازلة بين البوابة والمصدر، مما يقلل من استهلاك الطاقة.

2.3 كيفية العمل

يعمل FET على مبدأ أن الجهد المطبق على البوابة يتحكم في عرض القناة بين المصدر والمصرف. عندما يتم تطبيق جهد كافٍ، يمكن أن يتدفق التيار. يعتبر MOSFET هو الأكثر استخدامًا في الدوائر الرقمية.

2.4 الاستخدامات

• دوائر التبديل: في الأجهزة الإلكترونية.
• دوائر التشغيل: مثل محركات الأقراص الصلبة.
• الدوائر الرقمية: مثل المعالجات الدقيقة.

3. الترانزستور متعدد البوابة (Multi-Gate Transistor)

3.1 التعريف

الترانزستور متعدد البوابة هو نوع متقدم من FET يحتوي على أكثر من بوابة واحدة. يتم استخدام هذا النوع من الترانزستورات في التطبيقات التي تتطلب تحكمًا متزامنًا في عدة قنوات.

3.2 كيفية العمل

يعمل هذا النوع على مبدأ التحكم في تدفق التيار عبر أكثر من قناة، مما يسمح بتحقيق أداء أفضل وفعالية أعلى في استهلاك الطاقة.

3.3 الاستخدامات

• التطبيقات الحاسوبية: حيث يُستخدم في أنظمة المعالجة المتقدمة.
• دوائر الاتصالات: لتحسين أداء الإشارات.

4. الترانزستور بالجهد القوي (High-Voltage Transistor)

4.1 التعريف

الترانزستور بالجهد القوي هو نوع من الترانزستورات مصمم للعمل في بيئات تتطلب جهداً عالياً. يتم استخدامه في التطبيقات التي تحتاج إلى استيعاب تيارات و voltages عالية.

4.2 الاستخدامات

• محطات الطاقة: للتحكم في الأجهزة الكهربائية.
• أجهزة التحكم في المحركات: في المصانع والمعدات الثقيلة.

5. الترانزستور الخالي من التحكم (Unipolar Transistor)

5.1 التعريف

الترانزستور الخالي من التحكم (Unipolar) هو نوع من FET حيث يعتمد عمله على نوع واحد من حاملات الشحن فقط (إما الإلكترونات أو الثقوب).

5.2 الأنواع

• معدل تأثير البوابة (IGBT): يجمع بين ميزات BJT و MOSFET، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب كفاءة في الطاقة وأداء عالي.

5.3 الاستخدامات

• أنظمة الطاقة المتجددة: مثل أنظمة الطاقة الشمسية.
• أنظمة التحكم في السرعة: مثل السيارات الكهربائية.

6. الترانزستور الضوئي (Phototransistor)

6.1 التعريف

الترانزستور الضوئي هو نوع من الترانزستورات التي تستخدم الضوء كوسيلة للتحكم في تدفق التيار. يعتمد على تأثير الضوء في توليد الشحنات.

6.2 كيفية العمل

يعمل الترانزستور الضوئي عن طريق امتصاص الضوء وتوليد شحنات كهربائية، مما يسمح بتدفق التيار. يُستخدم بشكل شائع في التطبيقات التي تتطلب استشعار الضوء.

6.3 الاستخدامات

• أجهزة استشعار الضوء: مثل المفاتيح الضوئية.
• أنظمة الاتصالات الضوئية: في الأجهزة الإلكترونية الحديثة.

الخاتمة

تعتبر الترانزستورات من الأعمدة الأساسية في عالم الإلكترونيات، حيث تلعب دورًا حيويًا في العديد من التطبيقات. من الترانزستورات ثنائية القطبية إلى الترانزستورات الضوئية، يمثل كل نوع من هذه الترانزستورات خيارًا مثاليًا لتطبيقات معينة. مع تقدم التكنولوجيا، من المتوقع أن تستمر الابتكارات في هذا المجال، مما يوفر حلولًا جديدة وفعالة لتحديات المستقبل.

الترانزستور: الثورة التي غيّرت عالم الإلكترونيات

 مقدمة: الترانزستور هو أحد أعظم الابتكارات في تاريخ الإلكترونيات والتكنولوجيا. منذ اختراعه في أواخر الأربعينيات من القرن الماضي، أصبح الترانزستور العمود الفقري لجميع الأجهزة الإلكترونية الحديثة، بدءًا من الهواتف المحمولة وحتى أجهزة الكمبيوتر الفائقة.

ما هو الترانزستور؟ الترانزستور هو جهاز إلكتروني صغير يُستخدم لتضخيم أو تحويل الإشارات الإلكترونية. يتكون من ثلاث طبقات رئيسية من المواد شبه الموصلة، تُعرف عادةً باسم المرسل (Emitter)، القاعدة (Base)، والمجمع (Collector) في الترانزستورات من نوع "BJT"، أو من مصدر (Source)، بوابة (Gate)، ومصرف (Drain) في الترانزستورات من نوع "FET".

يعمل الترانزستور كمفتاح كهربائي يمكنه تشغيل وإيقاف تدفق التيار أو تضخيمه، وهو ما يجعله أساسيًا في تصميم الدوائر الإلكترونية.

أنواع الترانزستورات: يوجد نوعان رئيسيان من الترانزستورات:

1. ترانزستور الوصلة الثنائية (BJT): يعتمد هذا النوع على التيار الكهربائي، ويتطلب تيارًا صغيرًا في القاعدة للتحكم في تيار أكبر بين المرسل والمجمع.
2. ترانزستور التأثير الميداني (FET): يعتمد على الجهد الكهربائي للتحكم في تدفق التيار. يشمل هذا النوع الترانزستورات من نوع MOSFET، التي تُستخدم على نطاق واسع في الدوائر الرقمية.

تاريخ اختراع الترانزستور: تم اختراع الترانزستور في مختبرات "Bell Labs" عام 1947 من قِبَل ثلاثة علماء، هم جون باردين، ووالتر براتين، وويليام شوكلي. كان الهدف الأساسي من اختراعه هو استبدال الأنابيب المفرغة التي كانت تستخدم في الأجهزة الإلكترونية الكبيرة مثل الراديو والتلفزيون، والتي كانت ضخمة وتستهلك طاقة كبيرة وتصدر حرارة.

تأثير الترانزستور على الإلكترونيات: أحدث الترانزستور ثورة في عالم الإلكترونيات. أدى حجمه الصغير وكفاءته العالية إلى تطوير أجهزة أصغر وأسرع وأقل استهلاكًا للطاقة. كان الترانزستور هو الأساس في تصنيع الرقائق الإلكترونية والمعالجات الدقيقة، وهو ما سمح بتطوير أجهزة الكمبيوتر الشخصية والهواتف المحمولة وأجهزة الاستشعار والعديد من التقنيات الحديثة.

استخدامات الترانزستور:

1. في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية: يُستخدم الترانزستور في جميع الأجهزة الرقمية مثل الهواتف الذكية، أجهزة الكمبيوتر، وأجهزة التلفاز.
2. في الاتصالات: يتم استخدامه في مكبرات الإشارات لنقل البيانات عبر الإنترنت، والراديو، والتلفاز.
3. في الصناعة الطبية: يدخل الترانزستور في تصميم الأجهزة الطبية مثل أجهزة مراقبة القلب ومعدات التصوير الطبي.
4. في الصناعة العسكرية والفضائية: يُستخدم في تصميم أجهزة الاستشعار الدقيقة ونظم التحكم في المركبات العسكرية والفضائية.

خاتمة: لقد مهد اختراع الترانزستور الطريق لعصر التكنولوجيا الحديثة الذي نعيشه اليوم. بفضل هذا الجهاز الصغير، تطورت الإلكترونيات بشكل غير مسبوق، وأصبح بإمكاننا استخدام تقنيات معقدة وفعالة في حياتنا اليومية.

خصائص ومزايا الترانزستور

• 1- عدم احتواء  المفاتيح الترانزستورية  على  اجزاء ميكانيكية قد تتعرض لتلف.
• 2- عدم حدوث شرارة كهربائية، مثل التي تلازم المفاتيح الميكانيكية.
• 3- سرعة الوصل و الفصل مقارنة مع المفاتيح الميكانيكية.
• 4- عدم حاجة المفاتيح الترانزستورية الى صيانة.
• 5- قليلة التكلفة.
• 6- موفرة لطاقة.

الترانزستور

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

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

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

 

- 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