ترانزیستور

یکی از مهمترین و کلیدیترین قطعه مداری در الکترونیک که کاربردهای بسیار گسترده و متنوعی دارد، ترانزیستور است.

تاحالا شده از خود بپرسید اگر این قطعه اختراع نشده بود، الکترونیک پیشرفتی میکرد یا خیر؟ اصلا سرنوشت ما در دنیایی بدون ترانزیستور(!) چگونه رقم میخورد؟ حتی تصور همچین دنیایی برای مهندسان الکترونیک دشوار است. بنابراین باید ممنون مخترع یا مخترعان این محصول بود.

در سال 1948 در آزمایشگاه‌های بل آغاز عصر مدارهای حالت جامد بود و به الکترونیکی انجامید که نحوه‌ی کار، سرگرمی و در واقع زندگی انسان‌ها را تغییر داد. اختراع BJT که یکی از انواع ترانزیستور است سرانجام به غلبه‌ی فناوری اطلاعات منجر شد و اقتصاد مبتنی بر دانش ظهور کرد. در آزمایشگاه‌های بل هنگام تحقیق برای تقویت‌کننده‌های بهتر و یافتن جایگزینی بهتر برای رله‌های مکانیکی اختراع شد چرا که لامپ‌های خلاء به دلیل مصرف توان زیاد آن‌ها سریعا می‌سوختند.

براساس ساختمان داخلی این قطعه و نحوه‌ی کاربرد از آن‌ها به دو دسته‌ی کلی دوقطبی پیوندی(BJT) و  اثر میدان(MOSFET) تقسیم بندی می‌شوند.

الف) ترانزیستور دوقطبی: ترانزیستور دوقطبی تقریبا به مدت سه دهه عنصر منتخب برای طراحی مدارهای گسسته و مجتمع بود. در دهه‌های 1970 و 1980 بود که ماسفت توانست خود را به عنوان رقیب جدی BJT مطرح کند. اما BJT هنوز عنصر مهمی است که در بعضی کاربردها همچنان عنصر برتر محسوب می‌شود. مثلا قابلیت اطمینان BJT در شرایط سخت کاری آن را به عنصر غالب در صنعت خودکارسازی تبدیل کرده است.

ترانزیستور BJT از سه پایه به ترتیب بیس(B)، کلکتور(C) و امیتر(E) تشکیل می‌شود که براساس ساختمان داخلی به دو نوع pnp و npn تقسیم می‌شود. شکل زیر ترانزیستور BJT را نشان می‌دهد.

تنها تفاوت 2 ترانزیستور بالا جهت پیکان روی امیتر آنهاست

ب) ترانزیستور MOS:

ماسفت در مقایسه با BJT مساحت کمتری را اشغال میکند و کوچکتر است، فرآیند ساخت نسبتا سادهای دارد، همچنین توان کمتری را مصرف می کند. طراحان مدار روشهای هوشمندانهای برای ساخت توابع دیجیتال و آنالوگ تنها یافتهاند. تمام این ویژگیها این امکان را فراهم کرده است که تعداد زیادی ماسفت روی یک تراشه آیسی، برای ایجاد مدارهای بسیار پیچیده ماندد حافظهها و میکروپروسسورها ساخته شود.

مدارهای آنالوگ مانند تقویت کننده و فیلتر نیز با فناوری ماسفت قابل ساخت هستند، البته برروی تراشهای کوچکتر!

همچنین میتوان روی یک تراشه هم توابع انالوگ و هم توابع دیجیتال ایجاد کرد، زمینهای که طراحی mix signal نام گرفتهاست.

ترانزیستورهای پیوند اثر میدانی و اثر میدانی تقریبا در یک دستهبندی درنظر گرفته میشوند.

در ترانزیستورهای JFET بااعمال یک ولتاژ به پایه گیت میزان جریان عبوری بین دو پایه سورس و درین کنترل میشود، ترانزیستورMOSFET مشابه JFET است بااین تفاوت که جریان گیت آن صفر است و این باعث تفاوت رابطه جریان آنها میشود. (در این بخش نامی از ترانزیستور FET به دلیل مشابهت زیاد برده نمیشود،به شکل بالا توجه کنید)

انواع ترانزیستور JFET به دو نوع N و P تقسیم میشوند ولی ترانزیستور MOSFET دو نوع PMOS وNMOS دارد که تکنولوژی ساخت آنها از CMOS است.