دانلود تحقیق جامع درباره مواد شناسی برق 21 صفحه (docx) 23 صفحه
دسته بندی : تحقیق
نوع فایل : Word (.docx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )
تعداد صفحات: 23 صفحه
قسمتی از متن Word (.docx) :
موضوع تحقیق :
مواد شناسی برق
استاد راهنما :
محقق :
-381019177000
فهرست صفحه
فصل اول
نيمه هادي ها
ساختمان کریستالی نیمه هادی
ديود
انواع ديود
فصل دوم
ترانزیستور
ساختمان ترانزیستور
ترانزیستور دوقطبی پیوندی
ترانزیستور اثر میدان پیوندی
انواع ترانزیستور پیوندی
بازسازی اولین ترانزیستور جهان
ترانزیستور اثر میدان MOS
ساختار و طرز کار ترانزیستور اثر میدانی
فهرست منابع
فصل اول
نيمه هادي ها نيمه هادي ها اجسامي هستند كه از نظر رسانايي بين هادي و عايق قرار دارند . در وسايل الكترونيكي مثل ديود و ترانزيستور نيمه هادي هاي سيليسيم و ژرمانيوم استفاده مي شود . اين نيمه هادي ها 4 ظرفيتي هستند . نمونه اي از اين نيمه هادي ها كربن ، سيليسيم ، ژرمانيوم و اكسيد مس مي باشد .
ساختمان کریستالی نیمه هادیهمانطور که هادی ها در صنعت امروزی به خصوص در زمینه های حرارتی و برودتی کاربردی ویژه یافته اند عناصر نیمه هادی نیز اهمیت زیادی در صنعت الکترونیک و ساخت قطعات پیدا کرده اند. هدف اصلی که در الکترونیک آنالوگ دنبال می شود تقویت سیگنالها بدون تغییر شکل آن سیگنال است. همین هدف بشر را به سمت استفاده از نیمه هادی ها در ساخت قطعات تقویت کننده پیش برده است. اما آن چیزی که عملکرد این قطعات را رقم می زند چگونگی حرکت الکترون ها و حفره ها در ساختار کریستالی این عناصر می باشد.و این مقدمه ای ست برای پیدایش قطعاتی نظیر ترانزیستور ها –دیود ها و... عامل موثر بر چگونگی حرکت الکترون ها و حفرها چیزی نیست جز درجه حرارت. به طوری که گفته شد درجه حرارت صفر مطلق ساختمان کریستالی نیمه هادی هایی نظیر ژرمانیوم و سیلسکن را تحت تاثیر خود قرار می دهد. یعنی در این درجه حرارت الکترون ها کاملا در باند ظرفیت قرار گرفته و نیمه هادی نظیر یک عایق عمل می کند. (به علت اینکه هیچ الکترون آزادی در باند هدایت خود ندارد). اگر درجه حرارت افزایش یابد الکترون های لایه ظرفیت انرژی کافی کسب کرده و پیوند کو والانسی خود را شکسته وارد باند هدایت می شوند. به مراتب ای جابه جایی باعث تولید حفره ناشی از الکترون می گردد.انرژی لازم برای شکستن چنین پیوندی در سیلسکن 1.1(الکترون ولت) و در ژرمانیوم 0.72 (الکترون ولت) می باشد. اهمیت حفره در این است که نظیر الکترون حامل جریان الکتریکی بوده و و نظیر الکترون آزاد عمل می نماید. حال آنکه تا چندی پیش دانشمندان حفره ها را حامل جریام نمی دانستند!هنگامی که یک پیوند از الکترون خالی شده و حفره ای در آن به وجود می آید در این صورت الکترون های ظرفیت اتمهای مجاور در باند ظرفیت به سادگی قادر به اشغال این حفره هستند. الکترونی که از یک پیوند کووالانسی دیگر این حفره را اشغال می کند خود یک حفره بر جای می گذارد. بنابر این می توان به جای حرکت الکترون های باند ظرفیت تصور نمود که در این باند حفره ها حرکت می نمایند. حرکت حفره ها بر خلاف حرکت الکترو نها می باشد. حفره جدیدی که به وجود می آید به نوبه خود توسط الکترون دیگری از پیوندی دیگر اشغال شده و بنابراین حفره پله به پله بر خلاف جهت الکترون حرکت می نماید. پس در اینجا با پدیدهی دیگری از هدایت الکتریکی روبه رو خواهیم بود که مربوط به الکترون های آزاد نمی باشد. در این صورت می توان چنین تصور کرد که حفره در جهت عکس الکترون حرکت نموده است . بنابراین حرکت الکترون در باند ظرفیت را می توان معادل حرکت حفره در خلاف جهت آن دانست. حال میبینیم که چرا با توجه به اینکه حرکت الکترون همان حرکت حفره است از مفهمم حفره استفاده می شود. !با کمی دقت ملاحظه می شود که حرکت حفره حرکت الکترون های باند ظرفیت بوده ولی حرکت الکترون های آزاد در باند هدایت صورت می گیرد و برای بیان این تفاوت بین حرکت الکترون در باند ظرفیت و هدایت از مفهوم حفره کمک می گیریم. به عنوان مثال فرض می شود که نیمه هادی تحت تاثیر یک میدان خارجی قرار گیرد یعنی به دو سر آن ولتاژی اعمال شود در ایک صورت الکترون های آزاد باند هدایت که تحت تاثیر نیرو های هسته ای اتم ها نیستند در این باند در خلاف جهت میدان اعمال شده حرکت خواهند نمود. انرژی این الکترون ها در جهتی نیست که در باند هدایت قرار گیرد. ولی می توانند در همان باند ظرفیت حرکت کرده و حفره های مجاور خود را اشغال نمایند. بنابر این حرکت این الکترون ها بیشتر از الکترو ن های آزاد به هسته وابسته می باشد. در حقیقت برای هر ولتاژ اعمال شده به دو سر یک نیمه هادی یک الکترون در باند ظرفیت فاصله متوسط کو تاهتری از الکترون های باند هدایت را در فاصله زمانی یکسان طی خواهند نمود. بنابر این می توان گفت که الکترون های آزاد دارای تحرک بیشتری نسبت به حفره ها هستند. به طوری که گفته شد در درجه حرارت معمولی اتاق تعدادی از پیوند های کو والانسی شکسته سده به ازای شکسته شدن هر پیوند یک الکترون-حفره تولید می شود. الکترون و حفره هر دو حامل های بادار می باشد. با اعمال یک پتانسیل الکتریکی به دو سرهر قطعه ای نیمه هادی این حامل هر دو حرکت نمود ه و جریان به وجود می آورند. دیدید که این حرکت ها در چگونکی رفتار یک نیمه هادی تا چه میزان می توانند موثر باشند.با پیشرفت علم و تکنولوژی استخراج کشف هر نیمه هادی جدیدی انقلابی عظیم در عصر ارتباطات حاصل می شود.
ديود
مقدمهدیودها جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌‌دهند و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بالایی نشان می‌‌دهند. این خاصیت آنها باعث شده بود تا در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی ، به آن دریچه یا Valve هم اطلاق شود. از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی عبور جریان را از خود ممکن می‌‌سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و - به کاتد) آنرا آماده کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث می‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا (forward voltage drop) نامیده می‌شود که چیزی حدود ۰.۶ تا ۰.۶ ولت میباشد.
اگر اتم هاي سيليسيم يا ژرمانيوم بطور منظم كنار هم قرار گيرند ، شبكه ي كريستالي بوجود مي آورند كه در فضاي 3 بعدي هر اتم با 4 اتم اطرافش فاصله ي مساوي خواهد داشت . 4 الكترون فسفر با اتم هاي اطراف پيوند كوالانسي مي دهد و يك الكترون آزاد باقي مي ماند . هر چه مقدار ناخالصي بيش تر باشد تعداد الكترون هاي آزاد بيش تر است . چون بار الكترون منفي است به اين نيمه هادي نوع N مي گويند . 3 الكترون بور يا الكترون هاي ژرمانيوم پيوند كوالانسي مي دهد و يك جاي خالي براي الكترون چهارم باقي مي ماند ، به جاي خالي الكترون حفره مي گويند . چون حفره بارش مثبت است به اين نيمه هادي نوع P مي گويند . ديود از اتصال يك نيمه هادي نوع N و يك نيمه هادي نوع P بوجود مي آيد و با حرف D نشان داده مي شود .
دسته بندی دیودهادر دسته بندی اصلی ، دیودها را به سه قسمت اصلی تقسیم میکنند، دیودهای سیگنال (Signal) که برای آشکار سازی در رادیو بکار میروند و جریانی در حد میلی آمپر از خود عبور می‌‌دهند، دیودهای یکسو کننده (Rectifiers) که برای یکسو سازی جریان های متناوب بکار برده میشوند و توانایی عبور جریانهای زیاد را دارند و بالاخره دیودهای زنر (Zener) که برای تثبیت ولتاژ از آنها استفاده می‌شود.
انواع ديود :
1 -دیود اتصال نقطه ای
2 - دیود زنر
3- دیود نور دهنده (LED)
4- دیود خازنی ( واراکتور)
5 - فتو دیود
6 - ديود تانلي
7- ديود آشكار ساز
8- پين ديود : (PIN )
9 - پل ديود
1- دیود اتصال نقطه ای :
دیود های معمولی در بایاس معکوس ایجاد ظرفیت خازنی حدود PF ) اگر بخواهیم در فرکانس های بالا به کار می بریم ، به علت ظرفیت خازنی در بایاس معکوس ، جریان در مدار عبور می کند .) چون در فرکانس های بالا مقاومت دیود کم می شود . برای جلوگیری از این کار از دیود اتصال نقطه ای استفاده می کنیم.
2 - دیود زنر :دیود زنر ، مانند یک دیود معمولی از دو نیمه هادی نوع P & N اگر یه دیود معمولی را در بایاس معکوس اتصال دهیم و ولتاژ معکوس را زیاد کنیم ، در یک ولتاژ خاص ، دیود در بایاس معکوس نیز شروع به هدایت می کند . ولتاژی که دیود در بایاس مخالف ، شروع به هدایت می کند ، به ولتاژ زنر معروف است و با تنظیم نا خالصی می توان ولتاژ شکسته شدن پیوند ها را کنترل کرد.
ولتاژ زنر : ولتاژی که دیود زنر به ازای آن در بایاس معکوس ، هادی می شود به ولتاژ زنر معروف است.
3-دیود نوردهنده : (LED)
این دوید از دو نوع نیمه هادی P & N هر گاه این دیود ، در بایاس مستقیم ولتاژی قرار گیرد و شدت جریان به اندازه کافی باشد ، دیود ، از خود نور تولید می کند . نور تولید شده در محل اتصال دو نیمه هادی تشکیل می شود . نور تولیدی بستگی به جنس به کار برده شده در نیمه هادی دارد .
4-دیود خازنی ( واراکتور ) :
این دیود از دو نیمه هادی نوع P & N دیود خازنی در واقع دیودی است که به جای خازن بکار می رود و مقدار ظرفیت آن با ولتاژ دو سر آن رابطه عکس دارد.
5 - فتو دیود :
این دیود از دو نیمه هادی نوع P & Nتشکیل می شود . با این تفاوت که محل پیوند P و N جهت تابانیدن نور به آن از مواد پلاستیکی سیاه پوشیده نمی باشد ،بلکه توسط شیشه و یا پلاستیک شفاف پوشیده می گردد تا نور بتواند با آسانی به آن بتابد . روی اکتر فتو دیود ها یک لنز بسیار کوچک نصب می شود تا بتواند نور تابانیده شده به آن را متمرکز کرده و به محل پیوند برساند .
6- دیودهای سیگنال این نوع از انواع دیودها برای پردازش سیگنالهای ضعیف - معمولا” رادیویی - و کم جریان تا حداکثر حدود ۱۰۰mA کاربرد دارند. معروفترین و پر استفاده ترین آنها که ممکن است با آن آشنا باشید دیود ۱N ۴۱۴۸ است که از سیلیکون ساخته شده است و ولتاژ شکست مستقیم آن ۰.۷ ولت است.
بصورت یک قانون کلی هنگامی که ولتاژ شکست مستقیم دیوید خیلی مهم نباشد، از دیودهای سیلیکون استفاده می شود. دلیل آن مقاومت بهتر آنها در مقابل حرارت محیط یا حرارت هنگام لحیم کاری و نیز مقاومت الکتریکی کمتر در ولتاژ مستقیم است. همچنین دیود های سیلیکونی سیگنال معمولا” در ولتاژ معکوس جریان نشتی بسیار کمتری نسبت به نوع ژرمانیم دارند.از کاربرد دیگری که برای دیودهای سیگنال وجود دارد می توان به استفاده از آنها برای حفاظت مدار هنگامی که رله در یک مدار الکترونیکی قرار دارد نام برد. هنگامی که رله خاموش می شود تغییر جریان در سیم پیچ آن میتواند در دوسر آن ولتاژ بسیار زیادی القا کند که قرار دادن یک دیود در جهت مناسب میتواند این ولتاژ را خنثی کند.
7- ديود تانلي
مانند يك مقاومت منفي عمل مي كند .
8 - ديود آشكار ساز
اين ديود براي آشكار نمودن صدا در راديو و آشكار سازي صدا وتصوير در تلوزيون به كار ميرود اين ديود ها براي فركانس هاي بالاتر از برق شهر به كار ميرود.
9 - پين ديود (PIN )
در فركانسهاي بالاتر از 1MHZ خاصيت يك مقاومت متغير را دارد .مقدار مقاومت را مي توان توسط جريان مستقيمي كه از ديود مي گذرد تغيير داد .
10 - پل ديود
مدارات الكترونيك با ولتاژ dc كار ميكنند پس بايد برق شهر به ولتاژ dc تبديل كرد.
آی سی IC) )
حروف اختصاری IC از دو کلمه انگلیسی integrated circuit به معنی مدار مجتمع گرفته شده است. پیش از اخترا ع IC ،مدارهای الکترونیکی ازتعداد زیادی قطعه یا المان الکتریکی تشکیل می‌شدند. این مدارات فضای زیادی را اشغال می‌کردند و توان الکتریکی بالایی نیز مصرف می‌کردند. و این، امکان بوجود آمدن نقص و عیب در مدار را افزایش می‌داد. همچنین سرعت پایینی هم داشتند.آ ی سی تعداد زیادی عناصر الکتریکی را که بیشتر آنها ترانزیستور هستند، در یک فضای کوچک درون خود جای داده است و همین پدیده است که باعث شده امروزه دستگاه‌های الکترونیکی کاربرد چشمگیری در همه جا و در همه زمینه‌ها داشته باشند.
در طول دهه گذشته کاربرد IC ها رو به توسعه گذاشته و تبدیل به محصولی شده که عملکرد و هدف استفاده از آن تقریباً برای همه روشن است. مهم ترین مشخصه IC ها، اندازه آن ها می باشد. این اندازه معمولاً هزاران بار کوچک تر از یک ساختار نیمه هادی است که به روش معمول و با قطعات مجزا ساخته می شود.
یکی از خصوصیات IC ها این است که هرگز تعمیر نمی شوند، یعنی اگر یک قطعه در داخل IC خراب شود، تعویض کل IC از تعمیر نمودن آن اقتصادی تر خواهد بود.آی سی ها انواع مختلفی دارند مانند cmos، TTL و...
آی سی ها امروزه کاربردهای بسیار فراوانی دارند. از کاربردهای آن ها می توان به کامپیوترها، ماشین حساب، لوازم الکترونیکی، خودروها و... اشاره نمود.
آشنایی کامل با IC ها به مطالعه بسیار زیاد علم الکترونیک نیاز دارد و هدف این نوشتار تنها آشنا نمودن مختصر شما با آی سی ها می باشد.
آی سی ها قطعات الکترونیکی بسیار حساسی می باشند، لذا در اثر حرارت خواهند سوخت. در صورتی که بخواهید IC را به مدار لحیم نمایید حتماً باید از پایه IC استفاده نمایید. پایه IC در حقیقت یک وسیله ساده است که بر روی مدار لحیم می شود. آی سی می تواند با فشار در آن فرو رفته یا از آن بیرون بیاید. مدارهای الکترونیکی شامل طبقه های مختلفی هستند . اغلب این مدارها شامل طبقه های تقویت کننده ، فیلترها ، اگر دیجیتال باشند گیت ها ، اگر مخابراتی باشند شامل مدولاسیون و دمدولاسیون و ... می باشند . گاهی اوقات اگر بخواهیم یک طبقه مثلا شمارنده دیجیتال ، مانند آنچه در چراغ های راهنمایی و رانندگی می بینیم ، با المان های معمولی مثل دیود ، ترانزیستور و مقاومت و خازن و ... بسازیم ، حجم بسیار زیادی می گیرد و از طرف دیگر این مدار پر کاربرد است که در چندین دستگاه دیگر استفاده می شود . به همین علت تعداد زیادی از این مدارها را به شکل مدارهای مجتمع یا آی سی ها ساخته اند تا حجم کمتری گرفته و کار کردن با آنها راحت تر باشد ، در توضیح کمتر شدن حجم مدارها بوسیله آی سی ها همین بس که تخمین زده اند که اگر CPU کامپیوتر را که یک آی سی با حجم کمی است بخواهند با المان های معمولی درست کنند وسعتی به اندازه یک شهر خواهد داشت .
آی سی ها خود بر دو نوع تقسیم می شوند :
1- آنالوگ 2- دیجیتال
که از نظر شکل ظاهری به اشکال زیر تقسیم می شوند :
• آی سی های SMD: - دو طرفه : که از دو طرف پایه دارند
- چهار طرفه : که از چهار طرف پایه دارند .
آی سی SMD دو طرفه
آی سی SMD چهار طرفه
نحوه شماره گذاری پایه های آی سی SMD
• آی سی BGA که از زیر پایه دارند و امروزه کاربرد بیشتری نسبت به آی سی های SMD دارند . نحوه شماره گذاری پایه ها هم به صورت ماتریسی مثل شکل مقابل است .
از جمله آی سی های BGA در گوشی های موبایل می توان به آی سی های شارژ و تغذیه در گوشی ها اشاره کرد . البته شایان ذکر است که در نامگذاری ستون های آی سی های BGA حروف ( Z , Y , S , Q , O , I ) استفاده نمی شوند . بعد از حروف Y از حروف AC, AB , AA و ... استفاده می شود .
• آی سی های Micro BGA : از نظر شکل و شماره گذاری پایه ها شبیه به BGA اما تعداد پایه های آن خیلی بیشتربوده و به هم نزدیکتر است . مثل آی سی های Flash , CPU و ... آی سی ها را در نقشه ها با U یا N یا S مشخص می کنند و از روی آی سی ها بخش ها مشخص می شوند و المان هایی که به آی سی ها متصل اند عدد اولشان با شماره آی سی یکی خواهد بود . آی سی ها نیز مانند دیگر قطعات نیمه هادی دارای شماره فنی هستند که توسط کمپانی سازنده مشخص می شود و تنها راه استفاده آن ها به جای یکدیگر شماره فنی مشابه است . مثلا NE555 . اما بعضی از آی سی ها علاوه بر شماره فنی دارای اسم نیز هستند . مثلا آی سی تغذیه سری BB5 نوکیا با نام " RETU " یا آی سی شارژ نوکیا با اسم " TAHVO " .
فصل دوم
ترانزیستور
معرفی 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.
ترانزیستور معمولی ازسه کریستال نوع P و N تشکیل یافته است . دو.نوع ترانزیستور وجود دارد که به یکی « N P N » ودیگری « P N P » گفته می شود . سه پایه ی ترانزیستور نیز امیتر یعنی منتشر کننده ، بیس یعنی پایه و کلکتور یعنی جمع کننده نامگذاری شده اند .
ترانزیستورهای جدید به دو دسته کلی تقسیم میشوند: ترانزیستورهای اتصال دوقطبی(s) و ترانزیستورهای اثر میدانی Ts. اعمال جریان در BJTها و ولتاژ در FETها بیین ورودی وترمینال مشترک رسانایی بین خروجی و ترمینال مشترک را افزایش می‌دهد، از اینرو سبب کنترل جریان بین آنها می‌شود. مشخصات ترانزیستورها به نوع آن بستگی دارد. مدل‌های ترانزیستور را ببینید. لغت «ترانزیستور» به نوع اتصال نقطه‌ای آن اشاره دارد، اما انی سمبل قدیمی با سمبل‌هایی را کردند که اختلاف ساختار ترانزیستور دوقطبی را به صورت دقیقتر نشان می‌داد، اما این ایده خیلی زود رها شد. در مدارات آنالوگ، ترانزیستورها در تقویت کننده‌ها استفاده میشوند، (تقویت کننده‌های جریان مستقیم، تقویت کننده‌های صدا، تقویت کننده‌های امواج رادیویی) و منابع تغذیه تنظیم شده خطی. همچنین از ترانزیستورها در مدارات دیجیتال بعنوان یک سوئیچ الکترونیکی استفاده میشوند، اما به ندرت به صورت یک قطعه جدا، بلکه به صورت بهم پیوسته در مدارات مجتمع یکپارچه بکار میروند. مدارات دیجیتال شامل گیت‌های منطقی، حافظه با دسترسی تصادفی (RAM)، میکروپروسسورها و پردازنده‌های سیگنال دیجیتال (DSPs) هستند. ترانزیستور میتواند به عنوان سویچ نیز کار کند.
ساختمان ترانزیستور
BJT از اتصال سه لایه بلور نیمه هادی تشکیل می‌شود. لایه وسطی بیس(base)، و دو لایه جانبی، یکی امیتر(emitter) و دیگری کلکتور(collector) نام دارد. نوع بلور بیس، با نوع بلورهای امیتر و کلکتور متفاوت است. HYPERLINK "file:///C:\\Users\\Mehregan\\Desktop\\موسی\\New%20Folder\\ترانزیستور.htm" \l "cite_note-0" [۱]دریک ترانزیستور دوقطبی، لایه امیتر یا گسیلنده بیشترین مقدار ناخالصی را دارد. که الکترونها از امیتر به سوی لایه کلکتور که ناخالصی کمتری دارد، گسیل داده می شود.
عملکرد
ترانزیستور از دیدگاه مداری یک عنصر سه‌پایه میباشد که با اعمال یک HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B3%DB%8C%DA%AF%D9%86%D8%A7%D9%84" \o "سیگنال" سیگنال به یکی از پایه‌های آن میزان HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AC%D8%B1%DB%8C%D8%A7%D9%86_%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%DB%8C%DA%A9%DB%8C" \o "جریان الکتریکی" جریان عبور کننده از دو پایه دیگر آن را می‌توان تنظیم کرد. برای عملکرد صحیح ترانزیستور در مدار باید توسط HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%A7%D9%86" \o "المان" المان‌های دیگر مانند HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%88%D9%85%D8%AA_%28%D8%A8%D8%B1%D9%82%29" \o "مقاومت (برق)" مقاومت‌ها و... جریان‌ها و ولتاژهای لازم را برای آن فراهم کرد و یا اصطلاحاً آن را HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A8%D8%A7%DB%8C%D8%A7%D8%B3" \o "بایاس" بایاس کرد.
انواع
دو دسته مهم از ترانزیستورها HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/BJT" \o "BJT" BJT ( HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D8%B1%D8%A7%D9%86%D8%B2%DB%8C%D8%B3%D8%AA%D9%88%D8%B1_%D8%AF%D9%88%D9%82%D8%B7%D8%A8%DB%8C_%D9%BE%DB%8C%D9%88%D9%86%D8%AF%DB%8C" \o "ترانزیستور دوقطبی پیوندی" ترانزیستور دوقطبی پیوندی) (Bypolar Junction Transistors) و HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/FET" \o "FET" FET ( HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D8%B1%D8%A7%D9%86%D8%B2%DB%8C%D8%B3%D8%AA%D9%88%D8%B1_%D8%A7%D8%AB%D8%B1_%D9%85%DB%8C%D8%AF%D8%A7%D9%86" \o "ترانزیستور اثر میدان" ترانزیستور اثر میدان) (Field Effect Transistors) هستند. ترانزیستورهای اثزمیدان یا FETها نیز خود به دو دستهٔ ترانزیستور اثر میدان پیوندی(JFET) و HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/MOSFET" \o "MOSFET" MOSFETها (Metal Oxide SemiConductor Field Effect Transistor) تقسیم میشوند.
ترانزیستور دوقطبی پیوندی
در ترانزیستور دو قطبی پیوندی با اعمال یک HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AC%D8%B1%DB%8C%D8%A7%D9%86" \o "جریان" جریان به پایه HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A8%DB%8C%D8%B3" \o "بیس" بیس جریان عبوری از دو پایه HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/%DA%A9%D9%84%DA%A9%D8%AA%D9%88%D8%B1" \o "کلکتور" کلکتور و HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D9%85%DB%8C%D8%AA%D8%B1" \o "امیتر" 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 قابلیت‌های دیگر باعث شده که هنوز هم از آنها در بعضی مدارات خاص استفاده شود. امروزه بجای استفاده از مقاومت وخازن و... در مدارات مجتمع تمامآازترانزیستوراستفاده میکنند.
ترانزیستور اثر میدان پیوندی
در ترانزیستورهای JFET(Junction Field Effect Transistors(در اثر میدان، با اعمال یک HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%88%D9%84%D8%AA%D8%A7%DA%98" \o "ولتاژ" ولتاژ به پایه HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AF%D8%B1%D9%88%D8%A7%D8%B2%D9%87_%28%D8%AA%D8%B1%D8%A7%D9%86%D8%B2%DB%8C%D8%B3%D8%AA%D9%88%D8%B1FET%29" \o "دروازه (ترانزیستورFET)" گیت میزان HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AC%D8%B1%DB%8C%D8%A7%D9%86" \o "جریان" جریان عبوری از دو پایه HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B3%D9%88%D8%B1%D8%B3" \o "سورس" سورس و HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AF%D8%B1%DB%8C%D9%86" \o "درین" درین کنترل می‌شود. ترانزیستور اثر میدانی بر دو قسم است: نوع n یا N-Type و نوع p یا P-Type. از دیدگاهی دیگر این ترانزیستورها در دو نوع HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A7%D9%81%D8%B2%D8%A7%DB%8C%D8%B4%DB%8C&action=edit&redlink=1&preload=%D8%A7%D9%84%DA%AF%D9%88:%D8%A7%DB%8C%D8%AC%D8%A7%D8%AF+%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%84%D9%87/%D8%A7%D8%B3%D8%AA%D8%AE%D9%88%D8%A7%D9%86%E2%80%8C%D8%A8%D9%86%D8%AF%DB%8C&editintro=%D8%A7%D9%84%DA%AF%D9%88:%D8%A7%DB%8C%D8%AC%D8%A7%D8%AF+%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%84%D9%87/%D8%A7%D8%AF%DB%8C%D8%AA%E2%80%8C%D9%86%D9%88%D8%AA%DB%8C%D8%B3&summary=%D8%A7%DB%8C%D8%AC%D8%A7%D8%AF+%DB%8C%DA%A9+%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%84%D9%87+%D9%86%D9%88+%D8%A7%D8%B2+%D8%B7%D8%B1%DB%8C%D9%82+%D8%A7%DB%8C%D8%AC%D8%A7%D8%AF%DA%AF%D8%B1&nosummary=&prefix=&minor=&create=%D8%AF%D8%B1%D8%B3%D8%AA+%DA%A9%D8%B1%D8%AF%D9%86+%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%84%D9%87+%D8%AC%D8%AF%DB%8C%D8%AF" \o "افزایشی (صفحه وجود ندارد)" افزایشی و HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%AA%D8%AE%D9%84%DB%8C%D9%87%E2%80%8C%D8%A7%DB%8C&action=edit&redlink=1&preload=%D8%A7%D9%84%DA%AF%D9%88:%D8%A7%DB%8C%D8%AC%D8%A7%D8%AF+%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%84%D9%87/%D8%A7%D8%B3%D8%AA%D8%AE%D9%88%D8%A7%D9%86%E2%80%8C%D8%A8%D9%86%D8%AF%DB%8C&editintro=%D8%A7%D9%84%DA%AF%D9%88:%D8%A7%DB%8C%D8%AC%D8%A7%D8%AF+%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%84%D9%87/%D8%A7%D8%AF%DB%8C%D8%AA%E2%80%8C%D9%86%D9%88%D8%AA%DB%8C%D8%B3&summary=%D8%A7%DB%8C%D8%AC%D8%A7%D8%AF+%DB%8C%DA%A9+%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%84%D9%87+%D9%86%D9%88+%D8%A7%D8%B2+%D8%B7%D8%B1%DB%8C%D9%82+%D8%A7%DB%8C%D8%AC%D8%A7%D8%AF%DA%AF%D8%B1&nosummary=&prefix=&minor=&create=%D8%AF%D8%B1%D8%B3%D8%AA+%DA%A9%D8%B1%D8%AF%D9%86+%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%84%D9%87+%D8%AC%D8%AF%DB%8C%D8%AF" \o "تخلیه‌ای (صفحه وجود ندارد)" تخلیه‌ای ساخته میشوند. نواحی کار این ترانزستورها شامل «فعال» و «اشباع» و «ترایود» است این ترانزیستورها تقریباً هیچ استفاده‌ای ندارند چون جریان دهی آنها محدود است و به سختی مجتمع میشوند.
انواع ترانزیستور پیوندی
pnp
شامل سه لایه نیم هادی که دو لایه کناری از نوع p و لایه میانی از نوع n است و مزیت اصلی آن در تشریح عملکرد ترانزیستور این است که جهت جاری شدن حفره‌ها با جهت جریان یکی است.
npn
شامل سه لایه نیم هادی که دو لایه کناری از نوع n و لایه میانی از نوع p است. پس از درک ایده‌های اساسی برای قطعهٔ pnp می‌توان به سادگی آنها را به ترانزیستور پرکاربردتر npn مربوط ساخت.ساختمان ترانزیستور پیوندی ترانزیستور دارای دو پیوندگاه است. یکی بین امیتر و بیس و دیگری بین بیس و کلکتور. به همین دلیل ترانزیستور شبیه دو دیود است. دیود سمت چپ را دیود بیس _ امیتر یا صرفاً دیود امیتر و دیود سمت راست را دیود کلکتور _ بیس یا دیود کلکتور می‌نامیم. میزان ناخالصی ناحیه وسط به مراتب کمتر از دو ناحیه جانبی است. این کاهش ناخالصی باعث کم شدن هدایت و بالعکس باعث زیاد شدن مقاومت این ناحیه می‌گردد.امیتر که به شدت آلائیده شده، نقش گسیل و یا تزریق الکترون به درون بیس را به عهده دارد. بیس بسیار نازک ساخته شده و آلایش آن ضعیف است و لذا بیشتر الکترونهای تزریق شده از امیتر را به کلکتور عبور می‌دهد. میزان آلایش کلکتور کمتر از میزان آلایش شدید امیتر و بیشتر از آلایش ضعیف بیس است و کلکتور الکترونها را از بیس جمع‌آوری می‌کند.
بازسازی اولین ترانزیستور جهان
طرز کار ترانزیستور پیوندی طرز کار ترانزیستور را با استفاده از نوع npn مورد بررسی قرار می‌دهیم. طرز کار pnp هم دقیقا مشابه npn خواهد بود، به شرط اینکه الکترونها و حفره‌ها با یکدیگر عوض شوند. در نوع npn به علت تغذیه مستقیم دیود امیتر ناحیه تهی کم عرض می‌شود، در نتیجه حاملهای اکثریت یعنی الکترونها از ماده n به ماده p هجوم می‌آورند. حال اگر دیود بیس _ کلکتور را به حالت معکوس تغذیه نمائیم، دیود کلکتور به علت بایاس معکوس عریض‌تر می‌شود.
الکترونهای جاری شده به ناحیه p در دو جهت جاری میشوند، بخشی از آنها از پیوندگاه کلکتور عبور کرده، به ناحیه کلکتور می‌رسند و تعدادی از آنها با حفره‌های بیس بازترکیب شده و به عنوان الکترونهای ظرفیت به سوی پایه خارجی بیس روانه میشوند، این مولفه بسیار کوچک است.
شیوه اتصال ترازیستورها
اتصال بیس مشترک در این اتصال پایه بیس بین هر دو بخش ورودی و خروجی مدار مشترک است. جهتهای انتخابی برای جریان شاخه‌ها جهت قراردادی جریان در همان جهت حفره‌ها می‌شود.
اتصال امیتر مشترک مدار امیتر مشترک بیشتر از سایر روشها در مدارهای الکترونیکی کاربرد دارد و مداری است که در آن امیتر بین بیس و کلکتور مشترک است. این مدار دارای امپدانس ورودی کم بوده، ولی امپدانس خروجی مدار بالا میباشد. HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A7%D8%AA%D8%B5%D8%A7%D9%84_%DA%A9%D9%84%DA%A9%D8%AA%D9%88%D8%B1_%D9%85%D8%B4%D8%AA%D8%B1%DA%A9&action=edit&redlink=1&preload=%D8%A7%D9%84%DA%AF%D9%88:%D8%A7%DB%8C%D8%AC%D8%A7%D8%AF+%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%84%D9%87/%D8%A7%D8%B3%D8%AA%D8%AE%D9%88%D8%A7%D9%86%E2%80%8C%D8%A8%D9%86%D8%AF%DB%8C&editintro=%D8%A7%D9%84%DA%AF%D9%88:%D8%A7%DB%8C%D8%AC%D8%A7%D8%AF+%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%84%D9%87/%D8%A7%D8%AF%DB%8C%D8%AA%E2%80%8C%D9%86%D9%88%D8%AA%DB%8C%D8%B3&summary=%D8%A7%DB%8C%D8%AC%D8%A7%D8%AF+%DB%8C%DA%A9+%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%84%D9%87+%D9%86%D9%88+%D8%A7%D8%B2+%D8%B7%D8%B1%DB%8C%D9%82+%D8%A7%DB%8C%D8%AC%D8%A7%D8%AF%DA%AF%D8%B1&nosummary=&prefix=&minor=&create=%D8%AF%D8%B1%D8%B3%D8%AA+%DA%A9%D8%B1%D8%AF%D9%86+%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%84%D9%87+%D8%AC%D8%AF%DB%8C%D8%AF" \o "اتصال کلکتور مشترک (صفحه وجود ندارد)" اتصال کلکتور مشترک اتصال کلکتور مشترک برای تطبیق امپدانس در مدار بکار می‌رود، زیرا برعکس حالت قبلی دارای امپدانس ورودی زیاد و امپدانس خروجی پائین است. اتصال کلکتور مشترک غالبا به همراه مقاومتی بین امیتر و زمین به نام مقاومت بار بسته می‌شود.
ترانزیستور اثر میدان MOS
این ترانزیستورها نیز مانند Jfetها عمل میکنند با این تفاوت که HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AC%D8%B1%DB%8C%D8%A7%D9%86" \o "جریان" جریان ورودی HYPERLINK "http://fa.wikipedia.org/wiki/%DA%AF%DB%8C%D8%AA" \o "گیت" گیت آنها صفر است. همچنین رابطه جریان با ولتاژ نیز متفاوت است. این ترانزیستورها دارای دو نوع PMOS و NMOS هستند که فناوری استفاده از دو نوع آن در یک مدار تکنولوژی CMOS نام دارد. این ترانزیستورها امروزه بسیار کاربرد دارند زیرا براحتی مجتمع میشوند و فضای کمتری اشغال میکنند. همچنین مصرف توان بسیار ناچیزی دارند.
به تکنولوژی‌هایی که از دو نوع ترانزیستورهای دوقطبی و Mosfet در آن واحد استفاده میکنند Bicmos می‌گویند.
البته نقطه کار این ترانزیستورها نسبت به دما حساس است وتغییر می‌کند. بنابراین بیشتر در سوئیچینگ بکار میروند AMB.ساختار و طرز کار ترانزیستور اثر میدانی ترانزیستور اثر میدانی (فت) - FET همانگونه که از نام این المام مشخص است، پایه کنترلی آن جریانی مصرف نمی‌کند و تنها با اعامل ولتاژ و ایجاد میدان درون نیمه هادی، جریان عبوری از FET کنترل می‌شود. به همین دلیل ورودی این مدار هیچ کونه اثر بارگذاری بر روی طبقات تقویت قبلی نمی‌گذارد و امپدانس بسیار بالایی دارد.
فت دارای سه پایه با نهامهای درِین D - سورس S و گیت G است که پایه گیت، جریان عبوری از درین به سورس را کنترل می‌نماید. فت‌ها دارای دو نوع N کانال و P کانال هستند. در فت نوع N کانال زمانی که گیت نسبت به سورس مثبت باشد جریان از درین به سورس عبور می‌کند. FETها معمولاً بسیار حساس بوده و حتی با الکتریسیته ساکن بدن نیز تحریک می‌گردند. به همین دلیل نسبت به نویز بسیار حساس هستند.
نوع دیگر ترانزیستورهای اثر میدانی MOSFETها هستند (ترانزیستور اثر میدانی اکسید فلزی نیمه هادی - Metal-Oxide Semiconductor Field Efect Transistor) یکی از اساسی‌ترین مزیت‌های ماسفت‌ها نویز کمتر آنها در مدار است.
فت‌ها در ساخت فرستنده باند اف ام رادیو نیز کاربرد فراوانی دارند. برای تست کردن فت کانال N با مالتی متر، نخست پایه گیت را پیدا می‌کنیم. یعنی پایه‌ای که نسبت به دو پایه دیگر در یک جهت مقداری رسانایی دارد و در جهت دیگر مقاومت آن بی نهایت است. معمولاً مقاومت بین پایه درین و گیت از مقاومت پایه درین و سورس بیشتر است که از این طریق می‌توان پایه درین را از سورس تشخیص داد.
کاربرد
ترانزیستور دارای ۳ ناحیه کاری میباشد. ناحیه قطع/ناحیه فعال(کاری یا خطی)/ناحیه اشباع ناحیه قطع حالتی است که ترانزیستور در ان ناحیه فعالیت خاصی انجام نمی‌دهد. اگر ولتاژ بیس را افزایش دهیم ترانزیستور از حالت قطع بیرون امده و به ناحیه فعال وارد می‌شود در حالت فعال ترانزیستور مثل یک عنصر تقریبا خطی عمل می‌کند اگر ولتاژ بیس را همچنان افزایش دهیم به ناحیه‌ای می‌رسیم که با افزایش جریان ورودی در بیس دیگر شاهد افزایش جریان بین کلکتور و امیتر نخواهیم بود به این حالت می‌گویند حالت اشباع و اگر جریان ورودی به بیس زیاد تر شود امکان سوختن ترانزیستور وجود دارد. ترانزیستور هم در مدارات الکترونیک آنالوگ و هم در مدارات الکترونیک دیجیتال کاربردهای بسیار وسیعی دارد. درمدارات آنالوگ ترانزیستور در حالت فعال کار می‌کند و می‌توان از آن به عنوان تقویت کننده یا تنظیم کننده ولتاژ (رگولاتور) و... استفاده کرد. و در مدارات دیجیتال ترانزیستور در دو ناحیه قطع و اشباع فعالیت می‌کند که می‌توان از این حالت ترانزیستور در پیاده سازی مدار منطقی، حافظه، سوئیچ کردن و... استفاده کرد. به جرات می‌توان گفت که ترانزیستور قلب تپنده الکترونیک است.
فهرست منابع
زهرا ناصری دادخواه
کتاب:مبانی الکترونیک، نویسنده: دکتر سید علی میر عشقی