الاختراع الصغير الذي أحدث ثورة في الكوكب بأكمله… كل شيء عن الترانزستور

الترانزستوار Transistor
8

شارك المقال 👈

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on pocket

هناك مقولة تَقول أنّ أهم اختراعات القرن العشرين كانت الترانزستور، وهذه حقيقة فعلًا، ومن الممكن أن تصل لما هو أبعد من ذلك إذا قال أحدهم أنّ الترانزستور هو واحد من أهم الاختراعات التي ظهرت على الإطلاق، فأنا اتفق معه في هذا تمامًا.

فالترانزستور “Transistor” لا يعتبر مكونًا إلكترونيًا من ضمن المكونات الإلكترونية العديدة، بل أنا اعتبره الأب الروحي للهندسة الإلكترونية، وهذا ما أكد عليه الفيزيائي “Michael Riordan” والفيزيائية “Lillian Hoddeson” في كتابهم “Crystal Fire: The Birth of the Information Age“، عندما قالوا أنّ العلماء الثالثة ويليام شوكلي، ووالتر براتين، وجون باردين، اشتركوا في اكتشاف الترانزستور ليكون أبًا حقيقيًا لوادي السيلكون، بل هو السبب في وجوده من الأساس أي  أنّه السبب في كل التقدم التكنولوجي الذي نعاصره الآن.

بالمناسبة العلماء الثلاثة حصلوا علي جائزة نوبل في الفيزياء؛ بسبب المكون الإلكتروني الذي يُدعي الترانزستور وفيما يلي صورة قديمة تجمعهم الثلاثة في مختبرات بل عام 1984.

صورة مخترعي الترانزستور عام ١٩٤٨

دعنا نتفق سويًا أنّ الترانزستور أصبح جزءًا مهم في حياتنا اليومية نستخدمه في كل شيء، فهو مثــــــل الخلايا في الجسم، إذ نحن لا نفكر فيه ولكنه أساس حياتنا الآن… أساس كل جهاز نعمل عليه، والسبب في كل تقدم تكنولوجي وصل أو سيصل إليه العلم.

ما هو الترانزستور “Transistor”، وماهي أنواعه ..!؟

ما هو الترانزستور "Transistor"

هو مكون إلكتروني يعمل كمفتاح “Switch” للتحكم بمرور التيار الكهربي أو يعمل كمُضخم “Amplifier” للتيار الكهربي وذلك حسب تصميم الدائرة الكهربية ودوره فيها، ويوجد الترانزستور في جميع اللوحات الإلكترونية الموجودة بالأجهزة الإلكترونية مثل الحاسوب سواء كان مكتبيًا أو محمولًا، وهاتفك الذكي، وكل جهاز فيه الترانزستور، بالإضافة أنّه كان له الفضل في تصغير حجم الأجهزة وسهولة التنقل بها.

ولا شك أنّ الترانزستور له عدة أشكال مختلفة، كما أنّ للترانزستور عدة أنواع تختلف بحسب قطبية الترانزستور والمواد شبه الموصلة الداخلة فى تصنيعه مثل السيليكون والجرمانيوم.

وسنعرض في مقالنا هنا تقسيم لأهم أنواع الترانزستور، وذلك من حيث التركيب الداخلي و القطبية؛ لأنّ أكثر ما يهم مهندسي ومصممي الدوائر الإلكترونية، هو التركيب الداخلي للترانزستور وقطبيته فهما ما يحددان طريقة اختباره وقياسه بواسطة جهاز القياس الملتيميتر.

أنواع الترانزستوار Transistor types

في العموم الترانزستور له 3 أطراف رئيسية تختلف تسميتها على حسب نوع الترانزستور، وطبقًا للتركيب الداخلى للترانزستور فى حالة كان الترانزستور ثنائى القطبية تكون أسماء الأطراف الثالثة هما بدون أي ترتيب:

القاعدة “Base”، والمجمع “Collector”، والمشع “Emitter”، أمّا فى إذا كان حالة الترانزستور آحادى القطبية فإنّ أسماء الأطراف الثلاثة له تكون: البوابة  “Gate”، والمصب “Drain”، والمصدر “Source”.

وطبعاً كلًّا منهم له شكل مختلف، ويعمل تحت ظروف مختلفة، وكل منهما له استخداماته:

نلاحظ في الشكلين التاليين عدد 2 ترانزستور آحادى القطبية من نوع MOSFET أحدهما N-Channel  والآخر P-Channel ونرى تسمية الأطراف الثلاثة بحروف ترمز إلى أسماء أطراف للترانزستور آحادى القطبية وهي G وتَرمز للبوابة Gate وحرف D الذي يرمز للمصب Drain و حرف S ويرمز للمصدر Source.

ترانزستوار أحادي القطبية ‘UJT Transistor

وبالشكلين التاليين أيضًا يوجد عدد 2 ترانزستور ثنائى القطبية أحدهما NPN والآخر PNP، وستجد هنا أنّ تسمية الأطراف الثلاثة وتختلف عن النوع السابق، لتكن الحروف التي تَرمز إلى أطراف الترانزستور ثنائى القطبية هي B وترمز للقاعدة Base، و حرف C ويرمز للمجمع، وحرف E ويرمز للمشع Emitter.

ترانزستوار ثنائي القطبية BJT Transistor

وهنا يوجد سؤال يطرح نفسه، كيف يعمل الترازستور؟

الترانزستور كمكون إلكتروني له آلية عمل معينة، وتعتمد هذه الآلية على معرفتك نوع الترانزستور وأطرافه، فلو لدينا ترانزستور آحادى القطبية UJT من نوع “N-Channel” ستكن طريقة عمله كالتالي:

N-Channel UJT Transistor

كما هو في الشكل السابق هناك شرط ضروري لعمل الترنزستور، هو تطبيق نبضات كهربية موجبة على الطرف المُسمي البوابة Gate لكي يسمح بمرور التيار الكهربى من طرف المصب Drain إلى طرف المصدر Source.

ففي هذه الحالة سيتدفق التيار الكهربي من المصب Drain إلى المصدر Source، عندما تكون البوابة Gate في حالة التشغيل On State، ويتوقف مرور التيار من المصب إلى المصدر عندما تكون البوابة في حالة التوقف Off State.

ملحوظة: “النبضات الكهربية في حالة “On State” تكون قيمة الإشارة 5 فولت، أمّا في حالة “Off State” تكون قيمة الإشارة 0 فولت”

بينما لو كان الترانزستور آحادى القطبية UJT من نوع “P-Channel”ستختلف طريقة عمله حيث هنا قطبية طرف البوابة تغيرت فبالتالي ستتغير قطبية النبضات التي سَتُطبق عليها، فهنا مطلوب منا تطبيق نبضات كهربية سالبة على الطرف المُسمى البوابة Gate لكي تسمح بمرور التيار الكهربى من المصدر Source إلى المصب Drain، كما هو مبين في الشكل التالي.

P-Channel UJT Transistor

ففي هذه الحالة سيتدفق التيار الكهربي من المصدر Source إلى المصب Drain عندما تكون البوابة Gate في حالة التشغيل On State، ويتوقف مرور التيار من المصدر إلى المصب عندما تكون البوابة فى حالة التوقف Off State.

بينما لو كان الترانزستور من نوعه ثنائى القطبية BJT، فحتمًا ستختلف لدينا أطرافه وستكن طريقة عمله كالتالي:

فلو لدينا ترانزستور ثنائى القطبية من نوع NPN، فيلزم تطبيق نبضات كهربية موجبة على القاعدة Base؛ لكي تسمح بمرور التيار الكهربى من المجمع Collector إلى المشع Emitter كما هو بالشكل التالي

ترانزستور ثنائي القطبية NPN

ففي هذه الحالة سيتدفق التيار الكهربي من المجمع Collector إلى المشع Emitter عندما تكون القاعدة Base في حالة التشغيل On State، ويتوقف مرور التيار من المجمع إلى المشع عندما تكون القاعدة في حالة التوقف Off State.

بينما لو كان الترانزستور من نوع PNP، فهنا يتطلب تطبيق نبضات كهربية سالبة على القاعدة Base؛ لكي تسمح بمرور التيار الكهربي من المشع Emitter  إلى المجمع كما هو مُوضح في الشكل التالي

ترانزستور ثنائي القطبية PNP ففي هذه الحالة سيتدفق التيار الكهربي من المشع Emitter إلى المجمع Collector عندما تكون القاعدة Base في حالة التشغيل On State، ويتوقف مرور التيار من المشع إلى المجمع عندما تكون القاعدة في حالة التوقف Off State.

بما أنّنا تعرفنا علي آلية عمل الترانزستور سَيُطرح هنا سؤال آخر أكثر أهمية، وهو كيف يمكنك التعرف على أطراف الترانزستور حتى تتمكنك من توصيله في الدائرة..!؟

أطراف الترانزستور Transistor Pins أطراف الترانزستور Transistor Pins

هذا السؤال هو النقطة الأهم في الترانزستور، حيث أنّك لن تقدر على استخدام الترانزستور دون تحديد أطرافه، فتوصيله في الدائرة الإلكترونية يعتمد على أطرافه حيث أنّ الخطأ في توصيله سيعرضك لأمران لا ثاني لهما هما عدم عمل الترانزستور وبالتالي دائرتك التي تقوم بها لا تعمل، أمّا الثاني هو تلف الترانزستور نفسه إمّا بحدوث شورت بداخله أو احتراقه.

يمكنك معرفة أطرف الترانزستور عن طريق الداتا شيت له فكل الشركات المُصنعة للترانزستور عندما تطلق موديل جديد منه يتم إرفاقه بملف “PDF” به كل المعلومات اللازمة عن الترانزاستور.

Transistor APM2510N

فكما هو واضح في الصورة السابقة وهي مأخوذة من ملف الداتا شيت لترانزستور APM2510N، فهو من تصنيع شركة “ANPEC”، ونوعه N-Channel MOSFET، وموضح ترتيب الأطراف G , D , S والشكل الفيزيائى للترانزستور هو “TO-252″، وهناك رسم توضيحي للترانزستور ومكان دايود الحماية الداخلي، وهذه النقطة ممكن أن نتحدث عنها في مقال منفصل لمدى أهميتها.

Transistor KD1691

في الصورة السابقة جزء من ملف داتا شيت لترانزستور موديل “KD1691″، وهو ثنائي القطبية من نوع NPN، فهو من تصنيع شركة “TY Semiconductor”، وبه رسم يوضح الشكل الفيزيائي الخارجي للترانزستور وهو TO-126، وترتيب أطرافه الثلاثة حيث الطرف رقم 1 هو المشع E، والطرف الثانى هو المجمع C، والطرف الثالث هو القاعدة B، وستجد وصف مختصر لخصائص الترانزيستور ومميزاته وهي تهم مصنعي الدوائر الإلكترونية حيث من خلالها ستتعرف على الجهد والتيار الذي يعمل عندهم، فبالتالي ستتمكن من تحديد أي ترانزستور ستقوم باستخدامه في دائرتك.

انتظرونا في تتمة السلسلة للتحدث عن تطبيقات الترانزستور، والدوائر المُمكن عملها باستخدامه، وفي حال فاتتكم أي من أجزاء السلسلة فلاتنسوا الاطلاع عليها لأهميتها الشديدة في هذا المقال، والمقالات القادمة المتعلقة بشرح الدارات الكهربائية واستخداماتها، ولاتنسوا مشاركة أي معلومات أو استفسارات لديكم عن الموضوع في التعليقات لإثراء الموضوع، وشكرًا لكم.

ما هي العناصر والمكونات الإلكترونية الأساسية اللازمة لعمل دائرة إلكترونية!؟

مقدمة في صناعة الدوائر الإلكترونية وتطبيقات عملية لها… الجزء الأول.

8

شاركنا رأيك حول "الاختراع الصغير الذي أحدث ثورة في الكوكب بأكمله… كل شيء عن الترانزستور"

أضف تعليقًا