ترانزیستور دو قطبی در تجهیزات کلید زنی یا سوئیچ زنی
در علم برق چه در حوزه ابزار دقیق و برق صنعتی ، چه حوزه الکترونیک و طراحی برد و چه در حوزه برق ساختمان و تابلو برق جزو تجهیزات پرکاربرد و اساسی به شمار می روند.
قصد ما صحبت راجب انواع تجهیزات سوئیچ زنی در شاخه های مختلف برق و آموزش نحوه کارکرد و عملکرد تجهیزات کلید زنی و کاربرد هر کدام در بخش های مربوط به خود است .
به دلیل تنوع بسیار بالای تجهیزات کلید زنی ، برای طولانی نشدن مقاله ، ما در چندین مقاله به بررسی و معرفی هر یک از این تجهیزات پرداخته ایم که در صورت تمایل به مطالعه بیشتر میتوانید با استفاده از لینک های موجود در مقاله از صفحات دیگر ما بازدید کنید.
تجهیزات سوئیچ زنی به تجهیزاتی گفته میشود که با اتصال برق مدار فرمان این تجهیزات ، برق مدار اصلی را متصل کرده و برق مدار اصلی که جریان بسیار بالاتری و بعضا ولتاژ بالاتری از مدار فرمان دارد بر قرار میگیرند.
ترانزیستور ها یکی از این تجهیزات جهت سوئیچ زنی یا کلید زنی می باشند که به دسته های مختلفی تقسیم بندی می شوند که دو دسته مهم و پر کاربرد آن ها ترانزیستور BJT و ترانزیستور ماسفت (MOSFET) هستند.
در این بخش از مقالات تجهیزات کلید زنی و سوئیچ زنی میخواهیم در رابطه با ترانزیستور های BJT صحبت کنیم .
ترانزیستور BJT چیست ؟
لغت BJT مخفف شده عبارت Transistor bipolar Junction است که به معنی ترانزیستور پیوند دو قطبی است، این نام به این دلیل به این نوع ترانزستور اختصاص داده شده است که ساختار داخلی آنها مانند ترکیب کردن ۲ دیود سیلیکونی می باشد.
ترانزیستور های BJT دارای دو مدل که نحوه عملکرد متفاوتي دارند ، هستند. این مدل ها شامل نوع NPN و PNP است.
همانطور که گفته شد ساختار ترانزیستور ها به دو نوع NPN و PNP تقسیم می‌شوند که ما ابتدا به بررسی ساختار و نحوه عملکرد ترانزیستور نوع NPN و چند اصطلاح پر کاربرد در زمینه ترانزیستور ها می‌پردازیم ، به یاد داشته باشید که مطالب گفته شده در رابطه با ترانزیستور NPN در مورد ترانزیستور نوع PNP نیز صدق می‌کند.
ساختار ترانزیستور دو قطبی BJT :
ترانزیستور ها با استفاده از مواد نیمه رسانا مانند سیلیکون و یا ژرمانیوم ساخته می‌شوند. از این رو به آن ها نام Semiconductor نیز اطلاق میشود.
در ترانزیستور NPN که ماده اصلی تشکیل دهنده آن سیلیکون است، دارای سه لایه با دوپینگ متفاوت است بدین معنی که با تقسیم نیم رسانا به سه لایه، میزانی ناخالصی در هر لایه آن تزریق شده است که سبب افزایش رسانایی آن میشود. این سه لایه را امیتر Emitter ، کالکتور Collector و بیس Base می‌نامند .
ترتیب قرار گیری پایه ها در ترانزیستور با مدل های مختلف متفاوت است اما در اغلب موارد ترتیب آن ها در صورتی که ترانزیستور را در روبه روی خود قرار دهیم از چپ به راست امیتر ، بیس و کلکتور است، هرچند که این مبنای صحیحی برای تعیین پایه ها نبوده و بهترین راه استفاده از برگه راهنما (datasheet) هر ترانزیستور است.
ترانزیستور ها در مدار های مختلفی مورد استفاده قرار میگیرند و کاربرد متفاوتی با یکیدیگر دارند.
ترانزیستور در تقویت سیگنال :
بسیاری از کاربرد های ترانزیستور که جزو مهم ترین و اصلی ترین اهداف ساخت و بهبود طراحی آن هاست استفاده در زمینه تقویت سیگنال ها و ترکیب و ادغام و حتی تغییر پهنای باند آن ها است.
موارد مربوط به تقویت کنندگی در علم مخابرات و الکترونیک و پردازش و ارسال دیتا و سیگنال استفاده میشود زیرا در هنگام مخابره سیگنال های رادیویی ما نیازمند تقویت توان و افزایش فرکانس سیگنال های مخابراتی و در هنگام دریافت نیازمند تقویت سیگنال دریافتی به دلیل تضعیف سیگنال در طی مسیر دوباره نیاز به تقویت پیش از تحلیل سیگنال دارد که درصورت علاقه به مطالعه بیشتر در این رابطه میتوانید از مقاله نحوه تقویت کنندگی ترانزیستور استفاده نمایید.
ترانزیستور در سوئیچ زنی :
از کاربرد های دیگر ترانزیستور ها عملکرد کلید زنی توسط آن ها برای راه اندازی انواع قطعات الکترونیکی و الکتریکی است. به عنوان مثال در بسیاری از مدارات از ترانزیستور ها جهت راه اندازی رله های مکانیکی یا روشن کردن یک چراغ سیگنال با استفاده از یک میکروکنترلر فرمان فرمان دهنده استفاده میشود.
دلیل این کار این است که میزان جریانی که یک میکروکنترلر می تواند در خروجی داشته باشد محدود است و نمی توان با آن یک رله یا چراغ سیگنالی که جریان بالاتری می کشد راه اندازی کرد به همین دلیل از یک ترانزیستور در مسیر استفاده می شود و میکروکنترلر با دادن یک سیگنال فرمان به پایه بیس ترانزیستور باعث روشن شدن ترانزیستور و اتصال دو پایه کلکتور و امیتر آن شده و میتوان به عنوان کلید راه اندازی برای روشن کردن رله ، چراغ یا تجهیزات دیگر استفاده کرد.
تفاوت راه اندازی ترانزیستور NPN و PNP :
ترانزیستور های نوع NPN با سیگنال با سطح ولتاژ مثبت در پایه بیس خود که باید این سطح ولتاژ حداقل بالاتر از 0.7 ولت بیشتر از ولتاژ پایه امیتر باشد راه اندازی شده و در مقابل آن ترانزیستور نوع PNP قرار دارد که بر خلاف نوع دیگر با سیگنال با سطح ولتاژ منفی راه اندازی میشود به گونه ای که باید سطح ولتاژ سیگنال اعمالی به پایه بیس ترانزیستور PNP حداقل به میزان 0.7 ولت پایین تر از سطح ولتاژ پایه امیتر این ترانزیستور باشد.
از تفاوت های دیگر این دو ترانزیستور محل قرار گیری آنها در مدارهای راه اندازی می باشد ترانزیستور npn برای اتصال قطب منفی مدار یا همان gnd به المان های موجود در مدار مورد استفاده قرار گرفته درحالی که از ترانزیستور pnp برای اتصال قطب مثبت مدار به المان مورد نظر استفاده میشود.
از معایب ترانزیستور دوقطبی می توان به نیاز آنها به جریان جهت راه اندازی شرکت کرد که باعث ایجاد یک تلفات هرچند کوچک میشود درحالیکه در ترانزیستور ماسفت به دلیل عدم نیاز آنها به جریان و ولتاژی بودن اساس کار پایه گیت این تلفات را کاهش می‌یابد. هرچند که ترانزستور ماسفت نیز برای راه اندازی به ولتاژ بالاتری نسبت به ترانزیستور دو قطبی نیاز دارد که این خود یک ایراد برای این ترانزیستورها به حساب می آید زیرا با استفاده از میکروکنترلر ها نمی توان آنها را تریگر یا تحریک کرد.
کاربرد اصلی ترانزستور دو قطبی در علم الکترونیک بوده که برای مطالعه بیشتر در این زمینه میتوانید از مقاله کاربرد ترانزیستور در الکترونیک بهره مند شوید.
برای آشنایی و مطالعه سایر تجهیزات الکتریکی که وظیفه که سوئیچ کردن یا قطع و وصل کردن برق را به وسیله فرمان الکتریکی بر عهده دارند میتوانید از لینک های زیر استفاده فرمایید :
رله حالت جامد ( SSR )
ترانزیستور ماسفت (MOSFET)
