ترانزیستور چگونه کار می کند؟

مدار هر وسیله الکترونیکی را که باز کنید، ترانزیستور را در آن خواهید یافت. امروزه، ترانزیستورها در صنایع الکترونیک، مخابراتی، نظامی، صوتی و تصویری یکی از قطعات مهم به شمار می روند. ترانزیستورها اغلب در نقش سوئیچ الکترونیکی نیز در مدارها استفاده می شوند، ولی بیشترین کاربرد آنها در تولید تراشه های مجتمع (IC) است.

آیا می خواهید بدانید این قطعه سه پایه ای چگونه کار می کند؟ اگر جواب تان مثبت است، شما می توانید با ما همراه باشید تا نگاهی به درون ترانزیستور بیندازیم.

اجزاء ترانزیستور

اجزاء اصلی تشکیل دهنده ترانزیستور مانند دیود، نیمه هادی است. نیمه هادی ها موادی با خصوصیات متفاوت در انتقال جریان الکتریکی محسوب می شوند. همانگونه که در مبحث دیود مطرح شد، با اتصال دو نیمه هادی نوع N و P به یکدیگر، جریان الکتریکی فقط در یک جهت از آن عبور می کند.

ترانزیستورها از کنار هم قرار گرفتن نیمه هادی ها به صورت NPN یا PNP تولید می شوند. تفاوت این دو نوع ترانزیستور تنها در جهت عبوردهی جریان الکتریکی (از چپ به راست یا راست به چپ) است. در این بخش ما ترانزیستور نوع NPN را بررسی خواهیم کرد و نحوه کار آن را توضیح خواهیم داد.

ترانزیستور NPN

این نوع ترانزیستور از دو سیلیکون نوع N (دارای الکترون آزاد) و یک سیلیکان نوع P (حفره دار؛ فاقد الکترون) بین آن دو تشکیل شده است. لایه اول Emitter، لایه دوم Base و لایه سوم Collector نام دارند که به هر کدام الکترود (پایه فلزی) متصل است.

در حالت عادی بخشی از الکترون های ناحیه N به سوی حفره های ناحیه P حرکت می کنند و ناحیه تخلیه (سد) به وجود می آورند. در ناحیه تخلیه، اتم های سیلیکون به صورت خالص در می آیند.

از آنجا که سیلیکون های خالص قابلیت عبور جریان الکتریسیته را ندارند و مانند نارسانا عمل می کنند، حتی اگر اختلاف ولتاژ دو طرف (E و C) را بالا ببرید، الکترون ها نمی توانند این سد را بشکنند و از ناحیه تخلیه عبور کنند.

ناحیه تخلیه این ترانزیستور را می توان با افزایش ولتاژ در ناحیه میانی از بین برد. در ترانزیستورهای NPN به ناحیه میانی بار مثبت می دهند تا الکترون های ناحیه Emitter به سوی ناحیه Base و از آنجا به طرف Collector حرکت کنند. به این ترتیب ناحیه های تخلیه از بین می روند و الکترون ها از E به C (جریان الکتریکی از C به E) حرکت می کنند.

یک مثال عملی

برای فهم بهتر نحوه کار ترانزیستور، مداری را مطابق با شکل زیر در نظر بگیرید.

در مدارات الکترونیکی، ترانزیستور را به شکل یک دایره با سه پایه و یک فلش نشان می دهند که نوع NPN یا PNP را مشخص می کند. در این مدار، قطب مثبت به یک لامپ و در ادامه به پایه Collector ترانزیستور وصل است و قطب منفی (زمین) به پایه Emitter متصل شده است.

در حالت اول چون ولتاژی با بار مثبت به پایه Base ترانزیستور نمی رسد، درون ترانزیستور ناحیه های تخلیه به وجود می آید و جریان الکتریکی نمی تواند از C به E جریان یابد و اصطلاحاً می گویند که مدار قطع (باز) است، در این صورت لامپ روشن نخواهد شد. در حالت دوم با بسته شدن سوئیچ، ولتاژ با بار مثبت به پایه Base می رسد، ناحیه های تخلیه از بین می روند، جریان از C به E برقرار می شود و لامپ روشن می گردد.

تیم Bell Labs متشکل از جان باردین، والتر براتین و ویلیام شاکلی در سال 1956 جایزه نوبل فیزیک را برای توسعه ترانزیستورها دریافت کردند.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «ترانزیستور چگونه کار می کند؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه علمی پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله وب سایت HowStuffWorks ترجمه شده توسط بهنام زاده به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.