ترانزیستور

ترانزیستور چیست؟

ترانزیستورها قطعات نیمه‌رسانای گسسته هستند که به‌سبب قابلیت تغییر بین دو حالت، می‌توانند به‌عنوان سوئیچ‌ها یا تقویت‌کننده‌ها در مدارهای الکترونیکی به‌ کار‌ روند. عملکرد ترانزیستور به‌ شکلی است که جریان الکتریکی را کنترل و مدیریت می‌کند. به همین‌ دلیل، استفاده از آن‌ها در تولید قطعات الکترونیکی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. از ترانزیستورها در اندازه‌های کوچک و انواع گسسته، می‌توان برای ساخت سوئیچ‌های الکترونیکی ساده، گیت‌های منطقی و مدارهای تقویت‌کننده سیگنال استفاده کرد. هزاران، میلیون‌ها و حتی میلیاردها ترانزیستور درکنار یکدیگر درون تراشه‌های کوچکی تعبیه می‌شوند و حافظه‌های رایانه، ریزپردازنده‌ها و سایر مدارهای مجتمع یا آی‌سی‌های پیچیده را تشکیل می‌دهند. ترانزیستورها بسته به ساختارشان به دو دسته اصلی پیوند دوقطبی BJT و اثر میدانی FET تقسیم می‌شوند که هر کدام با توجه به مشخصات فیزیکی و نحوه عملکرد، کاربردهای متفاوتی دارند.

ترانزیستور پیوندی دو قطبی

ترانزیستور پیوندی دوقطبی یا Bipolar Junction Transistor (BJT) نوعی از ترانزیستور است که در آن از الکترون‌ها و حفره‌ها به‌عنوان حامل بار استفاده می‌شود. در این نوع ترانزیستور برای کنترل جریان، از اعمال جریان استفاده می‌شود. این قطعه دارای سه پایه بیس (Base)، کلکتور (Collector) و امیتر (Emitter)، است. این نوع ترانزیستور با تغییر جریان ورودی (بیس)، جریان خروجی (کلکتور به امیتر) را کنترل می‌کند. ترتیب پایه‌های این نوع ترانزیستورها با هم متفاوت است و هنگام استفاده از آن‌ها باید مورد توجه قرار گیرد. ترانزیستورهای پیوندی دوقطبی به دو دسته PNP و NPN تقسیم می‌شوند. برای ساخت این ترانزیستورها معمولا از نیمه‌هادی‌های سیلیسیم و ژرمانیم استفاده می‌شود. با توجه به‌ این‌ که این گروه از انواع ترانزیستور بسیار در دسترس هستند، آن‌ها را در مدل‌ها و برای اهداف مختلف طراحی می‌کنند. کاربرد اصلی آن‌ها در مدارهای گسسته است و به‌ دلیل این‌ که نسبت به انواع ترانزیستورهای MOSFET، رسانایی بالاتر و خروجی بهتری دارند برای اهداف مرتبط با فرکانس بالا، مانند فرکانس رادیویی، تقویت‌کننده سیگنال‌های ضعیف، فتوسل مجاورتی فلزی و ...، مناسب‌تر هستند. جهت مشاهده انواع و قیمت‌های ترانزیستورهای پیوندی دوقطبی به صفحه خرید ترانزیستور BJT مراجعه نمایید.

ترانزیستور اثر میدانی

همه ترانزیستورها از طریق کنترل حرکت الکترون‌ها وظایف خود را انجام می‌دهند، اما مکانیسم عمل همگی آن‌ها یکسان نیست. ترانزیستور اثر میدانی یا Field Effect Transistors (FET) یکی از انواع ترانزیستور است که به‌وسیله میدان الکتریکی اعمال‌شده در سراسر محل اتصال، فرایند انتقال مقاومت را انجام می‌دهد. ترانزیستورهای FET نیز دارای سه ترمینال به نام‌های منبع (Source)، تخلیه (Drain) و گیت (Gate) هستند. این ترانزیستورها امروزه بسیار پرکاربرد هستند، زیرا به‌راحتی مجتمع می‌شوند و فضای کمتری اشغال می‌کنند. همچنین مصرف توان بسیار ناچیزی دارند. اگرچه مدارهای ساخته‌شده با این قطعات نسبت به BJTها پیچیده‌تر هستند و سرعت کمتری دارند، اما با توجه به اینکه هزینه ساخت آن‌ها کمتر است و فضای کمتری نیز اشغال می‌کنند، در فرایندهای ایجاد مدارهای مجتمع (IC) کاربرد گسترده‌ای دارند. البته نقطه‌کار این ترانزیستورها نسبت به دما حساس است و تغییر می‌کند؛ بنابراین بیشتر در سوئیچینگ به‌کار می‌روند. ترانزیستورهای FET یک مزیت اساسی نسبت به ترانزیستورهای پیوند دوقطبی مشابه خود دارند. امپدانس ورودی آن‌‌ها بسیار بزرگ است. بنابراین نسبت به سیگنال‌های ولتاژ ورودی بسیار حساس هستند. اما گاهی این حساسیت بالا دردسرساز می‌شود چون حتی با الکتریسیته ساکن بدن نیز تحریک می‌شوند و ممکن است به‌راحتی بسوزند. همچنین نسبت به نویز بسیار حساس هستند. دو نوع اصلی ترانزیستور اثر میدان وجود دارد:

ترانزیستور اثر میدان پیوندی (Junction Field Effect Transistor) یا JFET

ترانزیستور JFET اولین و ساده‌ترین نوع ترانزیستور اثر میدانی است که به عنوان کلید، تقویت‌کننده و مقاومت استفاده می‌شود. یک دستگاه کنترل ولتاژ است که نیاز به جریان بایاس ندارد. این قطعات در دو نوع N-Channel و P-Channel موجود هستند. نوع N-JFET نسبت به نوع P-JFET کاربرد بیشتری دارد. این نوع ترانزیستور نسبت به حرارت تا حدودی ناپایدار است و مقاومت ورودی آن در اثر گرما به مقدار زیادی کاهش می‌یابد. اما به‌هرحال در مقایسه با BJT، نسبت به دما پایداری بسیار بیشتری دارد. پیشنهاد می‌شود برای مشاهده انواع مختلف این نوع ترانزیستور و مقایسه پارامترهای معرف آن با BJTها به صفحه خرید ترانزیستور JFET مراجعه کنید.

ترانزیستور اثر میدان نیمه‌هادی اکسید فلز (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) یا MOSFET.

این قطعه، متداول‌ترین و محبوب‌ترین نوع در بین تمام ترانزیستورها است. ماسفت مزایای زیادی نسبت به BJT و JFET دارد. عمدتا امپدانس ورودی بالا و امپدانس خروجی کم را ارائه می‌دهد. به‌دلیل امپدانس ورودی و بهره بزرگ، اگر ماسفت‌ها با دقت حفاظت نشوند، الکتریسیته ساکن به‌راحتی به آن‌ها آسیب می‌رساند. ماسفت‌ها برای استفاده به‌عنوان کلیدهای الکترونیکی یا تقویت‌کننده‌های سورس مشترک گزینه‌های ایده‌آلی هستند؛ زیرا مصرف توان آن‌ها بسیار کم است. یکی از اساسی‌ترین مزیت‌های ماسفت نویز کمتر آن‌ها در مدار است. کاربردهای متداول ماسفت‌ها در ریزپردازنده‌ها، حافظه‌ها، گیت‌های منطقی CMOS و ... است. می‌توانید برای مشاهده خصوصیات این نوع ترانزیستورها به صفحه خرید ماسفت مراجعه کنید.

انواع دیگر ترانزیستورها

گاهی اوقات با ترکیب دو ترانزیستور مختلف باهم، قطعه جدیدی ساخته می‌شود که می‌تواند عملکرد متفاوتی ارائه دهد. معمولا در این شرایط مزایای دو ترانزیستور قبلی باهم ترکیب‌شده و قطعه ایده‌آل‌تری ساخته می‌شود. دو نمونه از معروف‌ترین آن‌ها ترانزیستور دوقطبی با گیت عایق یا (IGBT) و ترانزیستور دارلینگتون هستند.

ترانزیستور دوقطبی با گیت عایق یا (IGBT)

IGBT قطعه‌ای نیمه‌رساناست که عملکردی مابین ترانزیستور پیوند دوقطبی و ماسفت دارد. با توجه به اینکه بهترین بخش‌های دو ترانزیستور متداول BJT (ولتاژ اشباع پایین) و ماسفت (امپدانس ورودی بزرگ و سرعت سوئیچینگ بالا) را در ساختار خود دارد، قابلیت عملکرد در مقادیر بالای جریان با ولتاژ گیت تقریبا صفر را داراست. این قطعات به‌طورگسترده در کاربردهای الکترونیک قدرت مانند اینورترها، مبدل‌ها و منابع تغذیه که به قطعات سوئیچینگ نیاز داشته و ماسفت‌ها و BJTها در آن‌جا کارایی لازم را ندارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. به‌طورکلی مزایای استفاده از IGBTها نسبت به سایر ترانزیستورها، قابلیت کار در ولتاژ بالا، مقاومت هدایت پایین، سادگی راه‌اندازی، سرعت سوئیچینگ نسبتا بالا و راه‌انداز گیت صفر است. می‌توانید برای انتخاب IGBT مورد نیازتان و مقایسه خصوصیات آن با ترانزیستورهای معمول BJT و ماسفت به صفحه خرید ترانزیستور IGBT مراجعه کنید.

ترانزیستور دارلینگتون

ترانزیستور دارلینگتون که به زوج دارلینگتون نیز معروف است، آرایش ویژه‌ای از دو ترانزیستور پیوند دوقطبی یکسان است که در آن امیتر یک ترانزیستور به بیس ترانزیستور دیگر متصل شده‌ است. این عمل یک ترانزیستور حساس‌تر می‌سازد که بهره جریان بیشتری دارد و در کاربردهای تقویت و سوئیچینگ جریان مفید است. آرایش دیگری از زوج دارلینگتون تحت عنوان زوج زیکلای وجود دارد که به‌جای استفاده از یک نوع ترانزیستور NPN یا PNP از هر دوی آن‌ها به‌صورت ترکیبی استفاده می‌کند و بنابراین عملکرد زوج دارلینگتون را بهبود می‌بخشد. برای مشاهده انواع مختلف این ترانزیستور و خرید نمونه مورد نیازتان به صفحه خرید Darlington Transistor مراجعه کنید.

مزایای استفاده از ترانزیستور

استفاده از ترانزیستورها در مدارهای الکتریکی مزایای بسیاری دارد که از مهمترین آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

اندازه کوچک و بهینه‌سازی فضای اشغال شده

ترانزیستورها برخلاف لوله‌های خلاء قطعات نیمه‌رسانای کوچکی هستند که روی یک چیپ سیلیکونی قرار دارند و به همین دلیل امکان ساخت بردهای الکترونیکی با تراکم بالا و دستگاه‌های کوچکتر را فراهم می‌کنند. امروزه با پیشرفت تکنولوژی اندازه ترانزیستورها نسبت به قبل کوچکتر شده است و بنابراین تولیدکنندگان موفق شده‌اند که گجت‌هایی با عملکرد و قدرت بیشتر در اندازه‌های کوچکتر تولید کنند. می‌توان گفت این اندازه کوچک ترانزیستورها برای الکترونیک مدرن که حتی یک میلی‌متر فضا هم اهمیت دارد نقش حیاتی ایفا می‌کند.

مصرف بهینه انرژی و سوئیچینگ سریع

ترانزیستورها در مقایسه با قطعات قدیمی‌تر مثل لوله‌های خلاء سرعت و قدرت عملکرد بالاتر و درعین‌حال مصرف انرژی کمتری دارند. این مصرف بهینه انرژی برای کاربردهای مبتنی‌بر باتری بسیار حیاتی است چراکه عمر مفید باتری را افزایش می‌دهند و نیاز به شارژ مجدد باتری کاهش می‌یابد. درضمن به‌طور کلی به صرفه‌جویی در مصرف برق و هزینه‌های ناشی از آن کمک می‌کنند. همچنین، ترانزیستورها به سرعت خاموش و روشن می‌شوند که برای کاربردهایی مثل امپلی‌فایرهای صوتی، مدارهای منطقی دیجیتال و میکروپروسسورها اهمیت بالایی دارد. در حقیقت ترانزیستورها با کاهش تاخیرها عملکرد کلی سیستم را بهبود می‌بخشند و با فراهم کردن امکان پردازش سریع داده‌ها، برای برنامه‌ها و دستگاه‌هایی که نیاز به سرعت بالا دارند بسیار مفید هستند.

پایداری و عمر طولانی

ترانزیستورها قطعاتی قابل اعتماد با پایداری بالا و عمر زیاد هستند که منجر به استفاده طولانی‌مدت و پایداری در عملکرد دستگاه‌ها می‌شوند. این قطعات در برابر شرایط مختلف محیطی مانند دما، فشار و… مقاومت خوبی دارند. از نظر مکانیکی نسبت به تیوب‌های خلاء بسیار محکم و قوی هستند. همچنین با توجه به اینکه میزان گرمایی که در حین فعالیت تولید می‌کنند نسبت به لوله‌های خلاء بسیار ناچیز است به پایداری سیستم بخصوص برای کاربردهای حساس کمک بسیاری می‌کنند. باید توجه داشت که ترانزیستورها برای شروع به کار نیازی به گرم شدن ندارند.

البته باید توجه داشت که این قطعات نسبت به تیوب‌های خلاء در برابر اضافه بار و افزایش ولتاژ تحمل کمتری دارند، تعمیر و نگه‌داری آن‍ها بسیار دشوار است و به‌راحتی نمی‌توان آن‌ها را تعویض کرد.

نکات کلیدی هنگام خرید ترانزیستور

هنگام خرید ترانزیستور باید به چند نکته کلیدی توجه کنید تا بتوانید بهترین انتخاب، مناسب نیازتان را داشته باشید. نکاتی چون نوع پروژه، مشخصات فنی و تنظیمات ترانزیستور، پارامترهای کلیدی، شرکت سازنده و قیمت نهایی آن می‌تواند به شما در انتخاب قطعه مناسب کمک کند.

نوع پروژه

نقشی که ترانزیستور قرار است در پروژه شما بازی کند را مشخص کنید. انتخاب درست نوع و مشخصات ترانزیستور تنها پس از تایید نقشی که در مدار ایفا می‌کند امکان‌پذیر است. برای مثال، اگر به سرعت سوئیچینگ بالا نیاز دارید، MOSFET یا IGBT انتخاب مناسبی است.

مشخصات فنی ترانزیستور

باید مشخصات فنی ترانزیستور مورد نیاز خود را دقیقاً بدانید. از جمله این مشخصات می‌توان به ولتاژ کاری، جریان ماکزیمم، توان تحملی، فرکانس عملکرد و سرعت سوئیچینگ اشاره کرد. این اطلاعات به شما کمک می‌کند تا ترانزیستوری را انتخاب کنید که به خوبی با مدار و کاربرد مورد نظر شما سازگار باشد.

کیفیت و برند ترانزیستور

کیفیت ترانزیستور نقش مهمی در عملکرد و دوام آن دارد. برندهای معتبر و شناخته شده معمولاً محصولات با کیفیت‌تری ارائه می‌دهند. از برندهای معروف و معتبر در بازار می‌توان به Texas Instruments، ON Semiconductor و Fairchild اشاره کرد. یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های خرید ترانزیستور، وجود نمونه‌های تقلبی در بازار است. این قطعات ممکن است کارایی لازم را نداشته باشند و حتی به مدار آسیب بزنند. برای جلوگیری از خرید ترانزیستور تقلبی، از تأمین‌کنندگان معتبر و قابل اطمینان خرید کنید. فروشگاه‌های معتبری مثل مجموعه بای بست الکترونیک معمولاً گارانتی و خدمات پس از فروش ارائه می‌دهند.

خرید ترانزیستور از بای بست الکترونیک

یکی از ساده‌ترین روش‌های انتخاب و خرید مناسب‌ترین نمونه ترانزیستور برای پروژه مورد نظرتان، کمک گرفتن از سایت بای بست الکترونیک است. شما می‌توانید با درنظر گرفتن نکات ذکر شده، ترانزیستور انتخابی خود را از بین انبوهی از مدل‌ها و سری‌های موجود یافته و در سبد خریدتان قرار دهید. علاوه‌براین اگر به قطعات دیگری نیز برای توسعه پروژه‌تان نیاز داشتید، کافیست با جستجوی پارت نامبر یا نام قطعه در وب‌سایت آن را یافته و به سبد خریدتان اضافه کنید. در صورت ناموجود بودن قطعه نیز می‌توانید با مراجعه به صفحه واردات قطعات الکترونیک به راحتی و به‌صورت رایگان درخواست استعلام و ثبت سفارش نمایید تا کارشناسان ما آن را برای شما تهیه کنند. ضمنا با روش‌های مختلف ارسالی که به شما پیشنهاد می‌کنیم، دیگر نیازی به انتظار زیاد برای دریافت قطعه و توسعه پروژه مد نظرتان نخواهید داشت.