ترانزیستور اثر میدانی
فصل اول
مشخصات JFET
1ـ1 مقدمه
ترانزیستور اثر میدانی (یا به اختصار FET) قطعهای سه پایانه است که در موارد بسیاری بکار میرود و در مقیاس وسیعی با ترانزیستور BJT رقابت میکند. اگرچه اختلافات مهمی بین این دو نوع قطعه وجود دارد اما تشابه بسیاری نیز بین آنها وجود دارد که در بخشهای بعد به آن اشاره خواهد شد.
اختلاف نخست بین او دو نوع ترانزیستور در آن است که ترانزیستور BJT همانگونه که در شکل (الف 1ـ1) نشان داده شد یک قطعه کنترل جریان است، در حالیکه ترانزیستور JFET همانگونه که در شکل (ب 1ـ1) دیده میشود یک قطعه کنترل ولتاژ است. به بیان دیگر، جریان IC در شکل (الف 1ـ1) تابع مستقیم مقدار IB است. در FET جریان I تابعی از ولتاژ VGS است که مطابق شکل (ب 1ـ1) به ورودی مدار اعمال میشود. در هر حالت جریان مدار خروجی با یک پارامتر ورودی کنترل میشود. در یک حالت بوسیله جریان و در دیگری بوسیله ولتاژ اعمال شده.
شکل (1ـ1) (الف) تقویت کننده کنترل جریان (ب) تقویت کننده کنترل ولتاژ
درست مانند ترانزیستورهای npn و pnp قطبی، ترانزیستورهای اثر میدانی نیز از دو نوع کانال n و کانال p هستند. از اینرو، مهم است به خاطر داشته باشید که ترانزیستور BJT یک قطعه دو قطبی (bipolar) است. یعنی میزان هدایت در آن تابع دو نوع حامل است: الکترونها و حفرهها. FET قطعهای تکقطبی است که فقط به هدایت اکلترون در (کانال n) و یا حفره (کانال p) وابسته است.
عبارت «اثر میدانی در نام این ترانزیستور با خود توضیحاتی را بهمراه دارد. ما همه با توانایی یک مغناطیس دائمی آشنا هستیم که برادههای فلزی را بدون تماس واقعی به سوی خود میکشد. میدان مغناطیسی یک مغناطیس دائمی برادههای آهن را در امتداد خطوط شار مغناطیسی جذب میکند. در FET، بوسیله بارهای آن میدان الکتریکی بوجود میآید که مسیر هدایت جریان خروجی را کنترل میکند بدون تماس مستقیم بین کنترل کننده و کمیتهای کنترل شونده.
این تمایل طبیعی است که دومین قطعه را با تعدادی از کاربردهای مشابه قطعه اول معرفی کرده و برخی مشخصههای آن را با هم مقایسه کنیم. یکی از مهمترین شاخصهای FET، امپدانس ورودی زیاد آن است. مقاومت ورودی آن در اندازههای 1 تا چند صد مگااهم از مقاومت ورودی ترانزیستور BJT بیشتر میشود. و این شاخصهای است که در طراحی سیستمهای تقویت ac خطی بسیار مهم است. به به عبارت دیگر، با ولتاژ اعمال شده یکسان تغییر در جریان خروجی معمولاً برای BJT بیشتر از FETها است. به همین دلیل، معمولاً بهره ولتاژ ac تقویت کنندههای BJT خیلی بیشتر از FETهاست. بطور کلی، FETها در مقابل حرارت با ثباتتر از BJTها هستند. FETها معمولاً از نظر ساختمان از BJTها کوچکترند و این امر بطور ویژه کاربردشان را در تراشههای مدار مجتمع (آیسی) کارآمد میسازد. مشخصههای ساختمان برخی FETها در بکارگیری آنها بسیار موثر است.
دو نوع FET در این فصل معرفی میشود: ترانزیستور اثر میدانی پیوندی (JFET) و ترانزیستور اثر میدانی اکسید فلز (MOS-FET)، دسته MOSFET خود به دو نوع تهی و افزایشی تقسیم میشوند که هر دو نوع آن شرح داده میشوند. ترانزیستور MOSFET یکی از مهمترین قطعات مورد استفاده در طراحی و ساخت مدارهای مجتمع کامپیوترهاست. ثبات حرارتی، و دیگر مشخصههای اصلی آنها، کاربردشان را در طراحی مدارهای کامپیوتری متداول ساخته است.
2ـ1ـ ساختمان و مشخصههای JFETها
همانگونه که پیش از این نشان داده شد، JFET یک قطعه سه پایانه است که یک پایانه آن قادر است جریان بین دو پایانه دیگر را کنترل کند. در ترانزیستور JFET، قطعة با کانال n به مثابه قطعه اصلی و مهم به تفصیل شرح داده خواهد شد ولی بخشهایی برای توضیح JFET کانال p نیز اختصاص خواهد داشت.
ساختمان اصلی JFET کانال n در شکل (2ـ1) نشان داده شده است. توجه کنید که قسمت اصلی ساختمان JFET را ماده کانال n تشکیل میدهد که لایههای ماده نوع P در طرفین آن جای داده شده است. قسمت فوقانی کانال n بوسیله یک اتصال اهمی به پایانهای به نام درین (D) متصل است. دو ماده نوع p به یکدیگر و به پایانهای موسوم به گیت (G) وصل است. بنابراین، اساساً درین و سورس به دو انتهای کانال نوع n و گیت به دو لایه نوع p وصل میشود. در نبودن یک پتانسیل و تغذیه نشدن، JFET دارای دو پیوند p-n است. در نتیجه یک ناحیه تهی مطابق شکل (2ـ1) در هر پیوند بوجود میآید که به ناحیه مشابه آن در دیود بدون ولتاژ شباهت دارد. به یاد داشته باشید که ناحیه تهی، ناحیهای است خالی از حاملهای آزاد و بنابراین ناتوان از هدایت در این ناحیه.
مثالهای مکانیکی بندرت درست هستند و اغلب گمراه کنندهاند، اما در شکل (3ـ1) نحوه کنترل گیت FET را و علت نامگذاری پایانههای این قطعه نشان داده شده است. فشار منبع آب به ولتاژ اعمال شده از درین به سورس تشبیه شده است که جریان آب (الکترونها) را از طریق توپی (سورس) ایجاد میکند. گیت از طریق سیگنال اعمال شده (پتانسیل)، جریان آب (بار) را به «درین» کنترل میکند. مطابق شکل (2ـ1) پایانههای درین و سورس در دو انتهای کانال n قرار گرفتهاند.
word: نوع فایل
سایز: 1.32 MB
تعداد صفحه:85
ترانزیستور
12.1 مقدمه
در فصل گذشته با ساختمان اتمی کریستالهای نیمه هادی و اتصال PN آشنا شدیم. در این فصل به مطالعه یکی دیگر از قطعات مهم اکترونیکی یعنی ترانزیستور میپردازیم. در ترانزیستور پیوندی هم الکترونها و هم حفرهها در ایجاد جریان دخالت دارند. بدین لحاظ این نوع ترانزیستور را پیوندی دو قطبی BJT (Bipolar Junction Transistor) مینامند. در بخش اول این فصل به بررسی ساختمان ترانزیستور میپردازیم و بخشهای بعدی را به عملکرد ترانزیستور در مدارات تقویت کننده اختصاص خواهیم داد.
12.2 ساختمان ترانزیستور
یک ترانزیستور پیوندی از سه کریستال نیمه هادی نوع N و P که در کنار هم قرار میگیرند، تشکیل شده است. با توجه به نحوه قرار گرفتن نیمههادیها در کنار هم ترانزیستور به دو صورت NPN و PNP خواهند بود. در شکب 12.1 ترانزیستورهای PNP و NPN بطور شماتیک نشان داده شده است. در مدارات الکترونیکی ترانزیستورهای NPN و PNP را با علامت اختصاری شکل 12.2 نمایش میدهد. پایههای خروجی ترانزیستور به ترتیب امیتر (منتشر کننده)، بیس (پایه) و کلکتور (جمع کننده) نام دارد. امیتر (Emiter) را با حرف E، بیس (Base) را با حرف B و کلکتور (Collector) را با حرف C نشان میدهند.
شکل 12.1 نمایش شماتیک ساختمان ترانزیستور
12.3 تغذیه (بایاسینگ) ترانزیستور
برای اینکه بتوان از ترانزیستور به عنوان تقویت کننده استفاده نمود، ابتدا باید ترانزیستور را از نظر ولتاژ dc تغذیه نمود. عمل تغذیه ولتاژ پایههای ترانزیستور را بایاسینگ مینامند. برای درک این مطالب ترانزیستور بایاس شده شکل 12.3 را مورد مطالعه قرار میدهیم. این نحوه بایاتس ترانزیستور را اصطلاحاً بایاس در ناحیه فعال مینامند. در اکثر تقویت کنندههای خطی ترانزیستور در ناحیه فعال بایاس میشود. در ناحیه فعال اتصال بیس ـ امیتر به صورت مستقیم و اتصال کلکتور ـ بیس به صورت معکوس بایاس میگردد. برای اینکه بتوانیم از ترانزیستور به عنوان تقویت کننده سیگنالهای الکتریکی و یا .... استفاده کنیم، باید ترانزیستور را با ولتاژ dc تغذیه نمود. در هرحالت، ولتاژهایی که به قسمتهای مختلف ترانزیستور باید اعمال شود، فرق میکند. ولتاژی که بین پایههای بیس و امیتر قرار میگیرد، با VBE نشان میدهند و مقدار آن برابر 7/0 ولت میباشد. ولتاژی که در قسمت کلکتور ـ بیس قرار میگیرد با VCB، ولتاژی که بین کلکتور ـ امیتر وصل میشود با VCE نشان میدهیم. شکل 12.4 ولتاژهای قسمتهای مختلف ترانزیستور را نشان میدهد.
word: نوع فایل
سایز:2.57 MB
تعداد صفحه:14
ترانزیستور چیست؟
چکیده مقاله
ترانزیستور در سال 1947 در آزمایشگاه های بل هنگام تحقیق برای تقویت کننده های بهتر و یافتن جایگزینی بهتر برای رله های مکانیکی اختراع شد.لوله های خلاء، صوت و موسیقی را در نیمه اول قرن بیستم تقویت کرده بودنداما توان زیادی مصرف می کردند و سریعا می سوختند .
ترانزیستور چیست؟
ترانزیستور در سال 1947 در آزمایشگاه های بل هنگام تحقیق برای تقویت کننده های بهتر و یافتن جایگزینی بهتر برای رله های مکانیکی اختراع شد.لوله های خلاء، صوت و موسیقی را در نیمه اول قرن بیستم تقویت کرده بودنداما توان زیادی مصرف می کردند و سریعا می سوختند . شبکه های تلفن نیز به صد ها هزار رله مکانیکی برای اتصال مدارات به همدیگر نیاز داشتند تا شبکه بتواند سر پا بایستد و چون این رله های مکانیکی بودند لازم بود برای عملکرد مطلوب همیشه تمیز باشند .در نتیجه نگه داری و سرویس آنها مشکل و پر هزینه بود.
با ظهور ترانزیستور قیمت ها نسبت به زمان استفاده از لامپ خلاء شکسته شد و بهبودی زیادی در کیفیت شبکه های تلفن حاصل گردید.
ترانزیستور چگونه کار می کند؟
ترانزیستور کاربرد های زیادی دارد اما دو کاربرد پایه ای آن به عنوان سوئیچ و استفاده در مدولاسیون است که کاربرد دومی بیشتر به عنوان تقوت کننده مورد نظر است.
این دو کاربرد ترانزیستور را می توان اینگونه توضیح داد :
سوئیچ همان کلید است مثل کلید چراغ خواب اتاقتان .دارای دو حالت روشن و خاموش است با قرار دادن کلید در حالت روشن چراغ اتاقتان روشن می شود و با قراردادن کلید در حالت خاموش چراغ خاموش می شود . بله به همین سادگی ! کاربرد ترانزیستور هم به عنوان سوئیچ به همن صورت است.
اما کاربرد تقویت کنندگی آن را می توان بدین صورت توضیح داد :
چراغ خواب نور کمی دارد اما اگر بتوان این نور را چنان زیاد کرد که تمام اتاق را روشن کند آنوقت عمل تقویت کنندگی صورت گرفته است.
فرق بین سوئیچینگ به وسیله ترانزیستور و به وسیله کلید برق! سرعت بسیار زیاد ترانزیستور است که می توان گاهی آن را در مقایسه با کلید آنی در نظر گرفت(صد ها هزار برابر و شاید میلیونها بار سریعتر).و اینکه ترانزیستور را می توان به دیگر منابع الکترونیکی متصل کرد مثلا به میکروفن به منبع سیگنال و حتی به یک ترانزیستور دیگر ....
ترانزیستور از عناصری به نام نیمه هادی مانند سیلیکون و ژرمانیوم ساخته می شود نیمه هادی ها جریان الکتریسیته را نسبتا خوب( – اما نه به اندازه ای خوب که رسانا خوانده شوند مانند مس و آلومنیوم و تقریبا بد اما نه به اندازه ای که عایق نامگذاری شوند مانند شیشه) هدایت می کنند به همین دلیل به آنها نیمه هادی می گویند.
عمل جادویی که ترانزیستور می تواند انجام دهد اینست که می تواند مقدار هادی بودن خود را تغییر دهد . هنگامی که لازم است یک هادی باشد می تواند هدایت خوبی دشته باشد و هنگامی که لازم است تا به عنوان عایق عمل کند جریان بسیار کمی را از خود عبور می دهد که می توان آن را ناچیز شمرد.
نیمه هادی ها در مقابل الکتریسیته عملکرد جالبی دارند یک قطعه از یک عنصر نیمه هادی را بین دو قطع از یک عنصر نیمه هادی دیگر قرار دهید.جریان کم قطعه وسطی قادر است که جریان دو قطعه ی دیگر را کنترل کند. جریان کمی که از قطعه ی وسطی می گذرد برای مثال می تواند یک موج رادیوئی یا جریان خروجی از یک ترانزیستور دیگر باشد .حتی اگر جریان ورودی بسیار ضعیف هم باشد( مثلا یک سیگنال رادیوئی که مسافت زیادی را طی کرده و از رمق افتاده است!) ترانزیستور می تواند جریان قوی مدار دیگری را که به آن وصل است کنترل کند. به زبان ساده ترانزیستور رفتار جریان خروجی از روی رفتار جریان ورودی تقلید می کند.نتیجه می تواند یک سیگنال تقوت شده و پرتوان رادیوئی باشد.
word: نوع فایل
سایز:45.6 KB
تعداد صفحه:10
کاربرد ترانزیستور
کاربرد
ترانزیستور هم در مدارات الکترونیک آنالوگ و هم در مدارات الکترونیک دیجیتال کاربردهای بسیار وسیعی دارد. در آنالوگ میتوان از آن به عنوان تقویت کننده یا تنظیم کننده ولتاژ (رگولاتور) و ... استفاده کرد. کاربرد ترانزیستور در الکترونیک دیجیتال شامل مواردی مانند پیاده سازی مدار منطقی، حافظه، سوئیچ کردن و ... میشود.به جرات می توان گفت که ترانزیستور قلب تپنده الکترونیک است.
عملکرد
ترانزیستور از دیدگاه مداری یک عنصر سهپایه میباشد که با اعمال یک سیگنال به یکی از پایههای آن میزان جریان عبور کننده از دو پایه دیگر آن را میتوان تنظیم کرد. برای عملکرد صحیح ترانزیستور در مدار باید توسط المانهای دیگر مانند مقاومتها و ... جریانها و ولتاژهای لازم را برای آن فراهم کرد و یا اصطلاحاً آن را بایاس کرد.
انواع
دو دسته مهم از ترانزیستورها BJT (ترانزیستور دوقطبی پیوندی) (Bypolar Junction Transistors) و FET (ترانزیستور اثر میدانی) (Field Effect Transistors) هستند. FET ها نیز خود به دو دستهٔ Jfetها (Junction Field Effect Transistors) و MOSFETها (Metal Oxide SemiConductor Field Effect Transistor) تقسیم میشوند.
ترانزیستور دوقطبی پیوندی
در ترانزیستور دو قطبی پیوندی با اعمال یک جریان به پایه بیس جریان عبوری از دو پایه کلکتور و امیتر کنترل میشود. ترانزیستورهای دوقطبی پیوندی در دونوع npn و pnp ساخته میشوند. بسته به حالت بایاس این ترانزیستورها ممکن است در ناحیه قطع، فعال و یا اشباع کار کنند. سرعت بالای این ترانزیستورها و بعضی قابلتهای دیگر باعث شده که هنوز هم از آنها در بعضی مدارات خاص استفاده شود.
word: نوع فایل
سایز:15.2 KB
تعداد صفحه:7
اختراع ترانزیستور
ترانزیستور
علم الکترونیک با اختراع ترانزیستور وارد فاز جدیدی از تحقیق و اختراع شد .هر روز اخباری را مبنی بر اختراعات جدید در زمینه الکترونیک می شنویم که مطمئنا در کالبد شکافی این اختراعات به نقش پر اهمیت ترانزیستور پی خواهیم برد .
ترانزیستور یک قطعه سه پایه است که ساختار فیزیکی آن بر اساس عملکرد نیمه هادی ها می باشد.ترانزیستور را از دو نوع نیمه هادی با نام سلسیوم و ژرمانیوم می سازند.عموما در یک تقسیم بندی ترانزیستور ها را به دو دسته ترانزیستور های BJT و FET تقسیم می کنند . ترانزیستور های BJT با نام ترانزیستور های پیوند دو قطبی و ترانزیستور های FET با نام ترانزیستور های اثر میدان شناخته شده¬اند.FETها دارای سرعت سوئیچینگ کمتر از BJT هستند .
معمولا ترانزیستور را با دو دیود مدل سازی می کنند از این مدل برای تشخیص سالم بودن ترانزیستور استفاده می کنند.عملکرد ترانزیستور هابه عنوان یک طبقه در مدار بستگی به نظر طراح دارد اما در صورتی که ترانزیستور را یک جعبه سیاه در نظر بگیریم که دارای دو ورودی و دو خروجی است با توجه به اینکه ترانزیستور دارای سه پایه است باید یکی از پایه ها را به عنوان پایه مشترک بین ورودی و خروجی در نظر بگیریم. این پایه مشترک اساس آرایش های مختلف ترانزیستور است .یکی از پایه های ترانزیستور با نام Base و پایه دیگر با نام امیتر (تزریق کننده) و پایه آخر با نام کالکتور (جمع کننده ) شناخته شده است . بسته به اینکه کدامیک از پایه های مذکور به عنوان پایه مشترک در نظر گرفته شود آرایش های بیس مشترکCommon Base – کالکتور مشترکCommon Collector- امیتر مشترک Common Emitter – ممکن خواهد بود.
هر کدام از این آرایش ها دارای یک خصوصیت خواهند بود که متفاوت با دیگر آرایش ها است مثلا امیتر مشترک دارای بهره توان بسیار زیاد است و یا بهره ولتاژ بیس مشترک زیاد است و...
ترانزیستور در هر مداری می تواند متفاوت از قبل ظاهر شود- منبع ولتاژ یا منبع جریان و یا تقویت کننده ولتاژ و ....- این تفاوت را المانهای همراه ترانزیستور که اکثرا مقاومت و خازن(دیود و...) هستند تعیین می کنند نحوه قرار گیری این المانها به همراه ترانزیستور و منبع تغذیه را بایاس ترانزیستور گویند.در مدار های بایاس برای ترانزیستور یک ولتاژ مثبت به همراه زمین یا یک ولتاژ مثبت به همراه ولتاژ منفی را برای ترانزیستور بسته به کاربرد در نظر می گیرند .
عملکرد ترانزیستور ها(BJT) در سه ناحیه تعریف می شود . 1-ناحیه قطع 2- ناحیه فعال 3- ناحیه اشباع
این سه ناحیه بر اساس بایاس پایه های ترانزیستور و ولتاژ آن ها تعریف می شود .
word: نوع فایل
سایز:45.6 KB
تعداد صفحه:23
ترانزیستور
ترانزیستور را معمولاً به عنوان یکی از قطعات الکترونیک میشناسند. ترانزیستور یکی از ادوات حالت جامد است که از مواد نیمه رسانایی مانند سیلیسیم (سیلیکان) ساخته میشود.
تاریخچه :
سه نفر از دانشمندان لابراتوارهای بل در صدد کشف چیزی بودند که به جای لامپ رادیو به کار برند ولی کوچکتر و محکمتر باشد برق کمتری مصرف کند و دوام بیشتری داشته باشد و برر اثر کار زیاد نسوزد که ناگهان ترانزیستور را کشف کردند که تمام این خصوصیات را به علاوه مزایای بیشتری دارا است.
در 30 ژوئن 1948 دکتر جان باردین و والد براتاین دانشمندان آزمایشگاه تحقیقاتی شرکت بل، واقع در نیویورک خبر اختراع خود را به عموم جهان رساندند. این اختراع ترانزیستور نام گرفت.
یک ترانزیستور که بزرگتر از یک عدس نیست تقریباْ قادر است هر کاری را که لامپهای خلاء انجام میدادند، انجام دهد. به علاوه کارهایی را هم که این لامپها قادر به انجام آن نبودند انجام میدهد. به مرور زمان ترانزیستور جای لامپهای خلاء را گرفت. درست مثل اتومبیل که جای گاریهای قدیمی و اسبی را گرفت.
اگر چه ترانزیستور می تواند کارهای لامپ خلاء را انجام دهد، اما اصلاْ شباهتی به آن ندارد. نه کاتدی دارد و نه شبکه و صفحه ای حتی شکل ظاهری آن هم با لامپ خلاء کاملاْ متفاوت است. ترانزیستور یک وسیله یک سو کننده و نوسان ساز بسیار عالی است و رل مهمی در تمامی صنایع جدید به عهده دارد. ترانزیستور بدون آنکه نیازی به گرم شدن داشته باشد به محض برقراری اتصال و ولتاژ شروع به کار می کند. جریان مصرفی آن، یک هزارم جریان مصرفی لامپ معمولی است. به همین دلیل بسیار ارزانتر و استفاده از آْن سادهتر است.
ترانزیستور و مدار کوچک یکپارچه این امکان را به وجود آورد که رادیوهای کوچک جیبی و تلویزیونهای کوچکتر با تصویر بزرگتر ساخته شود. یک صنعت کاملا جدید پا به عرصه وجود گاشت. امروز از برکت دستگاه تنظیم قلب که با ترانزیستور کار می کند قلب بسیاری از بیماران به حال عادی می طپد. نابینایان با کمک دستگاههای ترانزیستوری می توانند موانع را ببینند نوار قلبی بیمار بستری را به وسیله تلفن به کارشناس قبل در هر نقطه دنیا که باشد می فرستند. هواپیماهای جت با سیستم هدایت سبک وزنی مجهز هستند و بالاخره همین مدار بسته یکپارچه است که امکانات سفر بشر به ماه را فراهم نمود.
word: نوع فایل
سایز:32.8 KB
تعداد صفحه:26
توضیحات : نیمه هادی ها عناصری هستند که از لحاظ هدایت، ما بین هادی و عایق قرار دارند، و مدار آخر نیمه هادی ها، دارای 4 الکترون می zwnj;باشد. ژرمانیم و سیلیکون دو عنصری هستند که خاصیت نیمه هادی ها را دارا می zwnj;باشند و به دلیل داشتن شرایط فیزیکی خوب، برای ساخت نیمه هادی دیود ...
این مقاله به بررسی اثر ضخامت گیت ترانزیستور گیت شناور در بهبود حساسیت دزمترهای اشعه ی گاما توان پایین می پردازد ...
ترانزیستورها از قطعات مهم و اساسی در الکترونیک هستند و سهم بسزایی در پیشرفت الکترونیک تا به امروز داشته اند. ترانزیستور در سال 1947 در آزمایشگاه های بل هنگام تحقیق برای تقویت کننده های بهتر و یافتن جایگزینی بهتر برای رله های مکانیکی اختراع شد.لوله های خلاء، صوت و موسیقی را در ...
ترانزیستور چیست؟ ترانزیستور در سال 1947 در آزمایشگاه های بل هنگام تحقیق برای تقویت کننده های بهتر و یافتن جایگزینی بهتر برای رله های مکانیکی اختراع شد.لوله های خلاء، صوت و موسیقی را در نیمه اول قرن بیستم تقویت کرده بودنداما توان زیادی مصرف می کردند و سریعا می سوختند . شبکه های ...