مقاله ترانزیستور و کاربردهای آن

این مقاله در مورد ترانزیستور و کاربردهای آن بوده و به بررسی ساختار، عملکرد، سوئیچینگ، تقویت سیگنال، انواع ترانزیستور و نقش آن در فناوری های مدرن می پردازد.

مقدمه
ترانزیستور یکی از پایه ای ترین اختراعات قرن بیستم است که تأثیر عمیقی بر حوزه الکترونیک و فناوری اطلاعات گذاشته است. این قطعه کوچک الکترونیکی که از نیمه هادی هایی مانند سیلیکون و ژرمانیوم ساخته می شود، توانسته است جایگزینی مناسب برای لامپ های خلاء و رله های مکانیکی باشد که پیش از آن برای تقویت سیگنال ها و اتصال مدارات به کار گرفته می شدند. لامپ های خلاء در نیمه اول قرن بیستم به طور گسترده برای تقویت صوت، موسیقی و شبکه های تلفنی استفاده می شدند، اما مصرف بالای انرژی و حساسیت زیاد آنها نسبت به سوختن، استفاده گسترده و پایدار از آنها را با مشکل مواجه می کرد. همچنین، شبکه های تلفنی نیازمند صدها هزار رله مکانیکی بودند تا مدارها به یکدیگر متصل شوند و نگه داری و سرویس این رله ها علاوه بر پرهزینه بودن، نیازمند دقت و زمان قابل توجهی بود. در این شرایط، ظهور ترانزیستور انقلابی در الکترونیک ایجاد کرد و با ارائه عملکردی پایدار و مصرف انرژی بسیار کمتر، کیفیت شبکه ها و تجهیزات الکترونیکی به طرز چشمگیری افزایش یافت.

ترانزیستور اساساً قادر به انجام دو عملکرد پایه است: سوئیچینگ و تقویت کنندگی. در نقش سوئیچ، ترانزیستور همانند یک کلید عمل می کند و می تواند جریان الکتریکی را روشن یا خاموش کند، اما سرعت سوئیچینگ آن به مراتب از کلیدهای مکانیکی بالاتر است و گاهی صدها هزار تا میلیون ها برابر سریع تر عمل می کند. این ویژگی امکان اتصال آن به منابع مختلف سیگنال و حتی ترانزیستورهای دیگر را فراهم می کند و باعث می شود که عملکرد آن در مدارات پیچیده بسیار منعطف باشد. عملکرد تقویت کنندگی ترانزیستور نیز به گونه ای است که می تواند سیگنال های ضعیف را دریافت کرده و با افزایش توان خروجی، آنها را به سطحی برساند که برای مصارف مختلف قابل استفاده باشد. این قابلیت، زمینه ساز توسعه فناوری هایی مانند رادیو، تلویزیون، میکروچیپ ها و سیستم های پردازشی پیشرفته شد.

ساختار ترانزیستور بر پایه نیمه هادی ها طراحی شده است. نیمه هادی ها موادی هستند که هدایت الکتریکی آنها بین یک رسانای کامل و یک عایق قرار دارد. این ویژگی به ترانزیستور امکان می دهد که مقدار هدایت خود را تغییر دهد و بسته به نیاز، نقش هادی یا عایق را ایفا کند. با قرار دادن یک قطعه نیمه هادی بین دو قطعه دیگر، جریان اندک ورودی می تواند جریان عبوری از قطعات دیگر را کنترل کند و به این ترتیب تقویت سیگنال ها امکان پذیر می شود. به زبان ساده تر، ترانزیستور قادر است رفتار جریان خروجی را بر اساس جریان ورودی تقلید کرده و آن را با توان بیشتر ارائه دهد، که این عملکرد پایه ای بسیاری از سیستم های الکترونیکی مدرن است.

امروزه میلیون ها ترانزیستور در یک میکروچیپ جای گرفته اند و هر ترانزیستور با تقویت و کنترل جریان ورودی، نقش حیاتی در عملکرد کل مدار ایفا می کند. از پردازش داده ها در کامپیوترها و ماشین حساب ها گرفته تا انتقال صدا و تصویر و کنترل سیستم های پیچیده ای مانند ترمزهای ضد قفل خودروها (ABS)، ترانزیستورها ستون فقرات فناوری های مدرن را شکل داده اند. علاوه بر این، با پیشرفت تکنیک های طراحی مدارهای مجتمع و فناوری نیمه هادی، حجم مدارها کاهش یافته و قیمت هر ترانزیستور به میزان قابل توجهی کاهش یافته است، به گونه ای که امروزه میلیون ها ترانزیستور در یک آی سی با هزینه بسیار پایین قرار می گیرند و عملکردی قابل اعتماد ارائه می کنند.

تحقیقات مستمر بر روی مواد نیمه هادی و طراحی ساختار ترانزیستورها باعث شده است که این قطعه کوچک با سرعتی باورنکردنی و قابلیت های متنوع، هر روز کارآمدتر و اقتصادی تر شود. از بررسی رفتار جریان ها گرفته تا ساختار پیچیده گیت های منطقی و مدارهای پردازشی، ترانزیستورها نشان داده اند که حتی کوچک ترین قطعات الکترونیکی می توانند پایه و اساس پیشرفت های عظیم فناوری باشند و جادوی واقعی آنها در قابلیت کنترل جریان و تقویت سیگنال ها نهفته است.

فهرست مطالب :
تاریخچه ترانزیستور ۱
ترانزیستور چیست ۱
ترانزیستور چگونه کار می کند ۲
ترانزیستور چه کاری انجام میدهد ۴
اختراع رادیو ۶
مشکل آشکار سازی ۷
تقویت ۸
لامپ های خلا یکسوساز ۹
تقویت کنندگی لامپ خلا ۱۰
ترانزیستور ۱۱
ترازیستور دوقطبی پیوندی ۱۷
انواع ترانزیستور پیوندی ۱۸
ساختمان ترانزیستور پیوندی ۱۹
طرزکار ترانزیستور پیوندی ۱۹
نحوه اتصال ترانزیستورها ۲۰
اتصال کلکتور مشترک ۲۱
ساختار و طرز کار ترانزیستور اثر میدانی – فت ۲۶
منابع ۲۹