كيف يعمل الترانزستور كمفتاح

1 إجابة واحدة
مهندسة طاقة كهربائية
هندسة الطاقة الكهربائية, Tishreen university

شكّل اختراع الترانزستور في أربعينيات القرن العشرين ثورة إلكترونيّة في عالم التكنولوجيا فتكاد استخداماته تصل إلى كل جزء من حياتنا سواء في الهاتف المحمول أو الكمبيوتر وجميع أنواع الحساسات بسبب حجمه الصغير، فهو يقوم بتنظيم تدفق التيار والإشارات الإلكترونيّة، ويكون نظام تبريده غير معقد أبداً بالإضافة لكونه خفيف الوزن جداً، وقد زاد من أهميّته عدم استهلاكه لكميّة كبيرة من الطاقة ومتانته العالية التي تجعل منه فعّالاً في ظروف العمل الصعبة.

يتركب الترانزستور من مواد نصف ناقلة كالجرمانيوم والسيليكون، وله ثلاثة أنواع:

  • الترانزستور ثنائي القطبيّة BJT:

عمل الترانزستور كمفتاح

يتكون الترانزستور من ثلاثة أطراف: القاعدة base وهي المنطقة الوسطى وقد تكون موجبة أو سالبة، بينما الطرفان الآخران مجمع collector ومشع emitter، تكون وظيفته الأساسيّة تضخيم التيار الذي يدخل للقاعدة، ولكي يعمل كمفتاح يجب أن يكون تيار القاعدة كافياً لكي يضع الترانزستور في منطقة التشبع فيتشكل هبوط جهد أمامي منخفض بحدود 1 فولت يجعل العنصر يعمل كمفتاح، حيث تيار المجمع لا يعتمد على تيار القاعدة بل على مكونات الدائرة الخارجيّة.

ونظراً لاحتياج الترانزستور لتيار قاعدة عالي ومستمر على مدى فترة التوصيل فإن القدرة المفقودة به كبيرة بالإضافة لضياعات الوصل والفصل التي قد تُحرق الترانزستور، أي يعمل هذا النوع من الترانزستورات بنظام المفتاح عندما يكون تيار القاعدة معدوماً أي الترانزستور في حالة فصل، بينما عندما يكون تيار القاعدة كافياً لقيادة الترانزستور فسوف يعمل كمفتاح مغلق أي يقوم بالتوصيل ولكن إن حدث في نفس اللحظة جهد وتيار عاليان أثناء الفصل قد تحدث بقعة ساخنة في الترانزستور  تسبب عطبه بفعل الحرارة وهذا ما يُدعى بالانهيار الثانوي، لذلك نحتاج إلى دارة إخماد مستقطبة لتجنب حدوث تيار وجهد عاليان.

  • ترانزستور تأثير المجال ذو البوابة المعزولة MOSFET:

عمل الترانزستور كمفتاح

لهذا النوع من الترانزستورات ثلاثة أطراف: منبع source ومصرف drainو بوابة gate، يتميز هذا النوع بحاجته لتيار تشغيل منخفض وسرعة تبديل عالية على خلاف النوع الأول ذو السرعة البطيئة، ويكون تردد الوصل والوصل 1 ميغا هرتز، والقدرة المفقودة خلاله منخفضة جداً نظراً لأنه يعمل بجهد ملائم أي بمجال كهربائي، وبالتالي يُمكن اعتبار MOSFET مقاداً بالجهد حيث يجب تطبيق جهد موجب على البوابة لكي يعمل كمفتاح ويصبح في حالة التوصيل ON، ولكن هبوط الجهد مقارنةً مع النوع الأول يعتبر مرتفعاً فد يصل إلى 4 فولت.

تكمن الوظيفة الأساسيّة لMOSFET التحكم بالتيارات الواردة من المنبع والصادرة من المخرج خلال البوابة وحماية الدارة من التيارات للعالية بالإضافة لتوفير الطاقة للدارة. يتوافر هذا النوع بثمن مرتفع جداً وضمن مجال واسع من الجهود يصل إلى 500 فولت وتيارات حتّى 100 أمبير، ويكون هذا النوع غير معرّض للانهيار الثانوي.

  • الترانزستور ثنائي القطبيّة ذو البوابة المعزولة IGBT:

عمل الترانزستور كمفتاح

يكون لهذا النوع من الترانزستورات ثلاثة أطراف: مجمع Collector ومشع emitterو بوابة gate ويعمل بشكل مشابه للنوع الأول JBT حيث يحتاج تيار معدوماً ليصبح كمفتاح في حالة فصل، ويتفوّق عليه بأنّه يولد تيار بكثافة اعلى، وهو يملك سرعة تبديل أيضاً لكنّه مازال أقل من MOSFET حيث يصل تردد التبديل إلى40 كيلو هرتز، ويكثر استخدام هذه النوع في المحركات الكهربائيّة.

أكمل القراءة

0

هل لديك إجابة على "كيف يعمل الترانزستور كمفتاح"؟