ترانزیستور pnp و npn

بصورت استاندارد دو نوع ترانزیستور بصورت PNP و NPN داریم. انتخاب نامه آنها به نحوه کنار هم قرار گرفتن لایه های نیمه هادی و پلاریته آنها بستگی دارد. هر چند در اوایل ساخت این وسیله الکترونیکی و جایگزینی آن با لامپهای خلاء، ترانزستورها اغلب از جنس ژرمانیم و بصورت PNP ساخته می شدند اما محدودیت های ساخت و فن آوری از یکطرف و تفاوت بهره دریافتی از طرف دیگر، سازندگان را مجبور کرد که بعدها بیشتر از نیمه هادیی از جنس سیلیکون و با پلاریته NPN برای ساخت ترانزیستور استفاده کنند. تفاوت خاصی در عملکرد این دو نمونه وجود ندارد و این بدان معنی نیست که ترانزیستور ژرمانیم با پلاریته NPN یا سیلیکون با پلاریته PNP وجود ندارد.

نماد و شماتیک پیوندها در ترانزیستورها

برای هریک از لایه های نیمه هادی که در یک ترانزیستور وجود دارد یک پایه در نظر گرفته شده است که ارتباط مدار بیرونی را به نیمه هادی ها میسر می سازد. این پایه ها به نامهای Base (پایه) ، Collector (جمع کننده) و Emitter (منتشر کننده) مشخص می شوند. اگر به ساختار لایه ای یک ترانزیستور دقت کنیم بنظر تفاوت خاصی میان Collector و Emitter دیده نمی شود اما واقعیت اینگونه نیست. چرا که ضخامت و بزرگی لایه Collector به مراتب از Emitter بزرگتر است و این عملا" باعث می شود که این دو لایه با وجود تشابه پلاریته ای که دارند با یکدیگر تفاوت داشته باشند. با وجود این معمولا" در شکل ها برای سهولت این دو لایه را بصورت یکسان در نظر میگیردند.

نمای واقعی تری از پیوندها در یک ترانزیستور که تفاوت

کلکتور و امیتر را بوضوح نشان می دهد.

بدون آنکه در این مطلب قصد بررسی دقیق نحوه کار یک ترانزیستور را داشته باشیم، قصد داریم ساده ترین مداری که می توان با یک ترانزیستور تهیه کرد را به شما معرفی کرده و کاربرد آنرا برای شما شرح دهیم. به شکل زیر نگاه کنید.

بطور جداگانه بین E و C و همچنین بین E و B منابع تغذیه ای قرار داده ایم. مقاومت ها یی که در مسیر هریک از این منابع ولتاژ قرار دادیم صرفا" برای محدود کردن جریان بوده و نه چیز دیگر. چرا که در صورت نبود آنها، پیوندها بر اثر کشیده شدن جریان زیاد خواهند سوخت.

طرز کار ترانزیستور به اینصورت است، چنانچه پیوند BE را بصورت مستقیم بایاس (Bias به معنی اعمال ولتاژ و تحریک است) کنیم بطوری که این پیوند PN روشن شود (برای اینکار کافی است که به این پیوند حدود 0.6 تا 0.7 ولت با توجه به نوع ترانزیستور ولتاژ اعمال شود)، در آنصورت از مدار بسته شده میان E و C می توان جریان بسیار بالایی کشید. اگر به شکل دوم دقت کنید بوضوح خواهید فهمید که این عمل چگونه امکان پذیر است. در حالت عادی میان E و C هیچ مدار بازی وجود ندارد اما به محض آنکه شما پیوند BE را با پلاریته موافق بایاس کنید، با توجه به آنچه قبلا" راجع به یک پیوند PN توضیح دادیم، این پیوند تقریبا" بصورت اتصال کوتاه عمل می کند و شما عملا" خواهید توانست از پایه های E و C جریان قابل ملاحظه ای بکشید. (در واقع در اینحالت می توان فرض کرد که در شکل دوم عملا" لایه PN مربوط به BE از بین می رود و بین EC یک اتصال کوتاه رخ می دهد.)

مدار ساده برای آشنایی با طرز کار یک ترانزیستور

بنابراین مشاهده می کنید که با برقراری یک جریان کوچک Ib شما می توانید یک جریان بزرگ Ic را داشته باشید. این مدار اساس سوئیچ های الکترونیک در مدارهای الکترونیکی است. بعنوان مثال شما می توانید در مدار کلکتور یک رله قرار دهید که با جریان مثلا" چند آمپری کار می کند و در عوض با اعمال یک جریان بسیار ضعیف در حد میلی آمپر - حتی کمتر - در مدار بیس که ممکن است از طریق یک مدار دیجیتال تهیه شود، به رله فرمان روشن یا خاموش شدن بدهید.

حال نقش ترانزیستور بعنوان یک تقویت کننده جریان را توضیح خواهیم داد :

Ie = Ib + Ic

راجع به مدار شکل اول در مطلب قبل توضیح دادیم و دیدیم که که چگونه با بایاس کردن پیوند کوچک بیس - امیتر می توان میان کلکتور و امیتر جریان بزرگی را برقرار کرد. بدون آنکه وارد معادلات پیچیده ریاضی شویم با دقت در شکل اول می توان برای نقطه ای که ترانزیستور قرار دارد جمع جبری جریان ها را معادل صفر قرار داد و از آن نتیجه بسیار جالب زیر را گرفت :

Ie = Ib + Ic

از شکل هم کاملآ مشخص است که جریان های ورودی به ترانزیستور - در حالت ایده آل - باید مساوی با جریان های خروجی باشد. این معادله بعد ها برای انجام محاسبات بایاسینگ یک ترانزیستور بسیار کاربرد خواهد داشت.

اگر در آزمایشگاه مدار فوق را با یک ترانزیستور معمولی بسته و پیوند بیس - امیتر را بایاس کنید خواهید دید که برای ولتاژ ثابت Vbe و Vce نسبت جریان عبوری از کلکتور به جریان بیس در محدوده ای که ترانزیستور بصورت خطی کار می کند و اشباع نشده است تقریبآ مقدار ثابتی است. به این مقدار ضریب تقویت جریان می گویند و اغلب آنرا با hfe نمایش می دهند، یعنی :

hfe = Ic / Ib

به شکل مقابل نگاه کنید این شکل برای یک بایاسینگ خاص ترانزیستور، نمودار جریان کلکتور به جریان بیس را نمایش می دهد. دقت کنید که چنانچه بایاسینگ ترانزیستور تغییر کند این نمودار نیز بالا و پایین رفته و نقاط اشباع و یا آستانه تقویت نیز تغییر خواهد کرد. همانگونه که مشاهده می کنید در محدوده سبز رنگ عملکرد ترانزیستور تقریبآ خطی بوده و می تواند جریان بیس را که در حد میکروآمپر است به جریان های چند صد میلی آمپر و حتی چند ده آمپر - بسته به نوع ترانزیستور - تبدیل کند. در این حالت ترانزیستور بعنوان یک تقویت کنند جریان با ضریب تقویت hfe بکار برده می شود.

در محدوده عملکرد خطی جریان کلکتور ضریبی از

جریان بیس خواهد بود.

دقت کنید که قسمت قرمز اولیه نمودار هنگامی است که پیوند بیس - امیتر از بایاسینگ مناسب برخوردار نیست و جریان کمی از این پیوند عبور می کند لذا جریان خروجی کلکتور نیز کم است و برعکس در قسمت قرمز انتهایی نمودار بایاسینگ ترانزیستور به گونه ای است که اصطلاحآ می گویند ترانزیستور اشباع شده و در این حالت عملکرد خطی ندارد و شکل موج تقویت شده را تغییر می دهد.

در طراحی مدارها مقادیر پارامتر هایی که از یک ترانزیستور انتظار می رود، مشخص شده و سپس طراح می تواند با مراجعه به کتابهای مشخصات ترانزیستور، ترانزیستور مورد نظر خود را انتخاب کند. این پارامترها عمومآ عبارتند از :

Ic Max : ماکزیمم جریان کلکتور (می تواند از حدود ۱۰۰ میلی آمپر تا چند ده آمپر باشد)

Vce Maz : ماکزیمم ولتاژ کلکتور- امیتر (می تواند از حدود ۲۰ ولت باشد تا حدود ۱۰۰ ولت)

hfe Min : حداقل ضریب تقویت جریان (از حدود ۱۰ برای ترانزیستورهای قدرت تا چند صد)

P Max : قدرت تحمل توان ماکزیمم (از حدود چند صد میلی وات تا حدود ۲۰۰ وات)

عمومآ مشخصات مداری برای شما مشخص می کند که از چه ترانزیستوری با چه پارامترهایی استفاده کنید.

چگونه نوع وپايه های يک ترانزيستور مجهول را ميتوان تشخيص داد؟

البته در بيشتر ديتاشيتها توضيح داده شده اما اگر ترانزيستور ناشناخته يا بدون مارک باشد با استفاده از يک مولتی متر ساده به صورت زير می توان تشخيص داد:

با توجه به اينکه مولتی متر يک باتری ۱.۵يا ۳ ولتی دارد وپراب قرمز به منفی باتری وپراب سياه به مثبت باتری (از داخل)وصل ميشود به صورت زير عمل ميکنيم:

نکته مهم:مولتی متر رو در رنج high ohmقرار دهيد (1k)

پراب سياه رو روی يکی از پايه ها بذاريد و قرمز رو روی دو پايه ديگه اگر عقربه زياد حرکت کرد ترانزيستور از نوع npnاست.

اگر کم حرکت کرد پراب سياه رو روی پايه های ديگه بذاريد برای گرفتن نتيجه نهايی حداکثر ۶ بار اينو انجام بديد.

اگر عقربه دوباره حرکت نکرد جای پراب سياه و قرمز رو عوض کنيدو دوباره ازمايش بالا رو تکرار کنيددر اين حالت اگر عقربه برای هر دو پايه ديگه حرکت کرد ازنوع pnp است.

اگر برای هر دو پايه حرکت نکرد ترانزيستور openاست.

اگر برای همه تستها حرکت کند shortest است.

اگر برای يکی از تستها خيلی اروم حرکت کنه leaky است.

وقتی نوعش رو فهميديم پايه متصل شده به پراب سياه (در نوع ان پی ان) پايه بيس است ودر نوع ديگه پايه متصل شده به پراب قرمز پايه بيس است

برای پيدا کردن کلکتور واميتر از روش tutاستفاده ميکنيم و در واقع ساده ترين امپلی فاير جهان رو ميسازيم در نوع npn(سياه به کلکتور وقرمز به اميتر )به وسيله يک انگشت بين c,bاتصال برقرار کنيد عقربه ۸۰درصد تغيير جهت ميدهد در اين حالت پايه اميتر نبايد با بدن تماس داشته باشد

در واقع در اين عمل ترانزيستور جريانی که بدن شما به بيس ميدهد رو تقويت ميکنه و جريان حدود صد برابر ميشود ودر مدار کلکتور واميتر جاری ميشه واين جريان زياد مقاومت بين دو پايه رو کاهش ميده و مولتی متر نتيجه رو نشون ميده

در(pnp):سياه به اميتر و قرمز به کلکتور وصل شده ومثل بالا عمل ميشود

اگر از اين روش برای ترانزيستوری که در مدار وصل است استفاده ميکنيد بايد تغذيه خاموش باشه وخازن ها شارژشونو از دست داده باشن

اين روش کاملا عملی است و در ابتدا کمی پيچيده به نظر ميرسه اما اگه روی ترانزيستوری که برای شما شناخته شدست اولين بار آزمايش کنيد خيلی آسون ميشه

معرفی چند ترانزیستور

NPN	PNP	شکل	NPN	PNP	شکل
BC107 BC108 BC109	BC177 BC178 BC179		BC147 BC148 BC149	BC157 BC158 BC159
BC167 BC168 BC169	BC257 BC258 BC259		BC171 BC172 BC173 BC182 BC183 BC184	BC251 BC252 BC253 BC212 BC213 BC214
BC207 BC208 BC209	BC204 BC205 BC206		BC237 BC238 BC239	BC307 BC308 BC309
BC317 BC318 BC319 BC337 BC347 BC348 BC349 BC382 BC383 BC384	BC320 BC321 BC322 BC327 BC350 BC351 BC352		BC407 BC408 BC409	BC417 BC418 BC419
BC413 BC414	BC415 BC416		BC437 BC438 BC439
BC467 BC468 BC469			BC547 BC548 BC549 BC582 BC583 BC584	BC557 BC558 BC559 BC512 BC513 BC514
	BC261 BC262 BC263		2N3903 2N3904	2N3905 2N3906
9013 9014	9012 9015		TIP3055	TIP2955
BD131 BD139 BD263	BD132 BD140 BD262		MJE 3055T BD267A TIP31A TIP41A	MJE 2955T BD266A TIP32A TIP42A
2N3055	MJ2955		2N3054
2N2222A			Darlington TIP121 TIP132	Darlington TIP126 TIP137
	Positive Voltage Regulator 1amp 7805 7812 LM2940		Negative Voltage Regulator 1amp 7905 7912
	Positive Voltage Regulator Adjustable LM317 (1.5amp) LM350 (3amp)		Positive Voltage Regulator 100mA 78L05 78L12
Negative Voltage Regulator 100mA 79L05 79L12			Darlington TIP141	Darlington TIP146