كيف يعمل الترانزستور؟
كيف يعمل الترانزستور؟
تعريف الترانزستور
يُعرف الترانزستور بأنه جهاز شبه موصل يستخدم لتكبير أو تبديل الإشارات الإلكترونية.
هناك أنواع مختلفة من الترانزستورات المتاحة، لكننا سنركز على الترانزستور NPN في وضع الباعث المشترك. هذا النوع يحتوي على منطقة باعثة مُشبعة بكثافة عالية وواسعة، والتي تحتوي على العديد من الإلكترونات الحرة (الحملاء الرئيسيين).
منطقة المجمع واسعة ومُشبعة بدرجة معتدلة، وبالتالي تحتوي على عدد أقل من الإلكترونات الحرة مقارنة بالباعث. منطقة القاعدة رقيقة جداً ومُشبعة بدرجة خفيفة، مع عدد صغير من الثقوب (الحملاء الرئيسيين). الآن، نقوم بتوصيل بطارية بين الباعث والمجمع. يتم توصيل طرف الباعث للترانزستور بطرف البطارية السالب. لذلك، تصبح مفصلة الباعث-القاعدة متحيزة للأمام، وتكون مفصلة القاعدة-المجمع متحيزة للخلف. في هذه الحالة، لن يتدفق أي تيار عبر الجهاز. قبل الانتقال إلى التشغيل الفعلي للجهاز، دعنا نتذكر التفاصيل الهيكلية والتشبيع لترانزستور NPN. هنا، منطقة الباعث أعرض وأكثر تشبيعاً بكثافة. وبالتالي، فإن تركيز الحملاء الرئيسيين (الإلكترونات الحرة) في هذه المنطقة من الترانزستور مرتفع جداً.
من ناحية أخرى، منطقة القاعدة رقيقة جداً، وهي في نطاق بضعة ميكرومترات بينما منطقة الباعث والمجمع في نطاق الملليمترات. التشبيع الطبقة الوسطى من نوع p ضعيف جداً، وبالتالي يوجد عدد قليل جداً من الثقوب في هذه المنطقة. منطقة المجمع أعرض كما ذكرنا سابقاً والتشبيع فيها معتدل وبالتالي يوجد عدد معتدل من الإلكترونات الحرة في هذه المنطقة.
الجهد المطبق بين الباعث والمجمع يسقط في مكانين. أولاً، مفصلة الباعث-القاعدة لها جهد حائل للأمام يبلغ حوالي 0.7 فولت في الترانزستورات السيليكون. الجزء المتبقي من الجهد يسقط عبر مفصلة القاعدة-المجمع كحاجز عكسي.
مهما كان الجهد عبر الجهاز، فإن الجهد الحائل للأمام عبر مفصلة الباعث-القاعدة يبقى دائماً 0.7 فولت والجزء المتبقي من الجهد المصدر يسقط عبر مفصلة القاعدة-المجمع كجهد حائل عكسي.
هذا يعني أن جهد المجمع لا يمكنه التغلب على الجهد الحائل للأمام. لذلك، لا يمكن للإلكترونات الحرة في الباعث أن تعبر إلى القاعدة. نتيجة لذلك، يُظهر الترانزستور سلوكًا مثل مفتاح مغلق.
ملاحظة: - في هذه الحالة، لا يُوصل الترانزستور أي تيار بشكل مثالي، ولن يكون هناك أي سقوط جهد على المقاومة الخارجية وبالتالي سيسقط الجهد المصدر بالكامل (V) عبر المفاصل كما هو موضح في الشكل أعلاه.
لنرى الآن ما يحدث إذا طبقنا جهدًا موجبًا على طرف القاعدة للجهاز. في هذه الحالة، تحصل مفصلة الباعث-القاعدة على جهد للأمام بشكل فردي وبالتأكيد يمكنها التغلب على الحاجز الجهد الأمامي وبالتالي سيتعبر الحملاء الرئيسيون، أي الإلكترونات الحرة في منطقة الباعث، المفصلة ويأتون إلى منطقة القاعدة حيث يوجد عدد قليل من الثقوب للتجميع.
ولكن بسبب المجال الكهربائي عبر المفصلة، تحصل الإلكترونات الحرة المهاجرة من منطقة الباعث على طاقة حركية. منطقة القاعدة رقيقة جداً بحيث أن الإلكترونات الحرة القادمة من الباعث لا تحصل على وقت كافٍ للتجميع وبالتالي تعبر منطقة الاستنزاف المحايدة العكسية وتأتي في النهاية إلى منطقة المجمع. بما أن هناك حاجز عكسي موجود عبر مفصلة القاعدة-المجمع، فإنه لن يعيق تدفق الإلكترونات الحرة من القاعدة إلى المجمع لأن الإلكترونات الحرة في منطقة القاعدة هي حملاء ثانويين.
بهذه الطريقة، يتدفق الإلكترونات من الباعث إلى المجمع وبالتالي يبدأ تدفق التيار من المجمع إلى الباعث. بما أن هناك بعض الثقوب موجودة في منطقة القاعدة، فإن بعض الإلكترونات القادمة من منطقة الباعث ستتجمع مع هذه الثقوب وتساهم في تيار القاعدة. هذا التيار القاعدة أصغر بكثير من تيار المجمع إلى الباعث.
بعض الإلكترونات من الباعث تساهم في تيار القاعدة، بينما معظمها يمر عبر المجمع. تيار الباعث هو مجموع تيار القاعدة وتيار المجمع. لذا، فإن تيار الباعث هو مجموع تيار القاعدة وتيار المجمع.
لنزيد الآن الجهد المطبق على القاعدة. في هذه الحالة، بسبب زيادة الجهد الأمامي عبر مفصلة الباعث-القاعدة بشكل متناسب، سيأتي المزيد من الإلكترونات الحرة من منطقة الباعث إلى منطقة القاعدة بطاقة حركية أكبر. هذا يؤدي إلى زيادة متناسبة في تيار المجمع. بهذه الطريقة، من خلال التحكم في إشارة قاعدة صغيرة، يمكننا التحكم في إشارة مجمع كبيرة. هذا هو المبدأ الأساسي لعمل الترانزستور.
