مبدأ عمل الترانزستور

• ذات صلة
• كيفية المحافظة على البيئة من التلوث
• كيفية حدوث الزلازل

ما هو الترانزستور؟

هل تساءلت يومًا عن سبب اختراع أول كمبيوتر بالعالم بحجمٍ كبير وضخم مقارنةً بالحواسيب المحمولة، والحاسبات اللوحية التي نراها اليوم والتي قد لا يتجاوز وزنها ربع كيلوغرام رغم تعقيد بعض الأجهزة وصعوبة تكوين دارتها الكهربائية، يعود السبب إلى ثورة الترانزستورات التي أحدثت فرقًا واضحًا في عالم التكنولوجيا الضخم؛ إذ أُدخلت الترانزيستورات كجهاز كهربائي فعّال لتنظيم تدفق التيار الكهربائي، والسيطرة على نقل الإشارات الإلكترونية في الدارات الكهربائية،^[١] ويصنع الترانزستور من مواد أشباه موصلة (نصف ناقلة) وأهمها السليكون الذي يعد مادة غير موصلة للتيار الكهربائي كالمعادن وغير عازلة كالبلاستيك، لكن عولج هذا السليكون بالعديد من العناصر الكيميائية؛ كالزرنيخ والفوسفور وغيرها، مما جعله يكتسب إلكترونات حرة قادرة على نقل التيار الكهربائي،^[٢] ولا يقتصر استخدام الترانزستور على أجهزة الحواسيب بل هي جزء أساسي في الأجهزة الإلكترونية وهي أشبه بخلايا عصبية لعصر التكنولوجيا والمعلومات.^[٣]

مبدأ عمل الترانزستور

لكن ما هو مبدأ عمل الترانزستور؟ يكمن مبدأ عمل الترانزستور بتدفق تيارٍ كهربائي على دفعاتٍ متتالية، ويمكن إرفاقه بالقطع الإلكترونية كمضخم لتكبير الصوت ومعالجة الإشارات، أو إرفاقه كمفتاح تبديل للتحكم ببث التيار الكهربائي، إذ يستخدم لتنظيم فرق الجهد بين طرفين لضبط تدفق التيار الكهربائي المار بالطرف الثالث بقيمةٍ متغيرة، وهو بمثابة مركز رئيسي يتصل بالجهد أو التيار، ويحتوي على ثلاث نهاياتٍ طرفية نصف موصلة، ويوصل بالدارة بثلاثة تشكيلات وهما القاعدة المشتركة، والباعث المشترك، والمجمع المشترك، وسنتحدث عن مبدأ عمل كل طبقة:^[٤]

• القاعدة "base": وهي بمثابة قسم التحكم كمفتاح رئيسي لبث تيار كهربائي بحجمٍ كبير.
• المجمع "collector": يوصل بالدارة الكهربائية لإمداداها بأكبر قدرٍ من التيار الكهربائي.
• الباعث "emitter": ويعد نهاية إمداد المجمع وبداية المخرج.

ويبدأ عمل الترانزستور بدايةً من القاعدة المشتركة؛ إذ يرسل تيار كهربائي عبر الدارة بمستويات متباينة، ويأتي دور المجمع المشترك بالسيطرة على هذا التيار المتباين وتنظيمه من بداية مفتاح التبديل، والهدف تنظيم تدفق التيار بكمياتٍ قليلة للسيطرة على بث الكميات الكبيرة منه، ثم يأتي دور الباعث المشترك كحلقة وصل تربط الدارة الداخلية والنظام الخارجي المستهدف من تطبيق الدارة كاملة، وتوضع المواد شبه الموصلة وأغلبها مكونة من بلورات الجرمانيوم أو السيليكون، وهي بمثابة مواد عازلة توضع بين مكونات أخرى موصلة بين طبقتي الباعث والمجمع وهما من الصفائح الموصلة؛ لتكتسب خصائص ومميزات جديدة مغايرة وموصلة للتيار وتبث من القاعدة وتمر بالمجمع لتجميع التيار وتنظيمه، وانتهاءً بالباعث والمخرج الذي يسمح بمرور الكهرباء.^[٤]

أنواع الترانزستور

يوجد أنواع مختلفة من الترانزستور منها:^[٥][٦]

• ترانزستور ثنائي القطب (ثنائي الوصلة): ويتكون من ثلاث طبقات: القاعدة، والمجمع، والباعث، ويستخدم لبث التيار الكهربائي بقوة أكبر بداية من دخوله للقاعدة وتوزيعه عبر الباعث والمجمع، ويوجد منه صنفان هما:
  • ترانزستور NPN: ويعد الناقل للتيار الكهربائي؛ إذ يتكون هذا النوع من أشباه الموصلات ويرمز لها N، ويتخللها طبقة رقيقة شبه موصلة P وهي القاعدة الرئيسية، إذ يبدأ بث وإدخال تيارٍ كهربائي بين وصلات الترانزستور؛ لتوليد تيار بقوةٍ أكبر، وتنظم التيار الكهربائي بشكله الصحيح.
  • ترانزستزور PNP: يعمل هذا النوع من الترانزستور كطريقة الترانزستور الNPN، إلا أنّه تُعكس فيه الطبقات ليبث التيار بطريقة عكسية.
• ترانزستور تأثير المجال: وتُعرف أيضًا بترانزستور التأثير الميداني، وهي من الأنواع التي لها تأثير مقاومة عالٍ في إدخال التيار، ويتكون من ثلاث طبقات؛ البوابة، والمصدر، والمخرج، ويعمل هذا النوع بالجهد بداية من بث التيار عبر بوابة الترانزستورمن المنبع أو المصدر وانتهاءً إلى المخرج، ويوجد منه نوعان رئيسيان:
  • ترازستور تأثير المجال JFETs: يستخدم كتقاطع طرفي ثالث.
  • ترانزستور تأثير المجال MOSFETs: يستخدم كمفتاح وهو من أنواع الترانزستورات المعزولة، ومقاومته أعلى من ترانزستور JFETs.

مَعْلومَة

يستخدم الترانزستور في عدة مجالات رئيسية تختص بالإلكترونيات الحديثة، ومجالات علم الفيزياء التي تستهدف الطاقة، والصناعات العلمية الحديثة، إذ يوظف ويستخدم كالآتي:^[٧]

• يستخدم كمفتاح: يستخدم كمفتاح وبوابة لإدخال التيار الكهربائي عبر الدارات الكهربائية، ويستخدم أيضًا في الأجهزة التي تحتاج لطاقة عالية كالمحركات وملفات الأسلاك اللولبية؛ إذ يوظف استخدامه بها للفتح والإغلاق من خلال استخدام مفتاح ON لبث التيار وإدخاله ومفتاح OFF لقطع بث وإدخال التيار الكهربائي.
• يستخدم كمكبر ومضخم للصوت: يستخدم لتكبير الإشارت والترددات الصوتية وتضخيمها، بحيث يُدخل تيار قليل ليُضاعف عبر مروره بطبقات الترانزستور؛ لإحداث فرق في مستوى التيار، وعادة ما يستخدم في أغلب الأجهزة الإلكترونية التي تتطلب إيصال ترددات صوتية وتضخيمها.
• يستخدم لتضخيم الإشارات الضعيفة: ويستخدم لهذا النوع ترانزستور Darlington وهو نوع مزدوج يتكون من زوجي ترانزستور ثنائي القطب يدعم الأول الثاني ويقويه، إذ تُرفع مقاومة التيار من الترانزستور الأول المثبت عند القاعدة، وتُضاعف زيادة التيار عند الترانزستور الآخر المثبت عند مخرج الدارة الكهربائية.

المراجع

1. ↑ by: Margaret Rouse , "transistor"، techtarget, Retrieved 29-7-2020. Edited.
2. ↑ " Transistors", explainthatstuff, Retrieved 6-8-2020. Edited.
3. ↑ Michael Riordan (29-7-2020), "Transistor"، britannicaRetrieved 6-8-2020. Edited.
4. ^ ^{أ ب} "How does a transistor work?", physlink, Retrieved 30-7-2020. Edited.
5. ↑ "Types of Transistors", learningaboutelectronics, Retrieved 6-8-2020. Edited.
6. ↑ "Transistor: Types of Transistors", infoplease, Retrieved 6-8-2020. Edited.
7. ↑ By Nak Bhat (25-4-2017), "The Uses of NPN Transistors"، sciencing, Retrieved 6-8-2020. Edited.