هندستكم    كهرباء    تعليق   

 ما هو الترانزستور و استخداماته ؟

الترانزيستور هو عنصر إلكتروني يستخدم في الدوائر الإلكترونية كمفتاح أو مكبر للإشارة. يتكون الترانزيستور من ثلاث طبقات من المواد شديدة التوصيل الكهربائي، وتتمثل هذه الطبقات في طبقتين مانحتين وطبقة استقبال.

تعمل طبقة المانح كمصدر للإلكترونات، بينما تعمل طبقة الاستقبال كمستقبل للإلكترونات. وعند تطبيق جهد كهربائي على طبقة المانح، يتدفق التيار الكهربائي منها إلى طبقة الاستقبال، ويتحكم بذلك التيار الكهربائي المطبق على طبقة المانح.

يمكن استخدام الترانزيستور في العديد من التطبيقات، مثل المضخمات الإلكترونية والمفاتيح الإلكترونية والمذبذبات الإلكترونية والمنطق المبرمج والكثير من الدوائر الإلكترونية الأخرى. ويتميز الترانزيستور بأنه يستهلك طاقة أقل ويعمل بشكل أسرع من الصمام الثنائي المستخدم في الدوائر الإلكترونية القديمة 

تم اختراع الترانزيستور في عام 1947 من قبل جون باردين، والتر براتين، وويليام شوكلي. ولقد ساهم هذا الاختراع في تحويل مجال الإلكترونيات وصناعة الحواسيب والتقنيات الرقمية بشكل عام.

أنواع الترانزستور :

هناك عدة أنواع من الترانزيستورات، بما في ذلك الترانزيستور الثنائي القطبي (BJT) والترانزيستور الميداني (FET) والترانزيستور ذو البوابة العازلة (IGBT) والترانزيستور ثنائي المدخل (MOSFET) والكثير من الأنواع الأخرى.

استخدامات الترانزستور :

يتم استخدام الترانزيستورات في مجالات عديدة، بما في ذلك الإلكترونيات الصناعية والتحكم في الآلات والاتصالات وتقنيات الطاقة المتجددة وصناعة السيارات والعديد من المجالات الأخرى. وتستمر الترانزيستورات في التطور والتحسين، حيث تعمل الشركات الكبرى في هذا المجال على تطوير ترانزيستورات أكثر كفاءة وأداءً عاليًا

قبل اختراع الترانزستور :  

قبل اختراع الترانزيستور، كانت الصمامات الثنائية الفعالة (Diodes) والصمامات الثلاثية الفعالة (Triodes) هي العناصر الإلكترونية الرئيسية التي تستخدم في صناعة الدوائر الإلكترونية. وكانت هذه العناصر تعمل بتوصيل الإشارة الكهربائية بين الطرفين الموجب والسالب للتيار الكهربائي.

لكن كانت هذه الصمامات تعاني من العديد من القيود، مثل حجمها الكبير وتشويشها الكبير على الإشارات الإلكترونية ومستوى ضوضاء الإشارة الناتجة عنها. وكانت هذه القيود تجعل من الصعب تصميم دوائر إلكترونية دقيقة وعالية الأداء.
لذلك، كان اختراع الترانزيستور في عام 1947 يعتبر نقطة تحول كبيرة في تاريخ الإلكترونيات، حيث تمكنت الترانزيستورات من تحقيق مزايا عديدة مقارنة بالصمامات الثنائية والثلاثية، مثل صغر الحجم وتحسين جودة الإشارة الكهربائية وخفض مستوى التشويش والضوضاء، وتحسين كفاءة استخدام الطاقة وتحسين سرعة التبديل والاستجابة في الدوائر الإلكترونية.

طريقة توصيل الذرات في الترانزستور :

يتكون الترانزيستور من ثلاث طبقات من المادة شديدة التوصيل (مثل السيليكون)، حيث يتم توصيل طبقتين من المادة شديدة التوصيل بطريقة تسمى "PN Junction" لتشكيل طبقة نصفية (Semi-Conductor)، ثم يتم توصيل طبقة ثالثة بطريقة مختلفة.

الطبقة الأولى تسمى "Emitter" وهي مادة شديدة التوصيل تحتوي على الإلكترونات الحرة، وتوصل بسلك (Wire) يسمى "المصدر (Source)".

الطبقة الثانية تسمى "Base" وهي مادة نصفية توصل بسلك يسمى "البوابة (Gate)".

الطبقة الثالثة تسمى "Collector" وهي مادة شديدة التوصيل تجمع الإلكترونات، وتوصل بسلك يسمى "الصر (Drain)".

وتعتمد عملية تشغيل الترانزيستور على توصيل المصدر (Source) إلى الجهد العالي، وتوصيل الصر (Drain) إلى الأرض، ثم يتم تطبيق جهد بين البوابة (Gate) والمصدر (Source)، حيث يمكن تغيير هذا الجهد للتحكم في تدفق التيار بين المصدر والصر.

عندما يتم تطبيق جهد على البوابة (Gate)، فإنه يؤثر على عرض المنطقة النصفية بين المصدر والجامع (Collector)، وبالتالي يؤثر على تدفق التيار الذي يمر من المصدر إلى الجامع. وبهذه الطريقة، يمكن التحكم في تدفق التيار بين المصدر والجامع عن طريق تغيير الجهد المطبق على البوابة. وبهذا الشكل، يمكن استخدام الترانزيستور في صناعة الدوائر الإلكترونية المختلفة، مثل الدوائر الرقمية والتحكم والتوجيه والتكبير والتضخيم والترددية.

تضخيم التردد باستخدام الترانزستور :

يمكن استخدام الترانزيستور لتضخيم التردد عن طريق استخدامه كـ "مفتاح" تتم التحكم فيه باستخدام إشارة تحكم لتحويل تيار صغير من خلال الجهاز إلى تيار أكبر يمر خلال الأحمال المتصلة به.

تعتمد عملية تضخيم التردد باستخدام الترانزيستور على توصيل إشارة الدخل (Signal Input) إلى البوابة (Gate)، وتتغير الجهود في الطبقات الموجودة داخل الترانزيستور على أساس تردد الإشارة المدخلة. وبعد ذلك، يتم توصيل الجهد الناتج عن الترانزيستور من خلال الصر (Drain) إلى الحمل (Load) المراد تضخيم إشارته.

يمكن تصميم دوائر ترانزيستور لتحقيق تضخيم التردد في العديد من التطبيقات، مثل مرحلات التضخيم الصوتي والفيديو والراديو والاتصالات والموجات اللاسلكية، حيث يتم استخدام المكبرات الصوتية والمرسلات والمستقبلات والمذيعات وأجهزة الرادار والموجات فوق الصوتية والأشعة تحت الحمراء والموجات القصيرة والموجات الطويلة والكثير من التطبيقات الأخرى.

تشويش الإشارة باستخدام الترانزستور: 

يمكن استخدام الترانزيستور لتوليد الضوضاء الإلكترونية أو الـ "Noise"، وهي عبارة عن تشويش غير مرغوب فيه في إشارة الدخل. يتم استخدام هذا التشويش في عدد من التطبيقات، مثل توليد إشارات الضوضاء في اختبار أداء الأنظمة الإلكترونية واختبارات التحمل والتصحيح.

يتم توليد الضوضاء الإلكترونية في الترانزيستور عن طريق تعريض الجهاز لمصادر الضوضاء العشوائية، مثل تحرك الإلكترونات والثقوب في المادة الشبه موصلة المستخدمة في الجهاز. وعندما تمر تيارات صغيرة عبر الجهاز، يتم تضخيم الضوضاء الناتجة وإخراجها كإشارة ضوضاء على الطرف الناتج من الترانزيستور.

يتم استخدام الضوضاء المتولدة في الترانزيستور في العديد من التطبيقات، مثل توليد إشارات الضوضاء في تطبيقات الاتصالات والراديو والصوت، وأيضاً في إنتاج إشارات التحليل الطيفي وتحليل الانعكاس والانعكاسية. ويتم تحديد مستوى الضوضاء المطلوب من خلال تصميم الدوائر الإلكترونية بطريقة تضمن تحقيق هذا المستوى.