(2)

ثانيا

الترانزستور Transistor

الترانزستور هو أهم عنصر فى عالم الإلكترونيات . حيث يمكن إستخدامه كمكبر Amplifier للإشارة وأيضا يمكن إستخدامه كمفتاح Switch ( فهو بذلك يعتبر وحدة بناء الحاسب الأساسية).
ويوجد تصنيفان للترانزستر وهما :
1- Bipolar Junction Transistor
ويطلق عليه أختصارا BJT والكلمة معناها أن كلا من الإلكترونات والفجوات holes تستخدم كحاملات للتيار .
عندما تزيد درجة حرارة المادة عن الصفر المطلق (-273 سليزيوس) تكتسب إلكترونات المادة طاقة تجعلها تترك الذرات وتخلف مكانها ما يعرف بالفجوات Holes وينطلق كل إلكترون إلى فجوة أخرى تاركا مكانه فجوة
وهذا النوع أيضا يعتبر من العناصر الذى يتحكم فيها بواسطة تيار الدخل Current Controlled أى أن تيار الخرج يعتمد على تيار الدخل.
2- Unipolar Junction Transistor
ويطلق عليه أيضا FET إختصارا لـField Effect Transistor أى أن التيار المار خلاله يتحكم فيه بالجهد المسلط على البوابة gate (أحد أطراف الترانزستور من هذا النوع)
وفيه تكون الإلكترونات أو الفجوات (أحدهما) هى حاملة التيار.
أولا : Bipolar Junction Transistor :
هذا النوع له ثلاثة أطراف :
1- القاعدة ****
2- المجمع Collector
3- الباعث Emitter
وعندما يتركب هذا الترانزستور من طبقة من مادة من نوع P محاطة بطبقتين من النوع n (كما بالشكل التالى ) يطلق عليه أسم (ترانزستور NPN)
يمكن الحصول على مواد من نوعى n و p بإضافة شوائب إلى مواد أشباه الموصلات
* الشكل "--" يرمز للإلكترونات و الشكل "oo" يرمز للفجوات(1) .



والطبقات الثلاثة الشبه موصلة تتصرف كموحدين متعاكسين (2)
أما الجزء (3) فيظهر فيه شكل الترانزستور من نوع BJT كما يظهر فى مخططات الدارات ويرمز السهم المتجه للخارج إلى كون هذا الترانزستور NPN ويشير إلى اتجاه التيار التقليدى فيه .

أما الشكل التالى فيوضح ترانزستور من نوع PNP حيث توضع طبقة من نوع n بين طبقتين من نوع p فى (1) ويمكن إعتبارها كترانستوران متصلان وجها لوجه (2) ويوضح السهم الداخل فى رمز الترانزستور مسار التيار التقليدى (3)



وتعتبر ترانزستورات السليكون (المادة الشبه موصلة بها هى السليكون) أفضل من مثيلاتها المصنوعة من الجيرمانيوم حيث يمكنها العمل فى درجات حرارة وجهود وترددات أعلى ومعدل تسريب التيار به أقل.
الترانزيستورات ثنائية القطبية
كما ذكر سابقا فهناك تصنيف عام لأنواع الترانزيستورات : أحادية القطبية (أُونيبولار) و ثنائية القطبية (ديبولار) :
(bipolar , unipolar)
وبداية سيعالج النوع الأكثر استعمالا وهو ثنائي القطبية . وهو مكون من ثلاثة طبقات ، وثنائي القطبية من جانبه ينقسم أيضا إلى نوعين ( آن بي آن ، وبي آن بي :
(NPN , PNP)
وقد تم شرح تصميمة والتفاعلات به في الدرس الثامن في "العناصر النصف موصلة" و"الاجتياز إيجابي - سلبي" .
و يصنع في الغالب من مادة السليكون وقليلا منه يصنع من مادة الجرمانيوم . وله ثلاثة وصلات معدنية موصله بطبقاته وتسمى هذه الوصلات:
المجمع (Collector)
المشع (Emitter)
القاعدة (****)





طريقة عمل الترانزيستور
وللتوضيح السهل لما يحدث داخل الترانزيستور :




للهويس درعين يعملا بتزامن واحد ، تسري المياه في مجرى المجمع في نفس وقت فتح مجرى القاعدة

تكمن أهمية الترانزيستور بأنه يعمل إما كمفتاح (صمام) يفتح ويغلق الدائرة الكهربائية ، أو إما كمبكر (مضخم) حيث يصل عامل تكبير التيار (h21e) في بعض أنواعه إلى ثلاثين ألف ضعف تيار القاعدة . وسنرى لاحقا ، كم تعدد وكثرة إمكانيات أتسغلال الترانزيستور .
تجربة : ترانزيستور كمفتاح
توصيل ترانزيستور NPN بمقاومة (100 آوم) وفانوس بمصدرين للجهد ، المصدر الأول (1,5 فولت) يتم توصيله بمجرى القاعدة - المشع (بالاتجاه أمامي أي وصلة موجب الجهد بوصلة المقاومة التي قبل القاعدة) ، ثم يتم توصيل مصدر الجهد الثاني (10 فولت) في دارة المجمع (وصلات السالب لمصدري الجهد توصل ببعض) ، ويتم توصيل الفانوس بين المجمع وبين مصدر الجهد الثاني .

انظر صورة الترانزستور كمفتاح
في هذه الحالة يضيء الفانوس . وإذا تغيرت قطبية الجهد الأول وهو في مجرى القاعدة - المشع (أي تبدلت وصلات الجهد الأول - الموجب بالسالب) فسيطفئ الفانوس . ولن يعمل ترانزيستور من نوع NPN بالاتجاه المعاكس .
ويعمل (أي يوصّل) ترانزيستورNPN إذا كانت قطبية القاعدة والمجمع إيجابية بالنسبة للمشع .
أما ترانزيستور PNP فهو يعمل إذا كانت قطبية القاعدة والمجمع سلبية بالنسبة للمشع .




التكبير

وأما عملية التكبير في الترانزيستور فهي تتم خلال توجيه تيار المجمع ، ولكي يوجه ترانزيستور ثنائي القطبية فمن الضروري أن يكون تيار كهربائي في القاعدة بالإضافة لجهد بين القاعدة والمشع (جهد الهويس) . ويوجه هذا الجهد سريان الشحنات من المشع إلى المجمع (باستثناء ضئيل جدا) .
أختبار "عامل تكبير التيار" في الترانزيستور
تجربة : الترانزيستور كمكبر
توصيل ترانزيستور بسيط من نوع :
(BCX 40أو BC 140 أو BC141)
بمصدر جهد مستمر ومتغير(أي مصدرين للجهد ، أنظر الشكل الترانزيستور كمكبر) ، وتم توصيل مقاومتان : واحدة بكيلو آوم والثانية معيّر مقاومة للقاعدة ، ومقياسان للأمبير : واحد في القاعدة ، والأمبير متر الثاني للمجمع ، كما يظهر في الشكل . وتتعيّر تجزئة الجهد بالمعيّر حتى تصل قيمة التيار إلى الصفر .
ثم يتم تعيير المقاومة المتغيرة حتى تصل قيمة تيار القاعدة 0,5 ميلي أمبير (أي نصف ميلي أمبير)
وعند قياس تيار المجمع في كلتى الحالتين فستجد أنه في الحالة الأولى لا يمر به تيار قط، حيث لا يمر التيار في المجمع دون التيار في القاعدة ، وفي الحالة الثانية ترتفع قيمة تيار المجمع بارتفاع قيمة التيار في القاعدة . وقد أدت قيمة 0,5 أمبير في القاعدة إلى ارتفاع قيمة تيار المجمع إلى 50 ميلي أمبير أي مائة ضعف .