دانلود تحقیق بهترین ترانزیستور

معرفی ترانزیستور
ترانزیستور را معمولا به عنوان یکی از قطعات الکترونیک می‌‌شناسند.

ترانزیستور یکی از ادوات حالت جامد است که از مواد نیمه رسانایی مانند سیلیسیم (سیلیکان) ساخته می‌شود.
کاربردترانزیستور
ترانزیستور هم در مدارات الکترونیک آنالوگ و هم در مدارات الکترونیک دیجیتال کاربردهای بسیار وسیعی دارد.

در آنالوگ می‌توان از آن به عنوان تقویت کننده یا تنظیم کننده ولتاژ (رگولاتور) و ...

استفاده کرد.

کاربرد ترانزیستور در الکترونیک دیجیتال شامل مواردی مانند پیاده سازی مدار منطقی، حافظه، سوئیچ کردن و ...

می‌شود.
تاریخچه ترانزیستور
در اواسط قرن نوزدهم با فراگیر شدن رادیو و تلویزیون ضرورت بهبود بخشیدن به کیفیت لامپهای دیودی وتریودی احساس گردید .

تا اینکه در ۲۳ دسامبر ۱۹۴۷ ترانزیستور توسط سه فیزیکدان به نامهای شاکلی؛باردین وبرتین به صنعت الکترونیک معرفی گردید اولین ترانزیستور دنیا از یک نارسانای مثلثی تشکیل شده که توسط دوسوزن طلا به نیمه رسانای ژرمانیم متصل میشود .این ترانزیستور برعکس لامپهای دیودی برای به گرما احتیاج نداشت وسریعا به کار می افتاد و همچنین بسیار سبکتر ارزانترازگذشته بود.

بدین ترتیب شاکلی و همکاران وی به کمک فیزیک نیمه رسانا انقلابی را در عرصه الکترونیک پدید اوردند وبه پاس این اختراع مهم این محققان مفتخر به دریافت جایزه نوبل گردیدند ترانزیستور به سرعت روند تکاملی خود را طی مینمودبه طوریکه در سال ۱۹۴۸ترانزیستور صفحه ای ساخته شد.امروزه ترانزیستورها عموما pnp,npnهستند که بعنوان کلید قطع و وصل جریان ویا بعنوان تقویت کننده در مدارات الکترونیکی استفاده می شوند.

در سالهای ۱۹۵۰و ۱۹۷۰ به دلیل استفاده از ترانزیستور حجم وسایل ا لکترونیکی بسار کوچک شد به همین دلیل به واژه میکروالکترونیک متدول گردید.
میکروالکترونیک نیز بسرعت رشد می کرد .بطوریکه امروزه با استفاده از فن ساختمان اکسید فلز می توان تعداد زیادی از ترانز یستورها را بر روی یک نیمه رسانا جا داد.

امروزه از اکسیدهای نیمه رسانا مانند اکسید روی در ترانزیستورهای با سرعت انتقال بالا استفاده می گرد ( ترانزیستورهای فایل افکت -FET)جدیدا محققان ژاپنی هیدو هوسونو و کولت کاگوش از یک صفحه نیمه رسانایکریستال مجرد درترانزستورهای فایل افکت استفاده کردند که سرعت انتقال ان ۸۰ سانتیمتر مربع ولت بر ثانیه است که دها بار سریعتر از ترانزیستورهای قبلی می باشد(ساختمان مولکولی ان در شکل زیر دیده می شود) اگرچه این ترانزیستور فعلا بسیار گران است ولی این تحقیقات نشان داد که امکان رسیدن به سرعتهای بالا وجود دارد .

طرز کار ترانزیستورواطلاعاتی برای آن
اطلاعات مفید درباره ترانزیستور
اولین ترانزیستورها

اولین نمونه ترانزیستور بدنه فلزی
در اولین ماههای سال 1948 نخستین نمونه از یک ترانزیستور (Transistor) که بدنه فلزی داشت در مجموعه آزمایشگاه های Bell ساخته شد.

این ترانزیستور که قرار بود جایگزین لامپهای خلاء - الکترونیک - شود Type A نام گرفت.

این ترانزیستور که کاربرد عمومی داشت و بسیار خوب کار می کرد یکسال بعد به تعداد 3700 عدد تولید انبوه شد تا در اختیار دانشگاه ها، مراکز نظامی، آزمایشگاه ها و شرکت ها برای آزمایش قرار گیرد.

.

جالب آنکه این اختراع در زمان خود آنقدر مهم بود که هر عدد از این ترانزیستورها در بسته بندی جداگانه با شماره سریال و مشخصات کامل نگهداری می شد.

همانطور که در شکل مشاهده می شود این ترانزیستور تنها دارای دو پایه بود.

Collector و Emitter و پایه Base به بدنه فلزی آن متصل بود.

اولین نمونه ترانزیستور بدنه پلاستیکی .

جج
نمونه اصلاح شده بدنه پلاستیکی
تولید ترانزیستورهای بدنه فلزی تا سال 1950 ادامه داشت تا اینکه در این سال در آزمایشگاه های Bell اولین ترانزیستور با بدنه پلاستیکی ساخته شد.

طبیعی بود که در اینحالت ترانزیستور می بایست سه پایه داشته باشد.

اما به دلیل مشکلاتی که در ساخت این ترانزیستور وجود داشت تولید آن به حالت انبوه نرسید و در همان سال ترانزیستور های جدید دیگری با پوشش پلاستیکی جایگزین همیشگی آن شدند.

لازم به ذکر است که به عقیده بسیاری از دانشمندان، ترانزیستور بزرگترین اختراع بشر در قرن نوزدهم بوده که بدون آن هیچ یک از پیشرفت های امروزی در علوم مختلف امکان پذیر نبوده است.

تمامی پیشرفت های بشر که در مخابرات، صنعت حمل و نقل هوایی، اینترنت، تجهیزات کامپیوتری، مهندسی پزشکی و ...

روی داده است همگی مرهون این اختراع میباشد.

ترانزیستور وسیله ای است که جایگزین لامپهای خلاء - الکترونیک - شد و توانست همان خاصیت لامپها را با ولتاژهای کاری پایین تر داشته باشد.

ترانزیستورها عموما" برای تقویت جریان الکتریکی و یا برای عمل کردن در حالت سوییچ بکار برده می شوند.

ساختمان داخلی آنها از پیوندهایی از عناصر نیمه هادی مانند سیلیکون و ژرمانیوم تشکیل شده است.

لازم به ذکر است که به عقیده بسیاری از دانشمندان، ترانزیستور بزرگترین اختراع بشر در قرن نوزدهم بوده که بدون آن هیچ یک از پیشرفت های امروزی در علوم مختلف امکان پذیر نبوده است.

ترانزیستور وسیله ای است که جایگزین لامپهای خلاء - الکترونیک - شد و توانست همان خاصیت لامپها را با ولتاژهای کاری پایین تر داشته باشد.

ترانزیستورها عموما" برای تقویت جریان الکتریکی و یا برای عمل کردن در حالت سوییچ بکار برده می شوند.

ترانزیستور چگونه کار می کند - ۱ اگر ساده بخواهیم به موضوع نگاه کنیم عملکرد یک ترانزیستور را می توان تقویت جریان دانست.

مدار منطقی کوچکی را در نظر بگیرید که تحت شرایط خاص در خروجی خود جریان بسیار کمی را ایجاد می کند.

شما بوسیله یک ترانزیستور می توانید این جریان را تقویت کنید و سپس از این جریان قوی برای قطع و وصل کردن یک رله برقی استفاده کنید.

موارد بسیاری هم وجود دارد که شما از یک ترانزیستور برای تقویت ولتاژ استفاده می کنید.

بدیهی است که این خصیصه مستقیما" از خصیصه تقویت جریان این وسیله به ارث می رسد کافی است که جریان وردی و خروجی تقویت شده را روی یک مقاومت بیندازیم تا ولتاژ کم ورودی به ولتاژ تقویت شده خروجی تبدیل شود.

جریان ورودی ای که که یک ترانزیستور می تواند آنرا تقویت کند باید حداقل داشته باشد.

چنانچه این جریان کمتر از حداقل نامبرده باشد ترانزیستور در خروجی خود هیچ جریانی را نشان نمی دهد.

اما به محض آنکه شما جریان ورودی یک ترانزیستور را به بیش از حداقل مذکور ببرید در خروجی جریان تقویت شده خواهید دید.

از این خاصیت ترانزیستور معمولا" برای ساخت سوییچ های الکترونیکی استفاده می شود.

اعمال ولتاژ با پلاریته موافق باعث عبور جریان از یک پیوند PN می شود و چنانچه پلاریته ولتاژتغییر کند جریانی از مدار عبور نخواهد کرد .

همانطور که در مطلب قبل اشاره کردیم ترانزستورهای اولیه از دو پیوند نیمه هادی تشکیل شده اند و بر حسب آنکه چگونه این پیوند ها به یکدیگر متصل شده باشند می توان آنها را به دو نوع اصلی یا NPN تقسیم کرد.

برای درک نحوه عملکرد یک ترانزیستور ابتدا باید بدانیم که یک پیوند (Junction) نیمه هادی چگونه کار می کند.

در شکل اول شما یک پیوند نیمه هادی از نوع PN را مشاهده می کنید.

که از اتصال دادن دو قطعه نیمه هادی P و N به یکدیگر درست شده است.

نیمه هادی های نوع N دارای الکترونهای آزاد و نیمه هادی نوع P دارای تعداد زیادی حفره (Hole) آزاد می باشند.

بطور ساده می توان منظور از حفره آزاد را فضایی دانست که در آن کمبود الکترون وجود دارد .

اگر به این تکه نیمه هادی از خارج ولتاژی بصورت آنچه در شکل نمایش داده می شود اعمال کنیم در مدار جریانی برقرار می شود و چنانچه جهت ولتاژ اعمال شده را تغییر دهیم جریانی از مدار عبور نخواهد کرد (چرا؟).

این پیوند نیمه هادی عملکرد ساده یک دیود را مدل می کند.

همانطور که می دانید یکی از کاربردهای دیود یکسوسازی جریان های متناوب می باشد.

از آنجایی که در محل اتصال نیمه هادی نوع N به P معمولآ یک خازن تشکیل می شود پاسخ فرکانسی یک پیوند PN کاملآ به کیفیت ساخت و اندازه خازن پیوند بستگی دارد.

به همین دلیل اولین دیودهای ساخته شده توانایی کار در فرکانسهای رادیویی - مثلآ برای آشکار سازی - را نداشتند.

معمولآ برای کاهش این خازن ناخاسته، سطح پیوند را کاهش داده و آنرا به حد یک نقطه می رسانند.

ترانزیستور چگونه کار می کند - ۲ منحنی رفتار یک دیود در هنگام اعمال ولتاژ مثبت تا اینجا کلیاتی راجع به ترانزیستور بیان کردیم همچنین گفتیم که اگر به یک پیوند PN ولتاژ با پلاریته موافق متصل کنیم جریان از این پیوند عبور کرده و اگر ولتاژ را معکوس کنیم در مقابل عبور جریان از خود مقاومت نشان می دهد.

برای درک دقیق نحوه کارکرد یک ترانزیستور باید با نحوه کار دیود آشنا شویم، باید اشاره کنیم که قصد نداریم تا به تفضیل وارد بحث فیزیک الکترونیک شویم و فقط سعی خواهیم کرد با بیان نتایج حاصل از این شاخه علمی ابتدا عملکرد دیود و سپس ترانزیستور را بررسی کنیم.

همانطور که می دانید دیود ها جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می دهند و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بالایی نشان می دهند.

این خاصیت آنها باعث شده بود تا در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی، به آن دریچه یا Valve هم اطلاق شود.

از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی عبور جریان را از خود ممکن می سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و - به کاتد) آنرا آماده کار کنید.

مقدار ولتاژی که باعث میشود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا (forward voltage drop) نامیده می شود که چیزی حدود 0.6 تا 0.7 ولت می باشد.

به شکل اول توجه کنید که چگونه برای ولتاژهای مثبت - منظور جهت درست می باشد - تا قبل از 0.7 ولت دیود از خود مقاومت نشان می دهد و سپس به یکباره مقاومت خود را از دست می دهد و جریان را از خود عبور می دهد.

نماد فنی و دو نمونه از انواع دیوید اما هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود متصل می کنید (+ به کاتد و - به آند) جریانی از دیود عبور نمی کند، مگر جریان بسیار کمی که به جریان نشتی یا Leakage معرف است که در حدود چند µA یا حتی کمتر می باشد.

این مقدار جریان معمولآ در اغلب مدار های الکترونیکی قابل صرفنظر کردن بوده و تاثیر در رفتار سایر المانهای مدار نمیگذارد.

اما نکته مهم آنکه تمام دیود ها یک آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژمعکوس بیش از آن شود دیوید می سوزد و جریان را در جهت معکوس هم عبور می دهد.

به این ولتاژ آستانه شکست یا Breakdown گفته می شود.

در دسته بندی اصلی، دیودها را به سه قسمت اصلی تقسیم می کنند، دیودهای سیگنال (Signal) که برای آشکار سازی در رادیو بکار می روند و جریانی در حد میلی آمپر از خود عبور می دهند، دیودهای یکسوکننده (Rectifiers) که برای یکسوسازی جریانهای متناوب بکاربرده می شوند و توانایی عبور جریانهای زیاد را دارند و بالآخره دیود های زنر (Zener) که برای تثبیت ولتاژ از آنها استفاده می شود.

ترانزیستور چگونه کار میکند - ۳ استفاده از دیود سیگنار در مدار رله برای جلوگیری از ایجاد ولتاژ های ناخواسته زیاد در ادامه بحث نحوه کارکرد یک ترانزیستور لازم است قدری راجع به انواع دیود که در مطلب قبل به آنها اشاره کردیم داشته باشیم.

دیودهای سیگنال .

این نوع از انواع دیودها برای پردازش سیگنالهای ضعیف - معمولا" رادیویی - و کم جریان تا حداکثر حدود 100mA کاربرد دارند.

معروفترین و پر استفاده ترین آنها که ممکن است با آن آشنا باشید دیود 1N4148 است که از سیلیکون ساخته شده است و ولتاژ شکست مستقیم آن 0.7 ولت است .

اما برخی از دیود های سیگنال از ژرمانیم هم ساخته می شوند، مانند OA90 که ولتاژ شکست مستقیم پایینتری دارد، حدود 0.2 ولت.

به همین دلیل از این نوع دیود بیشتر برای آشکار سازی امواج مدوله شده رادیویی استفاده می شود.

بصورت یک قانون کلی هنگامی که ولتاژ شکست مستقیم دیوید خیلی مهم نباشد، از دیودهای سیلیکون استفاده می شود.

دلیل آن مقاومت بهتر آنها در مقابل حرارت محیط یا حرارت هنگام لحیم کاری و نیز مقاومت الکتریکی کمتر در ولتاژ مستقیم است.

همچنین دیود های سیلیکونی سیگنال معمولا" در ولتاژ معکوس جریان نشتی بسیار کمتری نسبت به نوع ژرمانیم دارند.

از کاربرد دیگری که برای دیودهای سیگنال وجود دارد می توان به استفاده از آنها برای حفاظت مدار هنگامی که رله در یک مدار الکترونیکی قرار دارد نام برد.

هنگامی که رله خاموش می شود تغییر جریان در سیم پیچ آن میتواند در دوسر آن ولتاژ بسیار زیادی القا کند که قرار دادن یک دیود در جهت مناسب میتواند این ولتاژ را خنثی کند.

به شکل اول توجه کنید.

دیودهای زنر .

همانطور که قبلا" اشاره کردیم از این دیودها برای تثبیت ولتاژ استفاده می شود.

این نوع از دیود ها برای شکسته شدن با اطمینان در ولتاژ معکوس ساخته شده اند، بنابراین بدون ترس می توان آنها را در جهت معکوس بایاس کرد و از آنها برای تثبیت ولتاژ استفاده نمود.

به هنگام استفاده از آنها معمولا" از یک مقاومت برای محدود کردن جریان بطور سری نیز استفاده می شود.

به شکل نگاه کنید به این طریق شما یک ولتاژ رفرنس دقیق بدست آورده اید.

دیودهای زنر معمولا" با حروفی که در آنها Z وجود دارد نامگذاری می شوند مانند BZX یا BZY و ...

و ولتاژ شکست آنها نیز معمولا" روی دیود نوشته می شود، مانند 4V7 که به معنی 4.7 ولت است.

همچنین توان تحمل این دیود ها نیز معمولا" مشخص است و شما هنگام خرید باید آنرا به فروشنده بگویید، در بازار نوع 400mW و 1.3W آن بسیار رایج است.

ترانزیستور چگونه کار میکند؟

- ۴ در مطلب قبل راجع به دیودهای زنر و سیگنال صحبت کردیم و ضمن آوردن مثال، توضیح دادیم که این دیودها چگونه کار میکنند.

حال در ادامه این مجموعه مطالب ابتدا به تشریح مختصر دیود های یکسو کننده میپردازیم.

دیود های یکسوساز عموما" در مدارهای جریان متناوب بکار برده می شوند تا با کمک آنها بتوان جریان متناوب (AC) را به مستقیم (DC) تبدیل کرد.

این عملیات یکسوسازی یا Rectification نامیده می شود.

جججججججججججججججججججججججج از مشهورترین این دیودها می توان به انواع دیودهای 1N400x و یا 1N540x اشاره کرد که دارای ولتاژ کاری بین 50 تا بیش از 1000 ولت هستند و می توانند جریان های بالا را یکسو کنند.

این ولتاژ، ولتاژی است که دیود می تواند بدون شکسته شدن - سوختن - در جهت معکوس آنرا تحمل کند .

دیودهای یکسوساز معمولآ از سیلیکون ساخته می شوند و ولتاژ بایاس مستقیم آنها حدود 0.7 ولت می باشد.

یکسو سازی جریان متناوب با یک دیود .

شما می توانید با قرار دادن فقط یک دیود در مسیر جریان متناوب مانع از گذر سیکل منفی جریان در جهت مورد نظر در مدار باشید به شکل اول دقت کنید که چگونه قرار دادن یک دیود در جهت موافق، فقط به نیم سیکل های مثبت اجاز خروج به سمت بار را می دهد.

به این روش یکسوسازی نیم موج یا Half Wave گفته می شود.

ججج بدیهی است برای بالابردن کیفیت موج خروجی و نزدیک کردن آن به یک ولتاژ مستقیم باید در خروجی از خازن هایی با ظرفیت بالا استفاده کرد.

این خازن در نیم سیکل مثبت شارژ می شود و در نیم سیکل منفی در غیاب منبع تغذیه، وظیفه تغذیه بار را بعهده خواهد داشت.

پل دیود یا Bridge Rectifiers .

برای آنکه بتوانیم از نیمه منفی موج ورودی که در نیمی از سیکل جریان امکان عبور به خروجی را ندارد، استفاده کنیم باید از مداری بعتوان پل دیود استفاده کنیم.

پل دیود همانطور که از شکل دوم مشخص است متشکل از چهار دیود به یکدیگر متصل می باشد.

جریان متناوب به قسمتی که دو جفت آند و کاتد به یکدیگر متصل هستند وصل می شود و خروجی از یک جف آند و یک جفت کاتد به یکدیگر متصل شده گرفته می شود.

روش کار به اینصورت است که در سیکل مثبت مدار دیودهای 1 و 2 عمل کرده و خروجی را تامین میکنند و در سیکل منفی مدار دیودهای 3 و 4 عمل می کند و باز خروجی را در همان وضعیت تامین می کندیکسو ساز نیم موج با استفاده از یک دیود.

در مطلب قبل راجع به دیودهای زنر و سیگنال صحبت کردیم و ضمن آوردن مثال، توضیح دادیم که این دیودها چگونه کار میکنند.

از مشهورترین این دیودها می توان به انواع دیودهای 1N400x و یا 1N540x اشاره کرد که دارای ولتاژ کاری بین 50 تا بیش از 1000 ولت هستند و می توانند جریان های بالا را یکسو کنند.

این ولتاژ، ولتاژی است که دیود می تواند بدون شکسته شدن - سوختن - در جهت معکوس آنرا تحمل کند.

بدیهی است برای بالابردن کیفیت موج خروجی و نزدیک کردن آن به یک ولتاژ مستقیم باید در خروجی از خازن هایی با ظرفیت بالا استفاده کرد.

یکسو ساز تمام موج با استفاده از پل دیود.

پل دیود یا Bridge Rectifiersاما برای آنکه بتوانیم از نیمه منفی موج ورودی که در نیمی از سیکل جریان امکان عبور به خروجی را ندارد، استفاده کنیم باید از مداری بعتوان پل دیود استفاده کنیم.

روش کار به اینصورت است که در سیکل مثبت مدار دیودهای 1 و 2 عمل کرده و خروجی را تامین میکنند و در سیکل منفی مدار دیودهای 3 و 4 عمل می کند و باز خروجی را در همان وضعیت تامین می کند .

- ۵ در مطالب قبل بطور خلاصه راجع به دیودها و ترانزیستورها و پیوندهای PN صحبت کرده مثالهایی از کاربرد اصلی انواع دیود ارائه کردیم.

در این قسمت راجع به گونه های ساده اولین ترانزیستورها که از سه لایه نیمه هادی تشکیل شده اند صحبت خواهیم کرد.

بصورت استاندارد دو نوع ترانزیستور بصورت و NPN داریم.

انتخاب نامه آنها به نحوه کنار هم قرار گرفتن لایه های نیمه هادی و پلاریته آنها بستگی دارد.

هر چند در اوایل ساخت این وسیله الکترونیکی و جایگزینی آن با لامپهای خلاء، ترانزستورها اغلب از جنس ژرمانیم و بصورت ساخته می شدند اما محدودیت های ساخت و فن آوری از یکطرف و تفاوت بهره دریافتی از طرف دیگر، سازندگان را مجبور کرد که بعدها بیشتر از نیمه هادیی از جنس سیلیکون و با پلاریته NPN برای ساخت ترانزیستور استفاده کنند.

تفاوت خاصی در عملکرد این دو نمونه وجود ندارد و این بدان معنی نیست که ترانزیستور ژرمانیم با پلاریته NPN یا سیلیکون با پلاریته وجود ندارد.

نمای واقعی تری از پیوندها در یک ترانزیستور که تفاوت کلکتور و امیتر را بوضوح نشان می دهد.

برای هریک از لایه های نیمه هادی که در یک ترانزیستور وجود دارد یک پایه در نظر گرفته شده است که ارتباط مدار بیرونی را به نیمه هادی ها میسر می سازد.

این پایه ها به نامهای Base (پایه) ، Collector (جمع کننده) و Emitter (منتشر کننده) مشخص می شوند.

اگر به ساختار لایه ای یک ترانزیستور دقت کنیم بنظر تفاوت خاصی میان Collector و Emitter دیده نمی شود اما واقعیت اینگونه نیست.

چرا که ضخامت و بزرگی لایه Collector به مراتب از Emitter بزرگتر است و این عملا" باعث می شود که این دو لایه با وجود تشابه پلاریته ای که دارند با یکدیگر تفاوت داشته باشند.

با وجود این معمولا" در شکل ها برای سهولت این دو لایه را بصورت یکسان در نظر میگیردند.

بدون آنکه در این مطلب قصد بررسی دقیق نحوه کار یک ترانزیستور را داشته باشیم، قصد داریم ساده ترین مداری که می توان با یک ترانزیستور تهیه کرد را به شما معرفی کرده و کاربرد آنرا برای شما شرح دهیم.

به شکل زیر نگاه کنید .

بطور جداگانه بین E و C و همچنین بین E و B منابع تغذیه ای قرار داده ایم.

مقاومت ها یی که در مسیر هریک از این منابع ولتاژ قرار دادیم صرفا" برای محدود کردن جریان بوده و نه چیز دیگر.

چرا که در صورت نبود آنها، پیوندها بر اثر کشیده شدن جریان زیاد خواهند سوخت.

طرز کار ترانزیستور به اینصورت است، چنانچه پیوند BE را بصورت مستقیم بایاس (Bias به معنی اعمال ولتاژ و تحریک است) کنیم بطوری که این پیوند PN روشن شود (برای اینکار کافی است که به این پیوند حدود 0.6 تا 0.7 ولت با توجه به نوع ترانزیستور ولتاژ اعمال شود)، در آنصورت از مدار بسته شده میان E و C می توان جریان بسیار بالایی کشید.

اگر به شکل دوم دقت کنید بوضوح خواهید فهمید که این عمل چگونه امکان پذیر است.

در حالت عادی میان E و C هیچ مدار بازی وجود ندارد اما به محض آنکه شما پیوند BE را با پلاریته موافق بایاس کنید، با توجه به آنچه قبلا" راجع به یک پیوند PN توضیح دادیم، این پیوند تقریبا" بصورت اتصال کوتاه عمل می کند و شما عملا" خواهید توانست از پایه های E و C جریان قابل ملاحظه ای بکشید.

(در واقع در اینحالت می توان فرض کرد که در شکل دوم عملا" لایه PN مربوط به BE از بین می رود و بین EC یک اتصال کوتاه رخ می دهد.).

بنابراین مشاهده می کنید که با برقراری یک جریان کوچک Ib شما می توانید یک جریان بزرگ Ic را داشته باشید.

این مدار اساس سوئیچ های الکترونیک در مدارهای الکترونیکی است.

بعنوان مثال شما می توانید در مدار کلکتور یک رله قرار دهید که با جریان مثلا" چند آمپری کار می کند و در عوض با اعمال یک جریان بسیار ضعیف در حد میلی آمپر - حتی کمتر - در مدار بیس که ممکن است از طریق یک مدار دیجیتال تهیه شود، به رله فرمان روشن یا خاموش شدن بدهید .

عملکرد ترانزیستور ترانزیستور از دیدگاه مداری یک عنصر سه‌پایه می‌‌باشد که با اعمال یک سیگنال به یکی از پایه‌های آن میزان جریان عبور کننده از دو پایه دیگر آن را می‌توان تنظیم کرد.

برای عملکرد صحیح ترانزیستور در مدار باید توسط المان های دیگر مانند مقاومت‌ها و ...

جریان‌ها و ولتاژهای لازم را برای آن فراهم کرد و یا اصطلاحاً آن را بایاس کرد.

انواع ترانزیستور دو دسته مهم از ترانزیستورها BJT (ترانزیستور دوقطبی پیوندی) (Bypolar Junction Transistors) و FET (ترانزیستور اثر میدانی) (Field Effect Transistors) هستند.

FET ‌ها نیز خود به دو دستهٔ Jfet‌ها (Junction Field Effect Transistors) و MOSFET‌ها (Metal Oxide SemiConductor Field Effect Transistor) تقسیم می‌شوند.

ترانزیستور پیوندی تک قطبی ترانزیستورهای پیوندی به صورت مخفف با FET نمایش داده می‌شود، که F حرف اول Field به معنای میدان و E حرف اول کلمه Effect به معنی اثر و T حرف اول کلمهTransistor به معنی ترانزیستور است دیدکلی FET یا ترانزیستور اثر میدان یک وسیله سه پایه است که در آن جریان گذرنده از دو پایه توسط پایه سوم کنترل می‌شود.

برخلاف ترانزیستورBJT ، قطعات اثر میدان به جای جریان توسط یک ولتاژ در محل پایه سوم کنترل می‌شوند.

علاوه بر اینFET قطعه‌ای یک قطبی است، یعنی جریان تنها توسط باربرهای اکثریت ایجاد می‌شود.

این قطعات را می‌توان در بسیاری از کاربردها از تقویت سیگنال گرفته تا تحقق توابع منطقی و حافظه‌ای مورد استفاده قرار داد.

FET پیوندی در یک ترانزیستور پیوندی (JFET) از پهنای متغییرFبا ولتاژناحیه تهی برای کنترل سطح مقطع موثر یک کانال هدایت کننده استفاده میشود .جریانازطریق یک کانال نوع N بین دو ناحیه جاری میشود .یک گرایش معکوس بیناین نواحی وکانال سبب وارد شدن نواحی تهی به ماده Nشده و در نتیجه پهنای موثرکانال محدود می شود.

مقاومت کانال با تغییرسطح مقطع موثر تغییر خواهد کرد.به طور قیاسی نواحی متغییر همچون دو در یک دروازه هستند که کانال هدایت را بسته وباز میکنند.یک سر کانال که الکترونها ازان میگذرند سورس وسر دیگری که الکترونها ازان جاری میشوند درین نامیده میشود.

FET فلز نیم رسانا روند تهی‌سازی کانال در یک JFET را می‌توان به جای استفاده از یک پیوند p-n به کمک یک سد شاتکی در گرایش معکوس انجام داد.

قطعه بدست آمده MESFET نامیده می‌شود که به معنای استفاده از یک پیوند فلز - نیم رسانا است.

این قطعه در مدارهای دیجیتالی بسیار سریع یا MESFET و در مایکروویو که در آنها سادگی سدههای شاتکی امکان ساخت با خطاهای مهندسی ناچیز را فرهم می‌سازد، مفید واقع می‌شوند.

قطعات MESFET ساخته شده از ترکیب‌های یا به دلیل داشتن تحرک بیشتر باربرها و سرعت رانش بالای آنها از ویژگی سرعت بیشتر نسبت به برخوردارند.

FET فلز - عایق - نیم رسانا یکی از پرکاربردترین قطعات الکترونیکی بویژه در مدارهای مجتمع دیجیتالی ، ترانزیستور فلز - عایق - نیم رسانا است.

در این قطعه جریان کانال توسط ولتاژ اعمال شده به یک الکترود گیت که توسط یک عایق از کانال جدا شده است، کنترل می‌شود.

می‌توان قطعه بدست آمده را بطور عام به عنوان ترانزیستور اثر میدانی با گیت عایق شده نامید.

با این حال چون در اکثر این قطعات از سیلسیوم به عنوان نیم رسانا ، به عنوان عایق و از یا فلزات دیگر برای الکترود گیت استفاده می‌شود.

اساس کار FET اساس کارFET بر کنترل پهنای ناحیه تخلیه و در نتیجه پهنای کانال توسط ولتاژ بایاس معکوس پیوند گیت - کانال استوار است، که به نوبه خود سیر جریان از طریق کانال را کنترل می‌کند.

کاربردهای ویژه JFET به عنوان کلید در مدارها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

همچنین جهت تقویت سیگنالهای آنالوگ بکار می‌رود.

ترانزیستور MOSFET که نمونه‌ای از ترانزیستورهای فلز - عایق - نیم‌رسانا است، در مدارهای دیجیتالی بکار می‌رود، که در آنها از حالت قطع به حالت وصل سوئیچ تبدیل می‌شود ترانزیستور یک قطعه ‌الکترونیکی فعال بوده و از ترکیب سه قطعه n و p بدست می‌آید که ‌از ترزیق حاملین بار اقلیت در یک پیوند با گرایش مستقیم استفاده می‌کند و دارای سه پایه به نامهای بیس (B)، امیتر (E) و کلکتور (C) می‌باشد و چون در این قطعه ‌اثر الکترونها و حفره‌ها هر دو مهم است، به آن یک ترانزیستور دوقطبی گفته می‌شود.

ترانزیستور پیوند دوقطبی تاریخچه عصر نوین الکترونیک نیمه رساناها با اختراع ترانزیستور دوقطبی در 1948 توسط باردین، براتاین و شاکلی در آزمایشگاههای تلفن بل آغاز شد.

این قطعه به همراه همتای اثر میدانی خود تاثیر شگفتی روی تقریبا تمام حوزه‌های زندگی نوین گذاشته ‌است.

انواع ترانزیستور پیوندی pnp شامل سه لایه نیم ‌هادی که دو لایه کناری از نوع p و لایه میانی از نوع n است و مزیت اصلی آن در تشریح عملکرد ترانزیستور این است که جهت جاری شدن حفره‌ها با جهت جریان یکی است.

npn شامل سه لایه نیم‌ هادی که دو لایه کناری از نوع n و لایه میانی از نوع p است.

پس از درک ایده‌های اساسی برای قطعه pnp می‌توان به سادگی آنها را به ترانزیستور پرکاربردتر npn مربوط ساخت.

ساختمان ترانزیستور پیوندی ترانزیستور دارای دو پیوندگاه ‌است.

یکی بین امیتر و بیس و دیگری بین بیس و کلکتور.

به همین دلیل ترانزیستور شبیه دو دیود است.

دیود سمت چپ را دیود بیس _ امیتر یا صرفا دیود امیتر و دیود سمت راست را دیود کلکتور _ بیس یا دیود کلکتور می‌نامیم.

میزان ناخالصی ناحیه وسط به مراتب کمتر از دو ناحیه جانبی است.

این کاهش ناخالصی باعث کم شدن هدایت و بالعکس باعث زیاد شدن مقاومت این ناحیه می‌گردد.

امیتر که شدیدا آلائیده شده، نقش گسیل و یا تزریق الکترون به درون بیس را به عهده دارد.

بیس بسیار نازک ساخته شده و آلایش آن ضعیف است و لذا بیشتر الکترونهای تزریق شده ‌از امیتر را به کلکتور عبور می‌دهد.

میزان آلایش کلکتور کمتر از میزان آلایش شدید امیتر و بیشتر از آلایش ضعیف بیس است و کلکتور الکترونها را از بیس جمع‌آوری می‌کند.

طرز کار ترانزیستور پیوندی طرز کار ترانزیستور را با استفاده ‌از نوع npn مورد بررسی قرار می‌دهیم.

طرز کار pnp هم دقیقا مشابه npn خواهد بود، به شرط اینکه ‌الکترونها و حفره‌ها با یکدیگر عوض شوند.

در نوع npn به علت تغذیه مستقیم دیود امیتر ناحیه تهی کم عرض می‌شود، در نتیجه حاملهای اکثریت یعنی الکترونها از ماده n به ماده p هجوم می‌آورند.

حال اگر دیود بیس _ کلکتور را به حالت معکوس تغذیه نمائیم، دیود کلکتور به علت بایاس معکوس عریض‌تر می‌شود.

الکترونهای جاری شده به ناحیه p در دو جهت جاری می‌شوند، بخشی از آنها از پیوندگاه کلکتور عبور کرده، به ناحیه کلکتور می‌رسند و تعدادی از آنها با حفره‌های بیس بازترکیب شده و به عنوان الکترونهای ظرفیت به سوی پایه خارجی بیس روانه می‌شوند، این مولفه بسیار کوچک است.

نحوه ‌اتصال ترازیستورها اتصال بیس مشترک در این اتصال پایه بیس بین هر دو بخش ورودی و خروجی مدار مشترک است.

جهتهای انتخابی برای جریان شاخه‌ها جهت قراردادی جریان در همان جهت حفره‌ها می‌شود.

اتصال امیتر مشترک مدار امیتر مشترک بیشتر از سایر روشها در مدارهای الکترونیکی کاربرد دارد و مداری است که در آن امیتر بین بیس و کلکتور مشترک است.

این مدار دارای امپدانس ورودی کم بوده، ولی امپدانس خروجی مدار بالا می‌باشد.

اتصال کلکتور مشترک اتصال کلکتور مشترک برای تطبیق امپدانس در مدار بکار می‌رود، زیرا برعکس حالت قبلی دارای امپدانس ورودی زیاد و امپدانس خروجی پائین است.

اتصال کلکتور مشترک غالبا به همراه مقاومتی بین امیتر و زمین به نام مقاومت بار بسته می‌شود.

ترانزیستوراثر میدان ترانزیستور اثر میدانی(JFET) در ترانزیستور اثر میدانی با اعمال یک ولتاژ به پایه گیت میزان جریان عبوری از دو پایه سورس و درین کنترل می‌شود.

ترانزیستور اثر میدانی بر دو قسم است: نوع n یا N-Type و نوع p یا P-Type.

از دیدگاهی دیگر این ترانزیستورها در دو نوع افزایشی و تخلیه‌ای ساخته می‌شوند.نواحی کار این ترانزستورها شامل "فعال" و "اشباع" و "ترایود" است این ترانزیستورها تقریبا هیچ استفاده‌ای ندارند چون جریان دهی آنها محدود است و به سختی مجتمع می‌شوند.

ترانزیستور اثر میدانی(MOSFET) این ترانزیستورها نیز مانند Jfet‌ها عمل می‌کنند با این تفاوت که جریان ورودی گیت آنها صفر است.

همچنین رابطه جریان با ولتاژ نیز متفاوت است.

این ترانزیستورها دارای دو نوع PMOS و NMOS هستند که تکنولوژی استفاده از دو نوع آن در یک مدار تکنولوژی CMOS نام دارد.

این ترانزیستورها امروزه بسیار کاربرد دارند زیرا براحتی مجتمع می‌شوند و فضای کمتری اشغال می‌کنند.

همچنین مصرف توان بسیار ناچیزی دارند.

به تکنولوژی‌هایی که از دو نوع ترانزیستورهای دوقطبی و Mosfet در آن واحد استفاده می‌کنند Bicmos می‌گویندالبته نقطه کار این ترنزیستورها نسبت به دما حساس است وتغییر می‌کند.بنابراین بیشتر در سوئیچینگ بکار می روند AMB