الترانزستورات
يستخدم عنصر خاص في أنظمة المياه ليتحكم في كمية المياه الخارجة، ويتم التحكم فيه عن طريق ذراع خاص بذلك تُحرك بصورة ميكانيكية، وحسب الطلب، إذ يمكن زيادة تدفق المياه عن طريق تحريك الذراع بنسبة معينة، وحسب الطلب كما هو موضح في تعليمات الشركة الصانعة حيث يمكن مقارنة الترانزستور بصنبور المياه المستخدم للتحكم في كمية المياه المتدفقة كما في الشكل التالي
أنواع الترانزستورات
1- الترانزستور ذو الوصلة ثنائي القطبية (Bipolar Junction Transistor)
وهو عبارة عن عنصر إلكتروني ثلاثي الأطراف، يتكون من ثلاث طبقات شبه موصلة، وتختلف الطبقة الوسطى عن طبقتي الطرفين الآخرين من حيث النوع، فقد تكون من نوع (P)، وتكون طبقتا الطرفين الآخرين من نوع (N)، فينتج ترانزستور من نوع (NPN)، واذا حدث العكس نتج ترانزستور من نوع (PNP)، ويتشابه هذا التركيب في حال الثنائيان متصلين معاً. ويوضح الشكل التالي الرمز الكهربائي في المخططات وأسماء الأطراف.
أ- مبدأ عمل الترانزستور
يمثل الترانزستور أحد أهم العناصر الإلكترونية وتكمن أهميته في أنه يعد مفتاحاً (صماماً) يفتح الدارة الكهربائية ويغلقها، أو مكبراً (مضخما) للإشارة. ولما كان جهد (القاعدة - المشع) هو (0.7V) فولت في ترانزستورات السليكون، فإن تيار المجمع يتزايد بتزايد تيار القاعدة، علماً بأن تيار القاعدة أصغر بكثير من تيار المجمع، ولكنه يتحكم فيه، أي أن النقص القليل في تيار القاعدة يناظره نقص كبير في تيار المجمع، ولكنه يتحكم فيه، أي إن النقص القليل في تيار القاعدة يناظره نقص كبير في تيار المجمع، وان الزيادة القليلة في تيار القاعدة يناظرها زيادة كبيرة في تيار المجمع، وذلك حسب نوعية التصنيع الخاصة بالترانزستور
كيف يمكن التحكم في تشغيل الترانزستور
للإجابة على السؤال السابق تأمل الاشكال التالية:
ب- خصائص الترانزستور: يوصل الترانزستور تياراً في الاتجاه الأمامي، ولا يوصل تياراً في الاتجاه العكسي
تقسم منطقة التوصيل إلى ثلاث مناطق، هي: المنطقة الأولى: منطقة القطع التي لا يمر بها تيار. ويكون الترانزستور في حالة قطع إذا كان جهد (القاعدة - المشع) أقل من 0.6 فولت وذلك في حالة ترانزستورات السليكون، هي الأكثر استخداماً.
المنطقة الثانية: منطقة التكبير، أو المنطقة الفعالة
المنطقة الثالثة : هي منطقة التشبع التي يمر بها تيار، انظر الشكل التالي.
جـ- الدارات الأساسية لتوصيل الترانزستور: توجد ثلاث دارات أساسية لتوصيل الترانزستور، هي:
1. دارة القاعدة المشتركة:
يبين الشكل التالي دارة القاعدة المشتركة للترانزستور، وفيها يكون دخول التيار بين الباعث والقاعدة، ويكون خروجه بين المجمع والقاعدة، ما يعني أن القاعدة مشتركة بين المدخل والمخرج.
2. دارة الباعث المشترك:
تعد هذه الدارة من أكثر الدارات المستخدمة للترانزستور، ويكون خروجه منها بين الباعث والمجمع، ما يعني أن الباعث المشترك بين المدخل والمخرج، كما في الشكل التالي.
3. دارة المجمع المشترك:
يبين الشكل التالي دارة المجمع المشترك للترانزستور، ويكون دخول التيار فيها بين المجمع والقاعدة، ويكون خروجه منها بين المجمع والباعث، ما يعني أن المجمع مشترك بين المدخل والمخرج.
2- ترانزستور تأثير المجال : Field Effect Transistor
يسمى هذا الترانزستور اختصاراً (FET) ويتم التحكم بالتيار المار في هذا الترانزستور بوساطة الفولتية على مدخله، وما يميز هذا الترانزستور أنه يمكن التحكم بقيمة التيار الكهربائي المار خلاله عن طريق المجال الكهربائي الناشىء من فرق الجهد بين طرفين من أطرافه ويكون التيار المدخلي له يساوي صفراً.
أن مرور التيار في هذا النوع من الترانزستورات سببه حركة نوع واحد من حاملات التيار إما الإلكترونات أو الفجوات على عكس الترانزستور ثنائي القطبية (BJT). تمتاز ترانزستورات (FET) بصغر حجمها، وثبات خصائصها عند تغير درجة حرارتها. وللترانزستور تأثير المجال ثلاث أطراف، هي : المصرف Drain، المنبع Source، البوابة Gate. وتقسم ترانزستورات تأثير المجال إلى نوعين أساسين هما.
أ- ترانزستور تأثير المجال ذو الوصلة Junction Field Effect Transistor (JFET)
ب- ترانزستور تأثير المجال ذو أكسيد المعدن شبه الموصل Metal Oxide Semiconductor Field Effect Rransistor (MOSFET)
أ- ترانزستور تأثير المجال ذو الوصلة: Junction Field Effect Transistor
يبين الشكل التالي تركيب ورمز ترانزستور تأثير المجال ذي الوصلة بقناة موجبة.
ويبين الشكل التالي تركيب ورمز ترانزستور تأثير المجال ذي الوصلة بقناة سالبة.
يلاحظ من الشكل السابق أن هذا النوع من الترانزستورات يتكون من شريحة سالبة N-type تشكل القناة، توجد بين طرفي هذه القناة شريحتان موجبتان موصلتان مع بعضهما. وتتكون منطقة الاستنزاف بين الشريحتين الموجبتين والشريحة السالبة، ويعتمد مبدأ عمل هذا الترانزستور على تغير عمق منطقتي الاستنزاف، من ثم تغير مساحة مقطع القناة الموجودة بين المصرف والمنبع، ويتم التحكم بعمق منطقتي الاستنزاف بتغيير قيمة الفولتية بين البوابة والمنبع.
ب- ترانزستور تأثير المجال ذو أكسيد المعدن شبه الموصل :
Metal Oxide Semiconductor Fiedl Transistor (MOSFET)
يبين الشكل التالي أن الترانزستور يتكون من شريحة موجبة (P-type) على أطرافها جزءان من شرحية سالبة (N-type) مرتبطتان معاً، وتوجد طبقة رقيقة من مادة عازلة ثاني أكسيد السيليكون (SIO2) لتعزل كهربائياً بين البوابة وباقي أطراف الترانزستور، يربط مع الجزءين للشريحة السالبة بوصلة معدنية لكل جزء طرفي الترانزستور المصرف (Drain) والمنبع (Source)، أما البوابة موصولة مع جزء معدني معزول عن باقي جسم الترانزستور.
في هذا النوع من الترانزستورات يتم التحكم بتيار الخرج كالآتي :
1- في حالة عدم تطبيق جهد على البوابة (Gate) فإنه لن يمر أي تيار بين المنبع والمصرف.
2- في حالة وضع جهد سالب على البوابة، فإن الترانزستور من نوع القناة P فإن الفجوات الموجودة في بلورتي المنبع والمصرف ستنجذب للمجال الكهربائي السالب المتكون عند البوابة مكونة قناة لمرور التيار بين المنبع والمصرف. وفي حالة وضع جهد موجب على البوابة أن الترانزستور من نوع القناة N فإن الإلكترونات الحرة الموجودة في بلورتي المنبع والمصرف ستنجذب للمجال الكهربائي الموجب المتكون عند البوابة مكونة قناة لمرور التيار بين المنبع والمصرف. ويتغير حجم هذه القناة تبعاً لقوة المجال الكهربائي عند البوابة وبالتالي تتغير قيمة التيار المار بين المنبع والمصرف. ويبين الشكل التالي رموز ترانزستورات MOSFET
3- الترانزستور ثنائي القطبية ذو البوابة المعزولة Isolated Gate Bipolar Transistor (IGBT)
يعد هذا النوع من الترانزستورات الحديثة التي تستخدم كثيراً في الدارات الإلكترونية ذات القدرات العالية، إذ يستخدم هذا النوع من الترانزستورات بصفته مفتاحاً إلكترونياً في دارات الفولتيات العالية (600-1700V)وتيارات كبيرة حتى (1000A).
عند إعطاء نبضة موجبة لبوابة الترانزستور MOSFET يصبح هذا الترانزستور بوضع on ويسمج لتيار قاعدة الترانزستور BJT بالمرور ليصبح أيضاً on. نلاحظ أن تسمية هذا الترانزستور جاءت كون بوابة الترانزستور معزولة عن باقي أجزائه. كما في الشكل التالي
