ترانزیستور

برتریهای ترانزیستور بر لامپ های الکترونی

بعد از اختراع ترانزیستور ، برتریهای این المان نسبت به لامپهای  الکترونی ، به زودی آشکار گشت . به طوری که در رادیو و تلویزیون و هم  همچنین مدارات الکترونی ترانزیستوری ، بلافاصله ساخته شدند . در زیر به  برخی از برتریهای ترانزیستود نسبت به لامپ های الکترونی اشاره شده است . 

الف: کوچک تر و سبک تر بودن

ب : احتیاج نداشتن به فیلامان و در نتیجه ، نداشتن تلفات حرارتی تاشی از گرم کردن فیلامان

ج : احتیاج نداشتن به مدت زمان جهت گرم شدن فیلامان

د : کار کردن در ولتاژ های بسیار کم

و : استحکام زیاد و داشتن عمر طولانی

ز : ساده بودن سیم کشی طراحی های ترانزیستوری

باید توجه داشت که لامپها نیز نسبت به ترانزیستور ها از برتری هایی  برخوردارند ، از جمله : قدرت بسیار بالا ، تغییر نکردن نقطه کار بر اثر  گرما و ... ولی ترانزیستور با داشتن برتریهای فوق در قدرتهای کم و متوسط  جانشین لامپها شده است . 

ساختمان ترانزیستور

ترانزیستور معمولی ، یک المان سه قطبی است که از سه کریستال نیمه هادی  نوع n و p که در کنار یک دیگر قرار میگیرند تشکیل شده است . ترتیب قرار  گرفتن نیمه هادی ها در کنار هم ، می تواند به دو صورت انجام پذیرد : 

الف : دو قطعه نیمه هادی نوع n در دو طرف و نیمه هادی نوع p در وسط . 

ب: دو قطعه نیمه هادی نوع p در دو طرف و نیمه هادی نوع n در وسط . 

در حالت (الف) ترانزیستور npn و در حالت (ب) تورانزیستور pnp می نامند . 

پایه های خروجی ترانزیستور را به ترتیب امیتر ( منتشر کننده ) ، بیس (  پایه ) و کلکتور ( جمع کننده ) نامگذاری کرده اند . امیتر را با حرف E ،  بیس را با حرف B و کلکتور را با حرف C نشان می دهند . پایه های ترانزیستور  را می توان با پایه های لامپ تریود از نظر نوع عملکرد به شرح زیر مقایسه  نمود :

الف : امیتر با کاتد E=K

ب : بیس با شبکه فرمان B=G

ج : کلکتور با آند C=A

نیمه هادی نوع N یا P به عنوان امیتر به کار می روند ، نسبت به لایه و  کلکتور دارای ناخالصی بیشتری می باشد . ضخامت این لایه حدود چند ده میکرون  است . و سطح تماس آن نیز بستگی به میزان فرکانسی و قدرت ترانزیستور دارد . 

لایه بیس نسبت به کلکتور دارای ناخالصی کمتری است و ضخامت آن نیز به  مراتب کمتر از امیتر و کلکتور می باشد و عملا از چند میکرون تجاوز نمی کند .  

ناخالصی لایه کلکتور از امیتر کمتر و از بیس بیشتر است . ضخامت این لایه  به مراتب بزرگتر از امیتر می باشد ، زیرا تقریبا تمامی تلفات حرارتی  ترانزیستور در کلکتور ایجاد می شود . 

این نوع ترانزیستورها را به اختصار BJT (Bipolar Junction Transistor ) می نامند . 

عملکرد ترانزیستور

1- بایاسینگ ترانزیستور : برای اینکه بتوان از ترانزیستور به عنوان  تقویت کننده ، سوییچ و ... استفاده نمود ، باید ابتدا ترانزیستور را از نظر  ولتاژDC تغذیه کرد ، عمل تغذیه ولتاژ پایه های ترانزیستور را بایاسینگ  ترانزیستور می گویند . با توجه به اینکه ترانزیستور دارای سه پایه می باشد  می توانیم یکی از پایه هارا به عنوان مشترک و دو پایه دیگر را به عنوان  ورودی و خروجی در نظر بگیریم . اتصال ولتاژ DC به پایه های مختلف  ترانزیستور نحوه کار آن را بیان می کند . چون پایه های ترانزیستور سه عدد  است ، لذا می توانیم ولتاژ dc را به فرمهای مختلف به ترانزیستور متصل کنیم .  

 انواع آرایش های ترانزیستور

شكل پايه هاي ترانزيستورها و قطعات رايج و مشابهات آنها

NPN	PNP	شكل	NPN	PNP	شكل
BC107 BC108 BC109	BC177 BC178 BC179		BC147 BC148 BC149	BC157 BC158 BC159
BC167 BC168 BC169	BC257 BC258 BC259		BC171 BC172 BC173 BC182 BC183 BC184	BC251 BC252 BC253 BC212 BC213 BC214
BC207 BC208 BC209	BC204 BC205 BC206		BC237 BC238 BC239	BC307 BC308 BC309
BC317 BC318 BC319 BC337 BC347 BC348 BC349 BC382 BC383 BC384	BC320 BC321 BC322 BC327 BC350 BC351 BC352		BC407 BC408 BC409	BC417 BC418 BC419
BC413 BC414	BC415 BC416		BC437 BC438 BC439
BC467 BC468 BC469			BC547 BC548 BC549 BC582 BC583 BC584	BC557 BC558 BC559 BC512 BC513 BC514
	BC261 BC262 BC263		2N3903 2N3904	2N3905 2N3906
9013 9014	9012 9015		TIP3055	TIP2955
BD131 BD139 BD263	BD132 BD140 BD262		MJE 3055T BD267A TIP31A TIP41A	MJE 2955T BD266A TIP32A TIP42A
2N3055	MJ2955		2N3054
2N2222A			Darlington TIP121 TIP132	Darlington TIP126 TIP137
	Positive Voltage Regulator 1amp 7805 7812 LM2940		Negative Voltage Regulator 1amp 7905 7912
	Positive Voltage Regulator Adjustable LM317 (1.5amp) LM350 (3amp)		Positive Voltage Regulator 100mA 78L05 78L12
Negative Voltage Regulator 100mA 79L05 79L12			Darlington TIP141	Darlington TIP146

فلیپ فلاپ SR 

مدار داخلی یک فلیپ فلاپ SR با استفاده از گیت NOR

فلیپ فلاپ SR یک المان فیزیکی است که می تواند به عنوان یک عنصر تاخیر دهنده به کار گرفته شود.  این المان فیزیکی دارای دو ورودی به نام های R و S می باشد و دو خروجی دارد  که یکی متمم دیگری است.

طرز کاراین فلیپ فلاپ در جدول صحت به این شکل است که وقتی عملکرد مدار را بررسی می کنیم اگر S=1 و R=0 باشد، اصطلاحا می گویند مدار set است یعنی  خروجی آن 1 شده است. اگر پس از آن S=0 شود، مدار در وضعیت set باقی می  ماند ولی اگر R=1 شود اصطلاحا می گویند مدار Reset شده است یعنی خروجی در  این لحظه صفر است، و اگر در این لحظه R=0 شود مدار در حالت Reset باقی می  ماند. بنابراین R=0 و S=0 در خروجی نشان می دهد که کدامیک از S یا R آخرین  بار برابر 1 بوده است. یعنی مدار آخرین وضعیت غیر صفر ورودی را به خاطر  سپرده است. مطابق جدول کارنو اگر R و S همزمان در حالت 1 قرار گیرند مدار در حالت نامشخص خواهد بود. به  این خاطر مدارهای دارای فلیپ فلاپ SR را طوری طراحی می کنند که هیچ گاه  ورودی های S و R همزمان برابر 1 نشود.

این مورد محدودیتی برای فلیپ فلاپ SR است، که در فلیپ فلاپ JK این نقص برطرف شده است.

فلیپ فلاپ JK 

این عنصر تاخیر دهنده دارای دو ورودی به نام J و K می باشد و دو  خروجی آن یکی متمم دیگری است و در آن محدودیت فلیپ فلاپ SR را رفع کرده اند  و دو ورودی J=1 و 1=K برای این مدار قابل قبول است.
در این فلیپ فلاپ  همانند نوع SR ورودی تمام صفر یعنی J=0 و K=0 تاثیری در حالت خروجی فلیپ  فلاپ ندارد و همان حالت قبلی حفظ می شود. ولی اگر J=1 و 1=K باشد یک ورودی  قابل قبول است که باعث تغییر حالت در مقدار خروجی می شود.

مدار داخلی یک فلیپ فلاپ JK

فلیپ فلاپ T 

مدار داخلی یک فلیپ فلاپ T

این عنصر تاخیر دهنده دارای یک ورودی به نام T است و دو خروجی به صورت Y و متمم آن دارد.

چنانچه  T=1 شود باعث تغییر در خروجی می شود یعنی اگر خروجی صفر باشد مقدار آن یک  می شود و برعکس اگر خروجی یک باشد مقدار آن صفر می شود. این فلیپ فلاپ را  به این خاطر فلیپ فلاپ جهشی نیز می نامند.

فلیپ فلاپ T همانند فلیپ  فلاپ JK است که دو ورودی آن از یک متغیر مقدار می گیرد یعنی یا هر دو J و K  مقدار صفر و یا هر دو مقدار یک دارند. به این ترتیب در مواقعی یک است،  ایجاد جهش می کند.

فلیپ فلاپ D 

مدار داخلی یک فلیپ فلاپ D

این  مدار تاخیر دهنده شبیه به یک عنصر تاخیر دهنده ساعت عمل می کند به این  ترتیب که هر ورودی به آن می دهیم در یک فاصله زمانی مشخصی بعدا همان ورودی  را به صورت خروجی دریافت می کنیم.

از این رو این فلیپ فلاپ را فلیپ فلاپ تاخیر (Delay) می نامند. این فلیپ فلاپ یک ورودی به نام D دارد.