أنواع الترانزستورات وتطبيقاتها

تتشكل كلمة "الترانزستور" من كلمتين: النقل والمقاوم. تتم ترجمة الكلمة الأولى من الإنجليزية باسم "انتقال" ، والثانية - "المقاومة". بهذه الطريقة الترانزستور هي نوع خاص من المقاومة ، والتي ينظمها الجهد بين القاعدة والباعث (التيار الأساسي) في الترانزستورات ثنائية القطب، والجهد بين البوابة ومصدر الترانزستورات تأثير المجال.

في البداية ، تم اقتراح عدة أسماء لجهاز أشباه الموصلات: الصمام الثلاثي لأشباه الموصلات ، الصمام الثلاثي البلوري ، اللوتراترون ، ولكن نتيجة لذلك ، ركزوا على اسم "الترانزستور" ، الذي اقترحه جون بيرس ، وهو مهندس أمريكي وكاتب خيال علمي ، صديق ويليام شوكلي.

بادئ ذي بدء ، سوف نغرق قليلاً في التاريخ ، ثم سننظر في بعض أنواع الترانزستورات من المكونات الإلكترونية الشائعة في السوق اليوم.

قام وليام شوكلي ووالتر براتين وجون باردين ، الذين عملوا كفريق في مختبرات بيل لابز ، في 16 ديسمبر 1947 بإنشاء أول ترانزستور ثنائي القطب يعمل ، والذي أظهره العلماء رسميًا وعلنيًا في 23 ديسمبر من ذلك العام. كان الترانزستور نقطة.

بعد ما يقرب من عامين ونصف ، ظهر أول ترانزستور تقاطع الجرمانيوم ، ثم ترانزستور ميسا منصهر ، كهرومغناطيسي ، ونشرت شركة Texas Instruments في عام 1958 أول ترانزستور سيليكون ، ثم ، في عام 1959 ، تم إنشاء أول ترانزستور سيليكون مستو بواسطة جان إرني ، نتيجة لذلك ، تم استبدال الجرمانيوم بالسليكون ، واحتلت تكنولوجيا المستوي مكان الصدارة في التكنولوجيا الرئيسية لإنتاج الترانزستورات.

في الإنصاف ، نلاحظ أنه في عام 1956 ، حصل ويليام شوكلي وجون باردين ووالتر براتين على جائزة نوبل في الفيزياء "لدراسة أشباه الموصلات واكتشاف تأثير الترانزستور".

بالنسبة إلى الترانزستورات ذات التأثير الميداني ، تم تقديم طلبات براءات الاختراع الأولى منذ منتصف العشرينات من القرن العشرين ، على سبيل المثال ، قام الفيزيائي يوليوس إدغار ليلينفيلد في ألمانيا ببراءة اختراع مبدأ الترانزستورات ذات التأثير الميداني في عام 1928. ومع ذلك ، تم تسجيل براءة اختراع ترانزستور التأثير الميداني المباشر لأول مرة في عام 1934 من قبل الفيزيائي الألماني أوسكار هيل.

إن تشغيل ترانزستور التأثير الميداني يستخدم بشكل أساسي التأثير الإلكتروستاتي للحقل ، إنه أبسط ماديًا ، لأن فكرة ترانزستورات التأثير الميداني ظهرت قبل فكرة ترنزستورات ثنائية القطب. تم تصنيع ترانزستور تأثير الحقل الأول لأول مرة عام 1960 نتيجة لذلك ، بالقرب من التسعينيات من القرن العشرين ، بدأت تقنية MOS (تقنية ترانزستور تأثير أشباه الموصلات وأثر أشباه الموصلات في المجال) في السيطرة على العديد من الصناعات ، بما في ذلك قطاع تكنولوجيا المعلومات.

في معظم التطبيقات ، استبدلت الترانزستورات أنابيب الفراغ ، وحدثت ثورة حقيقية من السيليكون في إنشاء دوائر متكاملة. لذلك ، يتم استخدام الترانزستورات ثنائية القطب في التكنولوجيا التناظرية اليوم ، وفي التكنولوجيا الرقمية - الترانزستورات ذات التأثير الميداني بشكل رئيسي.

الجهاز ومبدأ تشغيل المجال و الترانزستورات ثنائية القطب - هذه هي الموضوعات الخاصة بمقالات فردية ، لذلك لن نتطرق إلى هذه التفاصيل الدقيقة ، ولكننا سننظر في الموضوع من وجهة نظر عملية بحتة مع أمثلة محددة.

كما تعلمون بالفعل ، وفقًا لتقنية التصنيع ، تقسم الترانزستورات إلى نوعين: التأثير الميداني والثنائي القطب. يتم تقسيم القطبين بدوره عن طريق التوصيل إلى الترانزستورات n-p-n ذات التوصيل العكسي ، والترانزستورات p-n-p ذات الموصلية المباشرة. ترانزستورات التأثير الميداني هي ، على التوالي ، بقناة n-type و p-type. يمكن عزل بوابة الترانزستور ذات التأثير الميداني (IGBTs) أو كوصلة pn. أناالترانزستورات GBT تأتي مع قناة متكاملة أو مع قناة مستحثة.

يتم تحديد مجالات تطبيق الترانزستورات بخصائصها ، ويمكن أن تعمل الترانزستورات في وضعين: في المفتاح أو في مكبر للصوت.في الحالة الأولى ، يكون الترانزستور مفتوحًا بالكامل أو مغلقًا تمامًا أثناء التشغيل ، مما يسمح لك بالتحكم في مصدر الطاقة للأحمال الكبيرة ، باستخدام تيار صغير للتحكم. وفي التضخيم ، أو بطريقة أخرى - في الوضع الديناميكي ، يتم استخدام خاصية الترانزستور لتغيير إشارة الخرج مع تغيير بسيط في إشارة التحكم في الإدخال. بعد ذلك ، نعتبر أمثلة لمختلف الترانزستورات.

2N3055 - الترانزستور ثنائي القطب n-p-n في الحزمة TO-3. إنه شائع كعنصر من مراحل إخراج مكبرات الصوت عالية الجودة ، حيث يعمل في وضع ديناميكي. يستخدم عادةً مع مجموعة p-n-p التكميلية MJ2955. يمكن أن يعمل هذا الترانزستور أيضًا في وضع المفتاح ، على سبيل المثال ، في محولات التردد المنخفض للمحول من 12 إلى 220 فولت 50 هرتز ، يتحكم زوج من 2n3055 في محول الدفع والشد.

من الجدير بالذكر أن الجهد جامع باعث لهذا الترانزستور أثناء العملية يمكن أن تصل إلى 70 فولت ، و 15 أمبير الحالي. تسمح لك علبة TO-3 بإصلاحه بسهولة على الرادياتير إذا لزم الأمر. يتراوح معامل نقل التيار الثابت من 15 إلى 70 ، وهذا يكفي للتحكم بشكل فعال في الأحمال القوية ، على الرغم من حقيقة أن قاعدة الترانزستور يمكن أن تصمد أمام التيار حتى 7 أمبير. يمكن أن يعمل هذا الترانزستور على ترددات تصل إلى 3 ميغاهيرتز.

KT315 - أسطورة بين الترانزستورات ثنائية القطب منخفضة الطاقة المحلية. شهد هذا الترانزستور من نوع n-p-n لأول مرة ضوء عام 1967 ، وحتى يومنا هذا يحظى بشعبية في بيئة راديو الهواة. زوج مكمل لها هو KT361. مثالي للأوضاع الديناميكية والمفاتيح في دوائر منخفضة الطاقة.

في أقصى الجهد المسموح به لباعث جامع البالغ 60 فولت ، فإن هذا الترانزستور عالي التردد قادر على تمرير تيار يصل إلى 100 مللي أمبير من خلال نفسه ، وتردد القطع لديه لا يقل عن 250 ميجا هرتز. يصل معامل النقل الحالي إلى 350 ، على الرغم من أن التيار الأساسي يقتصر على 50 مللي أمبير.

في البداية ، تم إنتاج الترانزستور فقط في علبة بلاستيكية KT-13 ، بعرض 7 ملم وارتفاع 6 ملم ، ولكن في الآونة الأخيرة يمكن العثور عليها أيضًا في علبة TO-92 ، على سبيل المثال ، تم تصنيعها بواسطة Integral OJSC.

KP501 - ترانزستور قناة ن منخفضة التأثير في مجال القدرة المنخفضة مع بوابة معزولة. لديها قناة n مخصبة ، مقاومة من 10 إلى 15 أوم ، وهذا يتوقف على التعديل (A ، B ، C). تم تصميم هذا الترانزستور ، كما وضعه من قبل الشركة المصنعة ، لاستخدامها في معدات الاتصالات ، في الهواتف وغيرها من المعدات الإلكترونية.

يمكن أن يسمى هذا الترانزستور إشارة. حزمة TO-92 صغيرة ، أقصى جهد مصدر الصرف - حتى 240 فولت ، أقصى تيار تصريف - حتى 180 مللي أمبير. قدرة مصراع أقل من 100 pF. من الجدير بالملاحظة بوجه خاص أن الجهد الكهربائي للمصراع يتراوح من 1 إلى 3 فولت ، مما يسمح لك بتطبيق التحكم بتكاليف منخفضة للغاية. مثالية كمحول مستوى الإشارة.

IRF3205 - ترانزستور تأثير حقل HEXFET ذو قناة ن. إنه شائع كمفتاح تشغيل لتعزيز محولات التردد العالي ، مثل محولات السيارات. من خلال الاتصال الموازي للعديد من المباني ، من الممكن بناء محولات مصممة للتيارات الكبيرة.

يصل الحد الأقصى الحالي لإحدى هذه الترانزستورات إلى 75A (بناء العلبة TO-220 يقيدها) ، والجهد الأقصى لمصدر التصريف هو 55 فولت. قناة المقاومة ليست سوى 8 مللي أمبير. تتطلب سعة الغالق 3250 pF استخدام برنامج تشغيل قوي للتحكم في الترددات العالية ، لكن هذه ليست مشكلة اليوم.

FGA25N120ANTD الترانزستور ثنائي القطب معزول الطاقة (IGBT) في حزمة TO-3P. القدرة على تحمل مصدر تصريف الجهد 1200 فولت ، أقصى تيار تصريف هو 50 أمبير. تتيح لنا ميزة تصنيع ترانزستورات IGBT الحديثة من هذا المستوى تصنيفها على أنها عالية الجهد.

النطاق هو محولات الطاقة من النوع العاكس ، مثل سخانات التعريفي وآلات اللحام وغيرها من المحولات عالية التردد ، المصممة لتزويد الجهد العالي. مثالي للمحولات عالية الجسر ومحولات الرنين نصف الجسر ، وكذلك للتشغيل في ظروف التبديل القاسية ، يوجد صمام ثنائي عالي السرعة مدمج.

لقد درسنا هنا فقط بضعة أنواع من الترانزستورات ، وهذا ليس سوى جزء ضئيل من وفرة نماذج المكونات الإلكترونية في السوق اليوم.

بطريقة أو بأخرى ، يمكنك بسهولة اختيار الترانزستور المناسب لأغراضك ، لأن الوثائق الخاصة بها متوفرة اليوم في شكل أوراق بيانات ، والتي يتم تقديم جميع الخصائص بشكل شامل. أنواع حالات الترانزستورات الحديثة مختلفة ، وبالنسبة لنفس النموذج غالباً ما تتوفر إصدارات SMD والإصدارات.