وظيفة الترانزستور و أهميته

 الترانزستورات هي أجهزة صغيرة مبنية على أشباه الموصلات التي أحدثت ثورة في الإلكترونيات. قد تكون كمكونات منفصلة أو كأجزاء من الدوائر المتكاملة (integrated circuit). يتم شرح وظيفة الترانزستور و أهميته. و أيضا ما هي استخداماته. و كيفية استخدامه كعاكس و كمفتاح و كمكبر. يمكنك الإطلاع على مقدمة لشرح تركيب الترانزستور و انواعه.

قبل البدء بشرح الدوائر يجب في الأول التعرف على كيفية توصيله

طرق توصيل الترانزستور

للترانزستور ثلاثة أطراف يتم توصيل مصدر الجهد فقط بطرفين. و بالتالي فإنه سيتم استخدام مصدرين للجهد و أيضا سيكون هناك طرفا مشترك في دائرتي المصدرين. بناء على منبع هذا الطرف تسمى الدائرة الناتجة: دائرة

• القاعدة المشتركة
• الباعث المشترك.
• المجمع المشترك

يتم دراسة طريقتان لتوصيل الترانزستور(npn) خلال منهج (فيزياء 3ث): 

دائرة القاعدة مشتركة : يوصل الباعث (E) مع القاعدة (B) توصيلا أماميا. بينما يوصل المجمع (C) مع القاعدة (B) توصيلا خلفيا. 

دائرة الباعث مشترك : يوصل الباعث (E) مع القطب السالب أما المجمع (C) بالقطب الموجب. بينما القاعدة قد توصل بجهد موجب أو سالب

وظائف الترانزستور

يتم عرض كل وظيفة من وظائف الترانزستور و أهميته. و هم بإختصار

• مكبر
• عاكس
• مفتاح

وظيفة الترانزستور npn

 يستخدم الترانزستور في الدوائر الإلكترونية كمفتاح كهربي حيث يعمل على تشغيل و إيقاف التيار الكهربي المار في الترانزيستور بين الباعث و المجمع معتمداً على جهد القاعدة. 

تتمتع الترانزستورات بالعديد من المزايا مقارنة بالمفاتيح الأخرى في إنها صغيرة  ورخيصة  ولا تحتوي على أجزاء متحركة وعمرها كبير جدا (حيث يمكن تشغيلها وإيقاف تشغيلها ملايين المرات في الثانية).

تستخدم هذه الدائرة في العديد من دوائر التحكم مع أجهزة مثل المقاومة الحرارية و الدايود الضوئي و الثرمستورات . و ذلك لاكتشاف التغيرات الصغيرة في شدة الضوء ودرجة الحرارة فتحدث تغير في تيار القاعدة  و بالتالي تتغير حالة الترانزستور من ON إلى OFF و العكس. 

كيف يعمل الترانزستور كمكبر

1. اسم الدائرة: دائرة الباعث المشترك
2. الأستخدام: الترانزستور كمكبر في مكبرات الصوت أو تقوية الإشارات.
3. الشرح: عند توصيل الباعث توصيل أمامي (الباعث من النوع السالب) تتنافر إلكترونات الباعث لاتصاله بالقطب السالب للبطاريتين لتتحرك تجاه المجمع. فإذا وضعت إشارة كهربية صغيرة في تيار القاعدة فإن تأثيرها يظهر مكبرا في التيار الكهربي الذي يصل المجمع. و يمكن حساب مقدار هذا التكبير.

نسبة التكبير 

• النسبة بين تيار المجمع I_C إلى تيار القاعدة I_B.
• رمزها  β_e
• تعطى من العلاقة
• أكبر من الواحد الصحيح.

الخلاصة

دائرة الباعث المشترك كمكبر على أنه إذا وضعت إشارة صغيرة في تيار القاعدة سوف تظهر تأثيرها مكبرا في تيار المجمع وهذا ما يسمى فعل الترانزستور. يمكن أن تؤدي الاختلافات الصغيرة في الإشارة المطبقة على القاعدة إلى اختلافات كبيرة في التيار الذي يتدفق عبر المجمع. يمكن تحويل الإشارة الضعيفة الملتقطة بواسطة هوائي الراديو على سبيل المثال ، إلى إشارة أكبر باستخدام مضخمات الترانزستور. يتم ذلك بشكل طبيعي في أجهزة الراديو وأجهزة التلفزيون ومكبرات الصوت. 

كيف يعمل الترانزستور كمفتاح

 الترانزستور يمكنه التحكم في حركة الإلكترونات في الدائرة فيعمل كعاكس أو مفتاح و كذلك يعمل كمكبر. 

• كيفية التوصيل: كما بالشكل (دائرة الباعث المشترك)
• اسم الدائرة: دائرة الباعث المشترك
• الإستخدام: الترانزستور كمفتاح في الدوائر الرقمية (البوابات المنطقية)

الشرح: يتم توصيل الترانزستور في الدائرة الكهربية بحيث يكون الباعث مشترك. وبذلك يكون : 

V_CC = V_CE + I_CR حيث : (V_CC) جهد البطارية (V_CE) فرق الجهد بين المجمع والباعث (I_C) تيار المجمع (R) مقاومة المجمع. 

إذا اعتبرنا أن القاعدة هي الدخل (input) والخرج هو تيار المجمع.

• فعندما توصيل القاعدة (B) بجهد موجب أو كبير  يمر تیار (I_C) كبير في المجمع أي أن  I_CR تكون كبيرة. و يكون الترانزيستور ON.
• فعندما توصيل القاعدة (B) بجهد سالب أو صغير  يكون تیار (I_C) صغير أي أن  I_CR تكون صغيرة. و يكون الترانزيستور OFF.

كيف يعمل الترانزستور كعاكس

نفس الدائرة السابقة و لكن

إذا اعتبرنا أن القاعدة هي الدخل (input) و V_CE هو الخرج (output):

• توصيل القاعدة (B) بجهد موجب أو كبير  يمر تیار (I_C) كبير في المجمع أي أن  I_CR تكون كبيرة. فيحدث نقص لقيمة (V_CE) نظرا لأن V_CC ثابت. فيكون الخرج صغيرا.
• عند توصيل القاعدة (B) بجهد سالب أو صغير يكون تیار (I_C) صغير أي أن  I_CR تكون صغيرة. و لأن V_CC ثابتة فيحدث زيادة لقيمة (V_CE) يكون الخرج كبيرا.

عندما يكون الدخل كبير يكون الخرج صغيرا وعندما يكون الدخل صغيرا يكون الخرج كبير. و بالتالي فإن فإنة يشكل بوابة العاكس و التي تقوم بالتبديل بين الحالة واحدة 1 أو الحالة صفر 0  التي تشكل اللغة الأساسية لأجهزة الكمبيوتر (النظام الثنائي) 

قوانين الترانزيستور

العلاقة بين التيارات هي

معامل التكبير β_e و نسبة التوزيع α_e

العلاقة بين معامل التكبير β_e و نسبة التوزيع α_e

دائرة الباعث المشترك

وظيفة الترانزستور pdf