تحقیق ترانزیستور

توضیحات : 
این فایل دارای فرمت word می باشد.

 

تحقیق ترانزیستور

فهرست مطالب

تاریخچه ترانزیستور

تعریف ترانزیستور

ترانزیستوردوقطبی پیوندی

نقطه کارترانزیستور

چگونگی عملکرد ترانزیستور

منابع

تاریخچه ترانزیستور

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 صورتاست.
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.
ترانزیستور چه کاری انجام می دهد؟
در میکرو چیپ های امروزی ، که حاوی میلیونها ترانزیستور هستند که در الگو یا طرح مخصوصی چیده شده اند خروجی تقویت شده ی یک ترانزیستور به ورودی ترانزیستور دیگر داده می شود تاآن هم عمل تقویت کنندگی را بر روی ورودی انجام دهد و به همین ترتیب ادامه می یابد که نتیجه یک خروجی تقویت شده و پر توان می باشد . چنین میکروچیپی می تواند سیگنالی بسیار ضعیفی را از آنتن بگیرد و یک صوت قوی و چهار کاناله را تحویل دهد. با ساختن چیپ ها در طراحی های مختلف می توان تایمر هایی برای ساعت یا سنسور هایی برای نشان دادن درجه حرارت و یا کنترل کننده چرخ های ماشین تا قفل نشوند (سیستمABS) ساخت.می توان ترانزیستور ها را در آرایشی دیگر در داخل چیپ قرار داد(طراحی متفاوت) و پروسسور های منطقی و محاسباتی را ساخت که باعث می شوند تا ماشین حسابها محاسبه و کامپیوتر ها پردازش کنندو یا شبکه هایی را برای انتقال مکالمات تلفنی ساخت و یا سیستمهایی را ساخت که بتوانند صدا و تصویر را انتقال دهند.
می توان ترانزیستور ها را در بسته هایی چید که به آنها گیت های منطقی می گویند و می توانند دو عدد 1و 1 را باهم جمع کنند و یا می توان آنها را در آرایشی خاص قرار داد تا کارهای بسیار بزرگی را با استفاده از سرعت سوئیچینگ –100 میلیون بار بر ثانیه و بیشتر - خود انجام دهند .
البته کار به همین جا ختم نمی شود مداراتی که در چندین سال گذشته برای انجام عملی خاص به وسیله ترانزیستور ها بر روی بورد ها بسته می شود امروزه به مدد طراحی کامپیوتری و تکنیک مدارات مجتمع بر روی یک آی سی هزاران ترانزیستور و سیم کشی های مربوطه و تمام قطعات الکترونیکی لازم قرار داده می شود . شاید بتوان گفت که حجم مدارات هزاران بار کاهش یافته است.
بر همین مقیاس امروزه می توان گفت که ترانزیستور مجانی است ( 1 دلار تقسیم بر یک میلیون ترانزیستور ) و ترانزیستور های داخل مدارات مجتمع واقعا قابل اطمینان هستند.
چیزی که باعث می شود که ترانزیستور ها روز به روز پیشرفت می کنند و بهتر و ارزان تر می شونداین است که به مدد تحقیقات نیمه هادی ها روز به روز بهتر و کاربردی تر می شوند . و این چیزی است که آزمایشگاههای بل برای آن تحقق می کند . دانشمندان این مرکز تحقیقاتی امروزه می دانند که چگونه نیمه هادی هار ا اتم به اتم به صورت مجازی ، از منابع سرشاری که مادر بی دریغ طبیعت در دسترس ما قرار داده است ، به وسیله تکنیک های لایه بندی بسازند.این چیزی است که می توان آن را جادو نامید.
بنابراین، ترانزیستور چیست؟
وسیله ی الکترونیکی شگفت انگیزی است که مجازا دیده نمی شود اما زندگی ما را کاملا و برای همیشه تغییر داده است.

ساختمان ترانزیستور پیوندی

ترانزیستور دارای دو پیوندگاه ‌است. یکی بینامیتر و بیس و دیگری بین بیس و کلکتور. به همین دلیل ترانزیستور شبیه دودیود است. دیود سمت چپ رادیود بیس _ امیتریا صرفادیود امیترو دیود سمتراست رادیود کلکتور _ بیسیادیود کلکتورمی‌نامیم. میزان ناخالصیناحیه وسط به مراتب کمتر از دو ناحیه جانبی است. این کاهش ناخالصی باعث کم شدنهدایت و بالعکس باعث زیاد شدن مقاومت این ناحیه می‌گردد.
امیتر که شدیداآلائیده شده، نقش گسیل و یاتزریق الکترونبه درون بیس را به عهده دارد. بیس بسیار نازک ساخته شده و آلایش آن ضعیف است و لذا بیشتر الکترونهای تزریق شده‌از امیتر را به کلکتور عبور می‌دهد. میزان آلایش کلکتور کمتر از میزان آلایش شدیدامیتر و بیشتر از آلایش ضعیف بیس است و کلکتور الکترونها را از بیس جمع‌آوریمی‌کند.

طرز کار ترانزیستور پیوندی

طرز کار ترانزیستور را با استفاده ‌از نوعnpn مورد بررسی قرار می‌دهیم. طرز کارpnp هم دقیقا مشابهnpn خواهد بود، به شرط اینکه‌الکترونها و حفره‌ها با یکدیگر عوض شوند. در نوعnpn به علت تغذیه مستقیم دیودامیتر ناحیه تهی کم عرض می‌شود، در نتیجه حاملهای اکثریت یعنی الکترونها از مادهn به مادهp هجوم می‌آورند. حال اگر دیود بیس _ کلکتور را بهحالتمعکوس تغذیه نمائیم، دیود کلکتور به علتبایاس معکوسعریض‌ترمی‌شود.
الکترونهای جاری شده به ناحیهp در دو جهت جاری می‌شوند، بخشی ازآنها از پیوندگاه کلکتور عبور کرده ، به ناحیه کلکتور می‌رسند و تعدادی از آنها باحفره‌های بیس بازترکیب شده و به عنوانالکترونهای ظرفیتبه سوی پایه خارجی بیسروانه می‌شوند، این مولفه بسیار کوچک است.

نحوه ‌اتصال ترازیستورها

اتصالبیس مشترک

در این اتصال پایه بیس بین هر دو بخش ورودی و خروجی مدار مشترکاست. جهتهای انتخابی برای جریان شاخه‌ها جهت قراردادی جریان در همان جهت حفره‌هامی‌شود.

اتصال امیتر مشترک

مدار امیتر مشترکبیشتر از سایر روشها در مدارهای الکترونیکی کاربرد دارد و مداری است که در آن امیتربین بیس و کلکتور مشترک است. این مدار دارایامپدانس ورودی کم بوده، ولی امپدانس خروجی مدار بالا می‌باشد.

اتصال کلکتور مشترک

اتصال کلکتور مشترکبرای تطبیق امپدانس در مدار بکار می‌رود، زیرا برعکس حالت قبلی دارای امپدانس ورودیزیاد و امپدانس خروجی پائین است. اتصال کلکتور مشترک غالبا به همراه مقاومتی بینامیتر وزمین به ناممقاومت باربسته می‌شود.

کاربرد ترانزیستور

ترانزیستورها می‌توانند با کنترل جریان مدار را تقویتکنند و این مورد بطور گسترده‌ای در مدارهای ترانزیستوری بکار می‌رود. همچنین عملمهم دیگر ترانزیستورها در مدارهای الکترونیکی قابلیت کنترل حالت خاموش و روشن قطعه‌است. این نوع سوئیچ کردن بویژه درمدارات دیجیتالی‌مفید است.

نقطه کارترانزیستور

حالتی کهترانزیستور،علائم الکتریکیرا تقویت نمی‌کند و ولتاژهاو جریانهای پایانه‌های ترانزیستور ثابت است، حالت کار عادی ترانزیستور می‌باشد. دراین حالت ، در منحنی‌های مشخصه ترانزیستور ، نقطه‌ای که طول آن ولتاژ کلکتور و عرضآن جریان کلکتور باشد، نقطه کار ترانزیستور خواهدبود.

تحلیل یا طراحی یکتقویت کننده ترانزیستوریمستلزم داشتناطلاعاتی درباره پاسخac وdc ترانزیستور است. اغلب فرض می‌شود که ترانزیستور سطحac ورودی را بدون دریافت انرژی خارجی افزایش می‌دهد. در عمل افزایش توانac خروجینتیجه تغییر شکل انرژی دریافت شده ‌ازمنابعولتاژdc است. از این رو تحلیل یا طراحی هر تقویت کننده ‌الکترونیک شامل دوقسمتac وdc است.

نقطه کار یا نقطه سکون

در تقویت کننده‌های ترانزیستوریجریان وولتاژdc تعیین کننده نقطه کار ترانزیستور ونیز تعیین کننده ناحیه تقویت کنندگی سیگنال ورودی می‌باشد. از آنجا که نقطه کار یکنقطه ثابت بر مشخصه‌هاست، این نقطه همچنین نقطه سکون یا به‌ اختصارQ نامیدهمی‌شود.

ناحیه کار ترانزیستورها

ناحیه خطی و فعال:در این ناحیهبیس _ امیتر(دیود امیتر) بطور مستقیم وبیس _ کلکتور(دیود کلکتور) بطور معکوستغذیه می‌شود.
ناحیه قطع:در این ناحیه بیس _ امیتر (دیود امیتر) بطور معکوس تغذیهمی‌شود، یعنی جریان بیس برابر صفر است. جریان خروجی کلکتور بسیار ناچیز است و برابرجریان معکوس اشباع می‌باشد.
ناحیه‌ اشباع:در این ناحیه هر دو دیود بیس –امیتر (دیود امیتر) ودیود کلکتور بصورت مستقیم تغذیه می‌شوند. در این حالت است که جریان خروجی کلکتور بهماکزیمم مقدار خود می‌رسد و ولتاژ کلکتور _ امیتر از ولتاژ کلکتور _ امیتر اشباعکمتر است.
ناحیه غیرمجاز:در این ناحیه ماکزیمم مقادیر بوسیله یک خط افقی برابرحداکثر جریان کلکتور و با یک خط عمودی برای حداکثر ولتاژ کلکتور _ امیتر تعیینمی‌شود. کار در این ناحیه باعث اتلاف بیشتر و کوتاه شدن عمر قطعه یا باعث خرابی آنمی‌شود. لذا از انتخاب نقطه کار در این ناحیه بایستی اجتناب کرد.

دانلود تحقیق درباره ترانزیستور