الترانزستور

شرح الترانزستور كامل 

ما هو الترانزستور وما هي مكوناته؟

يتم تعريف الترانزستور على أنه عنصر الكتروني، يتكون من ثلاث شرائح، أي وصلتي موجب – سالب (P-N) متحدتين معا، وتشكلان ثنائيين متصلين معاً، كما في الشكل التالي:  

نلاحظ من الشكل أعلاه أن لهذا الاتصال حالتان: الأولى هي حالة NPN، حيث تشترك الوصلتان في الشريحة الموجبة وهي الأكثر شيوعا واستخداما. أما الحالة الثانية فهي PNP، حيث تشتركان في الشريحة السالبة.

إن الشريحة الوسطى والتي تعاكس الشريحتين الأخريين من حيث النوع تسمى بالقاعدة Base، ويرمز لها بالرمز B. أما الشريحتان على الأطراف فتسمى احداهما الباعث Emitter ورمزها E، وتسمى الأخرى المجمع (الجامع) Collector ورمزه C.

ما هي أنواع الترانزستور؟

تقسم الترانزستورات الى نوعين أساسيين هما PNP والآخر NPN.

ما هو اختصار كلمة ترانزستور؟

معنى كلمة ترانزستور تأتي اختصارا للكلمتين الانجليزيتين Transfer Resistor أي مقاوم النقل. ونعني بذلك أن طرفي التوصيل المرتبطان بالترانزستور كلاهما يعتمدان على الطرف الثالث للترانزستور.

من الذي اخترع الترانزستور ومتى؟

تم اختراع الترانزستور في أواخر أربعينات القرن الماضي أي في عام 1948م على يد العلماء الثلاث وهم: باردين (Bardeen)، براتين (Brattain) وشوكلي (Shockley)، حيث حصلوا على جائزة نوبل في عام 1956. ويعد هذا الاختراع الفضل الأعظم الذي غير شتى مجالات الحياة في عالم التكنولوجيا والالكترونيات.

كيف يعمل الترانزستور وما هو مبدأ عمله؟

يستخدم الترانزستور في الدارة الالكترونية إما كمفتاح أو مضخم للجهد أو التيار الكهربائي.

أولا: الترانزستور مفتاحاً

إن من أهم مزايا الترانزستور هو عمله كمفتاح. عندما يكون فرق جهد القاعدة صغير جداً، أي أن وصلة القاعدة – الباعث في حالة انحياز عكسي، وحالته هي القطع (OFF)، نلاحظ أن المصباح غير مضيء. ولكن بزيادة فرق الجهد على القاعدة إلى حد معين تصبح وصلة القاعدة-الباعث في حالة انحياز أمامي، وتكون حالة الترانزستور هي الوصل (ON)، حيث يمر التيار في جامع الترانزستور، وعندها يضيء المصباح 

وفي هذه الدارة يعمل الترانزستور كمفتاح يتحكم به بواسطة فرق الجهد بين القاعدة والباعث.

أيضاً من الأمثلة العملية الأخرى للترانزستور هي دارة غياب الضوء والتي تزداد فيها شدة إضاءة الثنائي الضوئي LED عندما تقل كمية الضوء الساقطة على المقاومة الضوئية LDR 

ففي تلك الدائرة، يقوم الترانزستور من نوع BC547 بوظيفة مفتاح، حيث يغلق عندما يكون الجهد على الرجل B أكبر من الجهد على الرجل E، بفرق جهد يزيد عن 0.7 فولت.

التطبيقات العملية التي يستخدم فيها الترانزستور مفتاحاً كهربائياً

1- تشغيل مصابيح الإشارة.

2- تشغيل دارات الإنذار، والأجهزة التي يتم التحكم بها عن بعد.

3- بوابة رقمية في الدارات الرقمية والدارات المتكاملة (ICs) والحاسوب ووحدة المعالجة المركزية (CPU).

4- مصابيح تحديد الاتجاه.

5- تستخدم في التصوير، إذ أن بعض الترانزستورات لديها ميزة الحساسية للضوء.

مميزات ومزايا الترانزستور كمفتاح

عند مقارنة المفاتيح الترانزستورية بمثيلاتها الالكتروميكانيكية، نجد أن الأولى تتمتع بعدة مزايا منها:

1- عدم احتواء المفاتيح الترانزستورية أجزاء ميكانيكية قد تتعرض الى التلف.

2- عدم حدوث شرارة كهربائية، وهذه ملازمة للمفاتيح الميكانيكية (كالريلي)، وتؤدي الى تلف تماساتها.

3- سرعة الوصل والفصل بالمقارنة مع المفاتيح الميكانيكية.

4- عدم حاجة المفاتيح الترانزستورية الى صيانة.

5- قليلة التكلفة.

6- موفرة للطاقة الكهربائية.

7- استخدامات أخرى للترانزستور كمفتاح (خافض إضاءة مصباح - مجس رطوبة - إطفاء المصباح آليا - مستقبل الأشعة تحت الحمراء - جهاز إنذار بالحريق.

استخدامات الترانزستور كمضخم

للترانزستور ثلاثة أنماط توصيل رئيسية، تتحدد بناء على الوظيفة المتوخاة من الدارة، هي:

1- توصيلة الباعث المشترك التي تستخدم لتضخيم فرق الجهد والتيار 

2- توصيلة القاعدة المشتركة التي تعمل على تضخيم فرق الجهد

3- توصيلة المجمع (الجامع) المشترك والتذي بدوره يعمل على تضخيم التيار 

دارة توضح اختبار تكبير التيار في الترانزستور

الدارة التالية تستخدم ترانزستور من صنف BFY51 من نوع NPN لتضخيم التيار الكهربائي في تلك الدارة.

ملاحظة هامة: تصل درجة تضخيم التيار في بعض الترانزستورات الى 30 ألف ضعف ما هي عليه.

ما دور الترانزستور في المذياع؟

وظيفة الترانزستورات في المذياع تكمن في أنها تعمل في المقام الأول كمفاتيح ومكبرات للصوت. وبالنظر إلى هذه الوظائف، ليس من المفاجئ أن تكون الأجهزة ذات الصلة بالصوت هي أول المنتجات التجارية التي تستخدم الترانزستورات.

إن وظيفة الترانزستورات في أجهزة الراديو هي وظيفة مباشرة. إذ يتم تسجيل الأصوات من خلال الميكروفون وتحويلها إلى إشارات كهربائية. تنتقل تلك الإشارات عبر دائرة كهربائية، ويضخّم الترانزستور تلك الإشارة ويعمل على تكبيرها، والتي تكون أعلى صوتًا عند وصولها إلى مكبر الصوت.

ما هي أصناف الترانزستورات؟ وأيهما الأكثر شيوعا؟

هنالك العديد من أصناف الترانزستورات التي تدعم خصائص معينة لتخدم حاجتها. فعلى سبيل المثال هذه قائمة بأهم وأكثر أنواع الترانزستورات شيوعا والتي يتم استخدامها في شتى المجالات:

2N2222, 2N3055, BY255, 1N5408, BC337, BC547, BC548, BC557, BC640, BC639, BC141, BC147, BU426A, BUDW11, D2144, BFY51, 2SB507, 2SD313, 1S2758, 2SD1518, 1N4001, 2N3904.

بدائل الترانزستورات  Transistor Equivalent List

في حال عدم توفر صنف معين من الترانزستورات، قد نلجأ الى ما يسمى بالبديل لذلك الترانزستور، والذي لديه العديد من المواصفات المشتركة للترانزستور المفقود. فمثلا، إذا بحثنا عن ترانزستور من نوع 1S2758 ولم نجده، فنلجأ الى بديله والذي تصنعه شركات أخرى مثل الترانزستور BY255 و 1N5408. وأيضاً بديل الترانزستور من نوع 2SD1518 هما الترانزستوران BU426A، BUDW11. ولمزيد من البدائل والمواصفات بإمكانك تحميل كتاب البدائل والمواصفات للترانزستورات. وفي بعض الأحيان قد تجد ترانزستور من نوع PNP بديلا لآخر من نوع NPN كالترانزستور BC557 الذي هو من نوع PNP والذي يصلح لأن يكون بديلا للترانزستور BC547/BC548 واللذان هما من نوع NPN.

ما هي طرق فحص خصائص الترانزستور؟

توجد أدلة تعريفية لمواصفات القطع الالكترونية والتي تبين شكل الأداة والوظيفة المراد لها القيام بها، والمادة المصنوعة منها، ودرجة تحملها للحرارة، وشدة التيار وفرق الجهد.

ما الفرق بين الترانزستور BC547 والترانزستور BC548؟

يطلق على كلا الترانزستورين BC547 و BC548 اسم ترانزستور متعدد الأهداف، وبالإمكان أن يعمل كلاهما كبديل للآخر. كما وأن كلا الترانزستورين من نوع NPN، ومع هذا يبقى هنالك اختلاف بسيط بينهما.

إن الفرق الوحيد بين الترانزستور BC547 و BC548 هو مقدار تحمله لفرق الجهد المار بأطرافه. فالترانزستور من صنف BC547 يحتمل فرق جهد أقصاه 30 فولت في كل من Vcbo, Vces, Vceo و مقدار 5 فولت في حال Veb. أما الترانزستور BC548 فأقصى فرق جهد يحتمله في حال Vcbo, Vces هو 50 فولت، وفي حال Vceo 45 فولتا ، وفي حال Vebo تكون أقصاها 6 فولتات.   

شروط توصيل الترانزستور في الدائرة

أولا: يجب توفر مقاومة توصل مع قاعدة الترانزستور بمقدار 1 كيلو أوم على الأقل لحمايتها.

ثانيا: يوصل مجمع (جامع) الترانزستور مع الحمل (مروحة - طنان – جرس – الخ... ).

ثالثا: بوصل باعـث الترانزسـتور مـع مـا يشابهه مـن البطارية ألي + مع + و – مع – .

رابعا: لكي يعمل الترانزستور، يحتاج إلــى جهــد أعلــى بقليل من 0.7 فولت فيعمل كمفتاح مغلق (ON).