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.

المكثف الكهربائي

المكثف الكهربائي


لا تخلو ألاجهزة الالكترونية عموما من مجموعة من المكثفات يطلق عليها لفظ ( كوندنسر ) تؤدى لنا بواسطة توصيلها بطرق خاصة كثيرا من الفوائد
وتعتبر هذه المكثفات من الأجزاء الهامة فى عصبة الأدوات المكونة للجهاز اللاسلكى سواء كان من أجهزة الإرسال ( الإذاعة ) أو من أجهزة الاستقبال
الراديو أو من أجهزة الإذاعة المرئية التليفزيون



وظيفة المكثف
يسمح المكثف بمرور التيار المتغير المكافىء للإشارة اللاسلكية أو الموسيقى والكلام ويمنع مرور جهد التغذية المستمر أو يختزنه






تركيب المكثف
المكثف فى ابسط أنواعه عبارة عن لوحين معدنيين يفصلهما عن بعضهما لوح آخر من مادة عازلة وبتوصيل هذين اللوحين بمنبع وليكن بطارية فان الكهرباء تسرى فى الدائرة ويشحن احد اللوحين بشحنة موجبة لاتصالة بقطب البطارية الموجب وفى نفس الوقت يشحن اللوح الأخر بشحنة سالبة نظرا لاتصالة بقطب البطارية السالب وينتج عن ذلك وجود فرق جهد بين اللوحين اقل من فرق الجهد بين قطبى البطارية فان البطارية تستمر فى شحن اللوحين إلى أن يتساوى فرق الجهد (للضغط بالفولت ) بين اللوحين وبين قطبى البطارية وفى هذه الحالة تكون عملية شحن المكثف قد انتهت وأصبح المكثف مشحونا وكمية الكهرباء المستعملة فى شحن اللوحين تتوقف على ضغط منبع
التيار ( البطارية مثلا ) وكذلك على سعة المكثف ، مقدرة المكثف على تخزين الكهرباء
العوامل التى تعتمد عليها سعة المكثف


تتوقف سعة المكثف على ما يأتى
مساحة اللوحين : فانه كلما ذادت مساحة الألواح المكونة للمكثف زادت سعته وإذا قلت مساحة الألواح قلت السعة
المسافة بين اللوحين : فأنه كلما زادت المسافة بين اللوحين قلت السعة وقلما قلت المسافة زادت السعة
نوع العازل المستعمل : فأنه تزيد سعة المكثف باستعمال عازل آخر خلاف الهواء
وخلاصة ما سبق
إن سعة المكثف تتناسب تناسبا طرديا مع مساحة لوحيه وعكسيا مع المسافة بينهما كما تختلف باختلاف العازل المستعمل
وتقاس الشحنة او كمية الكهرباء بوحدة الكلوم ومقدرة المكثف على تخزين الكهرباء تسمى السعة ووحدة قياسها الفاراد ويقال ان المكثف سعته واحد فاراد لو شحن كمية من الكهرباء قدرها 6 كلوم واذا وصل طرفاه بمنبع كهربائى ضغطه 1 فولت
انواع المكثفات مع الرسم الهندسى


تكتب القيمة العليا لفرق الجهد على المكثف والتي ممكن أن يعمل بها.

وفي بعض المكثفات كإليكترونية والتنتانيوم تكون مقطبة وهذا يعني إنها يجب أن توضع بالشكل الصحيح وتكتب عليها عادة هذه الأقطاب إذا كانت موجبة أو سالبة.

بعض المكثفات لها أطواق من الألوان لمعرفة قيمتها كالموجودة في المقاومات (قراءة قيم المكثفات)




Capacitor or Condenser المكثف

من الشكل نلاحظ أن المكثف مصنوع من لوحين موازيين يفصلهم فراغ وهذا الفراغ يسمى الطبقة العازلة وتختلف أنواع المكثفات على نوع الطبقة العازلة منها مكثفات السيراميك, الميكا, البوليستر, ورق هوائي إلى أخره


C رمزالمكثف

مكثف متغير مكثف مستقطب مكثف عادي




يستخدم المكثف في شحن الشحنات الكهربائية وهي مشابهة لعمل البطارية ولكن الفرق إنها تكون خطرة إذا شحنت أعلى من جهدها ويتم تفريغها بواسطة مقاومة لتحديد عملية التفريغ.


وتتم عملية التفريغ والشحن بطريقتين:


على التوالي (شحن المكثف) :

توصيل المكثف والمقاومة على التوالي ويتم التشحين تدريجيا وتعمل المقاومه هنا على عملية تبطيأ تشحين المكثف كما هو موضح





:(على التوازي (تفريغ المكثف

توصل المكثف والمقاومة على التوازي ويتم التسريب أو التفريغ تدريجيا وتعمل المقاومة على تبطيأ عملية التفريغ للمكثف كما هو موضح


يرمز المكثف بالرمزC ووحدة قياسها الفاراد FARAD

الفاراد وحدة كبيرة جدا في المكثف ولقياس قيمة المكثف قسمت إلى وحدات أصغر :


أنواع المكثفات:

1- مكثفات ثابته ولها أشكال مختلفة

2- مكثفات مستقطبة مثل المكثف اليكتروني ومكثف التنتانيوم وتتميز بوجود قطب موجب وسالب

3 - مكثفات متغيرة وتستخدم في ضبط الترددات كما الموجوده في الراديو

مكثف اليكتروني

تكتب القيمة العليا لفرق الجهد على المكثف والتي ممكن أن يعمل بها.

وفي بعض المكثفات كإليكترونية والتنتانيوم تكون مقطبة وهذا يعني إنها يجب أن توضع بالشكل الصحيح وتكتب عليها عادة هذه الأقطاب إذا كانت موجبة أو سالبة.

بعض المكثفات لها أطواق من الألوان لمعرفة قيمتها كالموجودة في المقاومات (قراءة قيم المكثفات)


توصيل المكثفات:



التوالي:

وتتم ربط المكثفات بشكل متسلسل كم بالشكل

وتكون قيمة النهائية للمكثف يساوي

1/Ct=1/c1+1/c2

Ct=1/(1/C1+1/C2)

مثال: مكثفين سعة الاول فيهما C1=2 uF وسعة الثاني C2=6uF موصلين على التوالي فماهي السعة النهائية لها؟

Ct=1/(1/C1+1/C2)=1(1/2+1/6)=1/(0.5+0.16)=1/0.6=1.6uF



التوازي:

وتتم ربط المكثفات بشكل متوازي كما بالشكل

وتكون قيمة النهائية للمكف يساوي

Ct=C1+C2

مثال: مكثفين سعة الاول فيهما C1=2 uF وسعة الثاني C2=6uF موصلين على التوازي فماهي السعة النهائية لها؟

Ct=C1+C2=2+6=8uF

كيف تقرأ رموز المكثفات
أ لمايكرو = 10-6
النانو = 10-9
البيكو = 10-12
نوع الغشاء البلاستيكي
Plastic Film Type

معظم المكثفات من هذا النوع تكون معلوماته مطبوعة عليه. هذه القيم تشمل السعة والجهد الذي يعمل عنده المكثف وكذلك دقة السعة.


1- السعة: تكون السعة دائماً بالمايكروفاراد إلا إذا وجد الرمز n فهذا يعني أن السعة بالنانوفاراد


2- الجهد: يعطى كرقم يتبعه الحرف V وفي كثير من الأحيان لايكتب الحرف V

- الدقة: تحدد بالحرف حسب الآتي: الرمز الدقة
M 20%
K 10%
J 5%
H 2.5%
F 1بيكو فاراد بالموجب والسالب


الأمثلة على ماذكر موضحة بالشكل التالي

بعض هذه المكثفات تكون مؤشرة برموز أكثر صعوبة وموضحة بالشكل التالي:

لاحظ أن المكثف يكون مؤشراً من اليسار إلى اليمين برمز مكون من ثلاثة أرقام ثم حرف وبعد ذلك رقمين أو ثلاثة وتفسير هذه الرموز هو الآتي:

أول رقمين من اليسار هي السعة بالبيكوفاراد. الرقم الثالث هو معامل الضرب فإذا كان مثلا 2 فذلك يعني أن السعة مضروبة في 100 وإذا كان 3 فيعني أن السعة مضروبة في 1000 وهكذا


الحرف الذي يتبع الأرقام يحدد الدقة. فالحرف K يعني 10% أما الحرف M فيعني 20%


الرقمين أو الثلاثة أرقام التي تتبع الحرف تحدد الجهد الذي يعمل عنده المكثف.


مثال: مكثف مؤشر بالرمز التالي: 474K63 فماذا يعني ذلك ؟


هنا نجد أن أول رقمين من اليسار 47 أي 47 بيكوفاراد.


الرقم الثالث هو 4 فيكون معامل الضرب 10000 أي أن سعة المكثف هي 47 x 10000 = 470000 بيكوفاراد (هذا يساوي 0.47 مايكروفاراد)


الحرف الذي بعد الأرقام الثلاثة هو K أي أن دقة السعة هي 10 %


الرقمان 63 بعد الحرف K يحددان الجهد وفي هذا المثال الجهد = 63 فولت


نوع السيراميك


Ceramic Disk Type


هذا النوع يكون مؤشراً بعدة رموز تدل على سعة المكثف ودقته والجهد وكذلك معامل الحرارة كما هو موضح بالأمثلة في الشكل التالي

 

لاحظ أن وحدة السعة مثل مايكروفاراد أو بيكوفاراد لا تكون محددة. كيف إذاً نعرفها ؟ عادة إذا كان الرقم لا يحتوي على أرقام عشرية فتكون الوحدة بالبيكوفاراد أما إذا كان هناك أرقام عشرية مثل 0.1 أو 0.47 فالوحدة تكون بالمايكروفاراد.

أي طريقة أخرى نعاملها بالطريقة التي شرحناها سابقاً في نوع الغشاء البلاستيكي فمثلا إذا وجدنا الرقم 473 فهذا يعني 47 x 1000 بيكوفاراد أي 47 نانوفاراد




هناك أنواع أخرى لا تتبع الطرق التي ذكرناها ومنها الأمثلة التالية الموضحة بالشكل.