ترانزيستور

المقحل (بالإنجليزية:ترانزستور-Transistor و هي اختصار لكلمتي Transfer Resistor و تعني مقاومة النقل) أحد أهم مكونات الأدوات الإلكترونية الحديثة مثل الحاسوب. اخترعه العلماء الأمريكيون والتر براتن و جون باردين و وليام شوكلي

Assorted discrete transistors.
أشكال مختلفة للترانزستور
نسخة طبق الاصل من اول ترانزستور.


في الإلكترونيات ، هو الترانزستور هو جهاز من أشباه الموصلات الذي يستخدم عادة في تضخيم أو التبديل للإشارات الإلكترونية . والترانزستور هو مصنوع من قطعة صلبة من مادة أشباه الموصلات , وله على الأقل ثلاثة وصلات للاتصال بالدائرة الخارجية. فرق الجهد أو التيار المطبق على زوج من مخارج الترانسستور, يغير التيار الذى يسرى خلال زوج آخر من مخارج الترانسستور. لأن التحكم في (المخرجات) الطاقة يكون أكثر من الطاقة (المدخلات) , التى يعطيها الترانسستور التضخيم للإشارة

والترانزستور هو اللبنة الأساسية في الأجهزة الإليكترونية الحديثة ،, ويستخدم في الراديو ، الهاتف ، الكمبيوتر وغيرها من النظم الالكترونية. الترانزستور غالبا ما يشار اليه باعتباره واحدا من أعظم الانجازات في القرن 20th ، وبعضهم يرى أنه واحدا من أهم الإنجازات التكنولوجية في تاريخ البشرية. بعض الترانزستورات يتم تعبئتها بشكل فردي ولكن معظمها موجود في دوائر متكاملة



. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التعريف

 
الترانزستورات المتفردة وهي تشغل حيزًا صغيرًا. في هذه الصورة للوحة دائرة حاسوب، يشير القلم إلى الترانزستور .

الترانزستور هو نبيطة دقيقة تتحكم في سريان التيار الكهربائي في أجهزة الراديو والتلفاز والحواسيب وكل المعدات الإلكترونية الأخرى تقريبًا. وتتفاوت الترانزستورات في العرض بين جزء من ألف من المليمتر وبضعة سنتيمرات. [1]

حلت الترانزستورات تمامًا محل مكونات إلكترونية تسمى الصمامات المفرغة، في الخمسينيات والستينيات من القرن العشرين، لأنها تتفوق عليها بعدة امتيازات. فالترانزستورات، على سبيل المثال، أصغر حجمًا وأخف وزنًا، وأقل تكلفة من حيث الإنتاج، وأرخص في التشغيل وأكثر اعتمادية مقارنة بالصمامات المفرغة.


التاريخ

 
A replica of the first working transistor.

The first patent[2] for the field-effect transistor principle was filed in Canada by Austrian-Hungarian physicist Julius Edgar Lilienfeld on 22 October 1925, but Lilienfeld did not publish any research articles about his devices. In 1934 German physicist Dr. Oskar Heil patented another field-effect transistor.

On 17 November 1947 John Bardeen and Walter Brattain, at AT&T Bell Labs, observed that when electrical contacts were applied to a crystal of germanium, the output power was larger than the input. William Shockley saw the potential in this and worked over the next few months greatly expanding the knowledge of semiconductors and could be described as the father of the transistor. The term was coined by John R. Pierce.[3] According to physicist/historian Robert Arns, legal papers from the Bell Labs patent show that William Shockley and Gerald Pearson had built operational versions from Lilienfeld's patents, yet they never referenced this work in any of their later research papers or historical articles.[4]

الأهمية

للترانزستورات وظيفتان أساسيتان:

1- فتح وغلق التيار الكهربائي.

2- تضخيم (تقوية) التيار الكهربائي.

وتتحكم فولتية ضعيفة تسمى إشارة الدخل في أداء كلتا الوظيفتين.

تؤدي الترانزستورات عمليات فتح وغلق سريعة في الحواسيب، لمعالجة الشحنات الكهربائية التي تمثل المعلومات في شكل الرقمين صفر وواحد، في نظام الترقيم الثنائي. فبينما تحرك الترانزستورات الشحنات الكهربائية شحنة بعد شحنة، تنفذ الدوائر الإلكترونية الحسابات، وتحل مسائل المنطق، وتكون الكلمات والصور على المرقاب، وتؤدي كل العمليات الأخرى المرتبطة بالحواسيب. انظر: الحاسوب (كيف يعمل الحاسوب). والترانزستورات من أهم مكونات أجهزة الراديو والتلفاز، بسبب قدرتها على تضخيم الإشارات. فموجات البث التي تنتقل عبر الهواء تولد تيارات ضعيفة في هوائي الراديو أو التلفاز. وتضخم ترانزستورات الدوائر الإلكترونية هذه الإشارات، بينما تستخدم مكونات أخرى - بما في ذلك الترانزستورات الإضافية- التيارات القوية الناتجة لإنتاج الأصوات والصور.

الإستخدام

 
BJT used as an electronic switch, in grounded-emitter configuration.

الترانزستورات هي المكونات الأساسية للرقائق الحاسوبية، وهي نبائط تستخدم في تنفيذ البرامج الحاسوبية وتخزين البرامج والبيانات الأخرى. وتحمل بعض الرقائق التي لاتزيد أحجامها عن حجم ظفر الأصبع ملايين الترانزستورات.

تسمى الترانزستورات المنفردة الكبيرة الترانزستورات المتفردة. وبسبب أحجامها الكبيرة، تستطيع هذه الوحدات معالجة أضعاف ما تستطيع معالجته ترانزستورات الرقائق. وتشمل استخدامات الترانزستورات المتفردة تزويد مجاهير النظم الصوتية البالغة الدقة، وباعثات موجات الإذاعة الخاصة، ومحركات الأجهزة الصغيرة، بالقدرة؛ وإطفاء الأنوار وإشعالها؛ والتحكم في انسياب الطاقة عبر خطوط القدرة الكهربائية.

طريقة عمل الترانزستور

 
Amplifier circuit, standard common-emitter configuration.
 
Simple circuit using a transistor.
 
Operation graph of a transistor.Dubious graph[محل شك]

تعمل الترانزستورات عن طريق التحكم في التيار الكهربائي عبر وصلتي س م. وهذه الوصلات نقاط في بلورة شبه الموصل، يلتقي عندها نوعان من المواد، وتكون المناطق حول جانبي كل وصلة محورة بطرق مختلفة. وشبه الموصل مادة توصل (تحمل) التيار الكهربائي بدرجة أفضل من العوازل، مثل الخشب والزجاج، ولكن ليس بمستوى الموصلات، مثل الفضة والنحاس. والسليكون هو أكثر أشباه الموصلات استخدامًا في الترانزستورات. ولابد من تطبيق حد أدنى من الفولتية على شبه الموصل قبل سريان أي تيار كهربائي، بينما تكفي أي فولتية -مهما كانت صغيرة - لتسبيب سريان التيار الكهربائي. أما في العوازل فإن الفولتية المطلوبة لبدء سريان تيار تكون من القوة بحيث تؤدي إلى تحطم المادة قبل بدء سريان التيار. والتيار الكهربائى هو سريان الشحنات الكهربائية. وفي أشباه الموصلات يسري التيار الكهربائي في شكل إلكترونات حرة أو فجوات. والإلكترون الحر إلكترون غير مرتبط بإحكام بالذرة. أما الفجوة فهي منطقة فارغة موجبة الشحنة بالقرب من الذرة، يشغلها عادة إلكترون.

وفي الذرة يدور إلكترون واحد سالب الشحنة، أو أكثر، حول نواة موجبة الشحنة، وتكون الإلكترونات منتظمة في مدارات.

ولذرة السليكون عادة أربعة إلكترونات في المدار الخارجي، ولكن في بلورة السليكون النقية يكون عدد الإلكترونات الحرة وعدد الفجوات قليلاً جدًا. ويعود ذلك إلى حقيقة أن نسبة قليلة من الإلكترونات تمتص طاقة حرارية تكفيها لترك المجال، والتحول إلى إلكترونات حرة، تاركة فجوات وراءها. وتشغل الإلكترونات الفجوات بسرعة، ولكن في نفس الوقت تترك إلكترونات أخرى مداراتها.

ويغير تحوير بلورة شبه الموصل - أي إحلال ذرات مادة أخرى محل بعض ذرات شبه الموصل- قدرة البلورة على توصيل التيار الكهربائي. وفي بلورة النوع السالب (نوع س) من السليكون، تستبدل ذرات فوسفور محتوية على خمسة إلكترونات في مداراتها الخارجية، بعدد قليل من ذرات السليكون. وتشتمل ذرة الفوسفور على إلكترون واحد غير مرتبط بإحكام بنواة الذرة، ولذا فإن البلورة تصبح محتوية على إلكترونات حرة إضافية. وفي بلورة النوع الموجب (نوع م) من السليكون، تستبدل ذرات بورون محتوية على ثلاثة إلكترونات في مداراتها الخارجية، بعدد قليل من ذرات السليكون، وبالتالي فإن بلورة النوع م تصبح محتوية على فجوات إضافية. انظر: شبه الموصل؛ الإلكترونيات (مكونات حالة الصلابة).

الترانزستور كفتاح تحكم

عندما تكون فولتية القاعدة منخفضة جدًا -أي بين صفر و 0,3 فولت في الترانزستورات السليكونية العادية- لايسري أي تيار يذكر من الباعث أو القاعدة إلى المجمع، وذلك لأن فولتية القاعدية ليست من الكفاية بحيث تؤدي إلى انجذاب الإلكترونات من الباعث، عبر وصلة الباعث- القاعدة، مما يؤدي بدوره إلى غلق الترانزستور. ويسبب رفع فولتية القاعدة إلى 0,6 فولت سريان عدد كبير من الإلكترونات من الباعث إلى القاعدة. ولأن القاعدة رقيقة جدًا فإن الإلكترون الذي يصل إلى القاعدة يكون قريبًا جدًا من وصلة القاعدة - المجمع. وبازدياد تركيز الإلكترونات في القاعدة يزاحم بعض الإلكترونات غيرها في عبور القاعدة، ويخترق عدد كبير من الإلكترونات الطريق عبر المجال الكهربائي السالب عند وصلة القاعدة- المجمع، بالرغم من أن هذا المجال يقاوم سريان الإلكترونات. وهكذا تندفع هذه الإلكترونات عبر وصلة القاعدة - المجمع. وبمجرد وصول الإلكترونات إلى منطقة المجمع المجاورة لوصلة المجمع القاعدة، تمر بسهولة إلى طرف المجمع تاركة الترانزستور. وهكذا تسري الإلكترونات داخل الترانزستور ابتداء من طرف الباعث وعبر منطقة القاعدة، وتترك الترانزستور عبر طرف المجمع. ويحدث أقصى سريان للإلكترونات عند بلوغ فولتية القاعدة حوالي 0,7 فولت.

الترانزستور الثنائي القطب مضخمًا.

يبقى الترانزستور الذي يؤدي وظيفة المضخم في حالة توصيل، ولكن قوة الإشارة تتفاوت. ويؤدي رفع قوة الإشارة إلى سريان الإلكترونات الحرة الموجودة في الباعث إلى القاعدة بسرعة أعلى، مما يؤدي بدوره إلى وصول عدد أكبر من الإلكترونات إلى المجمع. وهكذا يزداد سريان التيار من الباعث إلى المجمع، مع ازدياد قوة الإشارة. ويقلل خفض قوة الإشارة سرعة الإلكترونات، ولذا يقل التيار الذي يسري من الباعث إلى المجمع مع نقصان قوة الإشارة. ويتناسب ازدياد وانخفاض التيار الضعيف الذي يسري إلى القاعدة، أيضًا، مع تغيرات قوة الإشارة، ولذا فإن التيار الذي يسري من الباعث إلى المجمع نسخة مطابقة لهذا التيار باستثناء القوة. وهكذا يضخم الترانزستور التيار الضعيف بإنتاج تيار أقوى بكثير، ومطابق لهذا التيار الضعيف.

ويعمل الترانزستور م س م بنفس مبادئ الترانزستور س م س، ولكن فولتيات الترانزستور م س م معاكسة لفولتيات الترانزستور س م س. ترانزستور تأثير مجالي ذو أكسيد فلزي وشبه موصل (س م س). يوصل التيار الكهربائي في شكل سريان إلكترونات بين منطقتين سليكونيتين محورتين: المصدر والمفرغ. يستقبل المصدر فولتية أكثر إيجابية من فولتية المفرغ. ولكن لكي يسري التيار يجب أن يستقبل طرف آخر يسمى البوابة أيضًا فولتية موجبة. وتجذب هذه الفولتية إلكترونات من الأساس وعبر منطقة تسمى منطقة البوابة مكونة بذلك قناة غنية بالإلكترونات لمرور التيار. ترانزستورات التأثير المجالي ذات الأكاسيد الفلزية وأشباه الموصلات. أكثر ترانزستورات التأثير المجالي شيوعًا هي ترانزستورات التمذافام المستخدمة في الرقائق الحاسوبية. ويعمل ترانزستور التأثير المجالي بتكوين مجال كهربائي يجذب الإلكترونات إلى منطقة البوابة، أو يبعد الإلكترونات عن المنطقة. ويسري التيار عندما ينجذب عدد مناسب من الإلكترونات إلى منطقة البوابة.

ولترانزستورات التمذافام ثلاث طبقات من شبه الموصل: المصدر ومنطقة البوابة والمفرغ. ويصنع المصدر والمفرغ من نفس نوع شبه الموصل: إما نوع س أو نوع م، بينما تصنع منطقة البوابة، والتي تقع بين المصدر والمفرغ من النوع المقابل.

وفي أحد أنواع ترانزستورات التمذافام تصنع منطقة البوابة من سليكون، نوع م، بينما يصنع المصدر والمفرغ من سليكون، نوع س. وتشكل منطقة البوابة جزءًا من المادة الأساسية في الرقائق، ويكون المصدر والمفرغ مغروسين في هذه المادة، وبينهما منطقة البوابة. ويسمى الجزء من مادة الرقيقة الذي يقع تحت منطقة البوابة الأساس. ويوصل الطرفان الكهربائيان إلى كل من المصدر والمفرغ. وتوجد فوق منطقة البوابة طبقة من ثاني أكسيد السليكون، وهو مادة عازلة. وفوق هذه المادة يوجد طرف ثالث، وهو طبقة فلزية تسمى البوابة.

وتطبق عادة إشارة فولتية صغيرة على البوابة، ويسري التيار الذي يغلق ويفتح من المصدر إلى المفرغ.

وفي التشغيل العادي يكون المفرغ أكثر إيجابية من المصدر، مما يؤدي إلى سريان التيار من المصدر إلى المفرغ. ويعتمد سريان التيار الكهربائي على ما إذا كانت البوابة ذات فولتية موجبة أو سالبة.

ففي حالة تطبيق فولتية سالبة على البوابة تتنافر الإلكترونات الحرة في منطقة البوابة متجهة إلى الأساس، ولهذا فإن هذه الإلكترونات لن تكون متاحة لتسري في شكل تيار، مما يؤدي إلى توقف سريان التيار من المصدر إلى المفرغ، وبالتالي انغلاق ترانزستور التمذافام.

وفي حالة استقبال البوابة لفولتية موجبة تنجذب الإلكترونات الحرة إلى منطقة البوابة. ويؤدي هذا إلى تكوُّن شريط متصل من مادة ذات إلكترونات حرة في طبقة أكسيد الفلز، بين المصدر والمفرغ. ويسري التيار في حالة تطبيق فولتية عالية كافية، وبذلك ينفتح ترانزستور التمذافام.

مقارنة مع الصمامات المفرغة

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

المزايا

The key advantages that have allowed transistors to replace their vacuum tube predecessors in most applications are:

  • Small size and minimal weight, allowing the development of miniaturized electronic devices.
  • Highly automated manufacturing processes, resulting in low per-unit cost.
  • Lower possible operating voltages, making transistors suitable for small, battery-powered applications.
  • No warm-up period for cathode heaters required after power application.
  • Lower power dissipation and generally greater energy efficiency.
  • Higher reliability and greater physical ruggedness.
  • Extremely long life. Some transistorized devices have been in service for more than 30 years.
  • Complementary devices available, facilitating the design of complementary-symmetry circuits, something not possible with vacuum tubes.
  • Insensitivity to mechanical shock and vibration, thus avoiding the problem of microphonics in audio applications.

الحدود

  • Silicon transistors do not operate at voltages higher than about 1,000 volts (SiC devices can be operated as high as 3,000 volts). In contrast, electron tubes have been developed that can be operated at tens of thousands of volts.
  • High power, high frequency operation, such as used in over-the-air television broadcasting, is better achieved in electron tubes due to improved electron mobility in a vacuum.
  • On average, a higher degree of amplification linearity can be achieved in electron tubes as compared to equivalent solid state devices, a characteristic that may be important in high fidelity audio reproduction.
  • Silicon transistors are much more sensitive than electron tubes to an electromagnetic pulse, such as generated by a nuclear explosion.


أنواع الترانزستور

 
ترانزستور س م س ثنائي القطب. يوصل تيارًا كهربائيًا عاليًا في شكل سريان إلكترونات من منطقة الباعث إلى منطقة المجمع في سليكون محوَّر. يسري تيار صغير إلى طرف قاعدة رقيقة جدًا. ويستقبل الباعث عادة فولتية قدرها صفر، بينما يستقبل المجمع فولتية موجبة عالية، والقاعدة فولتية موجبة منخفضة. وتسري الإلكترونات، التي تحمل شحنات سالبة إلى داخل القاعدة الموجبة، وهناك تزاحم بعض الإلكترونات غيرها، مرورًا بمجال كهربائي مناسب ومنها إلى المجمع.
 
ترانزستور تأثير مجالي ذو أكسيد فلزي وشبه موصل (س م س). يوصل التيار الكهربائي في شكل سريان إلكترونات بين منطقتين سليكونيتين محورتين: المصدر والمفرغ. يستقبل المصدر فولتية أكثر إيجابية من فولتية المفرغ. ولكن لكي يسري التيار يجب أن يستقبل طرف آخر يسمى البوابة أيضًا فولتية موجبة. وتجذب هذه الفولتية إلكترونات من الأساس وعبر منطقة تسمى منطقة البوابة مكونة بذلك قناة غنية بالإلكترونات لمرور التيار.

هناك نوعان رئيسيان من الترانزستورات:

1- الترانزستورات الثنائية القطب.

2- ترانزستورات التأثير المجالي ذات الأكاسيد الفلزية وأشباه الموصلات (ترانزستورات التمذافام).

والترانزستورات الثنائية القطب أسرع من ترانزستورات التمذافام، ولكنها تمتص الطاقة عند فتحها وغلقها. ومعظم الترانزستورات المتفردة ترانزستورات ثنائية القطب. أما ترانزستورات التمذافام فصغيرة مقارنة بالترانزستورات الثنائية القطب، ويستهلك فتحها وغلقها طاقة أقل. ومعظم رقائق الحواسيب الشخصية تقريبًا تستخدم ترانزستورات التمذافام.

ترانزستور س م س ثنائي القطب

يوصل تيارًا كهربائيًا عاليًا في شكل سريان إلكترونات من منطقة الباعث إلى منطقة المجمع في سليكون محوَّر. يسري تيار صغير إلى طرف قاعدة رقيقة جدًا. ويستقبل الباعث عادة فولتية قدرها صفر، بينما يستقبل المجمع فولتية موجبة عالية، والقاعدة فولتية موجبة منخفضة. وتسري الإلكترونات، التي تحمل شحنات سالبة إلى داخل القاعدة الموجبة، وهناك تزاحم بعض الإلكترونات غيرها، مرورًا بمجال كهربائي مناسب ومنها إلى المجمع.

الترانزستورات الثنائية القطب

يحتوي النوع البسيط من الترانزستورات الثنائية القطب على منطقة رقيقة من نوع من مادة شبه موصلة، محشوة بين منطقتين سميكتين من النوع المقابل. فإذا كانت المنطقة الوسطى من النوع م مثلاً، تكون المنطقتان الخارجيتان من النوع س، ويسمى هذا التصميم باختصار س م س، بينما يسمى التصميم المقابل م س م، وفيه تكون المنطقة الوسطى من النوع س، والمنطقتان الخارجيتان من النوع م. وفي كلا النوعين تسمى إحدى المنطقتين الخارجيتين الباعث والمنطقة الأخرى المجمع، بينما تسمى المنطقة الوسطى القاعدة. ويتصل بكل منطقة طرف كهربائي يتكون من إحدى نهايتي سلك رقيق في الترانزستورات المتفردة، ومن طبقة فلزية في ترانزستورات الرقائق. وتطبق إشارة الدخل عند طرف القاعدة. ويسري التيار الذي يغلق ويقفل من الباعث إلى المجمع.

The 'BC' letters in a common transistor name like BC547B means:

Prefix class Usage
BC Small signal transistor ("allround")
BF High frequency, many MHz
BD Withstands higher current and power
BA Germanium


أنواع أخرى من الترانزستور

التركيب

مواد شبه موصلة

Semiconductor material characteristics
Semiconductor
material
Junction forward
voltage
V @ 25 °C
Electron mobility
m²/(V·s) @ 25 °C
Hole mobility
m²/(V·s) @ 25 °C
Max. junction temp.
°C
Ge 0.27 0.39 0.19 70 to 100
Si 0.71 0.14 0.05 150 to 200
GaAs 1.03 0.85 0.05 150 to 200
Al-Si junction 0.3 150 to 200


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التغليف

 
Through-hole transistors (tape measure marked in centimetres)

تطبيق الفولتية

قبل تشغيل الترانزستور لابد من تطبيق فولتية معينة على أطرافه الكهربائية. ولتشغيل الترانزستور س م س بطريقة عادية تطبق فولتية عالية نسبيًا على المجمع، بينما يستقبل الباعث فولتية قدرها صفر. وإذا كانت فولتية القاعدة صفرًا أيضًا فإن الترانزستور يكون مغلقًا، ويؤدي تطبيق فولتية موجبة صغيرة على القاعدة إلى فتح الترانزستور.

وعند تطبيق الفولتيات تتحرك إلكترونات حرة وفجوات كثيرة إلى أماكن أخرى في الترانزستور. وتحدث هذه التحركات لأن الفولتيات الموجبة تجذب الإلكترونات بينما تجذب الفولتيات السالبة الفجوات.

حركة الشحنة في المجمع والقاعدة. نظرًا لأن طرف المجمع أكثر إيجابية من طرق القاعدة فإن الفولتية المطبقة على المجمع تجذب الإلكترونات الحرة في المجمع نحو طرف المجمع. ولأن القاعدة ذات فولتية أقل مقارنة بالمجمع فإن فجوات القاعدة تنجذب نحو طرف القاعدة. وهكذا تنعدم الإلكترونات الحرة والفجوات في وصلة القاعدة - المجمع، مما يؤدي إلى عدم سريان التيار الكهربائي.

وبالإضافة إلى ذلك، يؤدي انسياب الفجوات في اتجاه طرف القاعدة، إلى أن تخلف هذه الفجوات وراءها مجالاً كهربائيًا سالبًا قويًا على الجانب القاعدي من وصلة القاعدة - المجمع. والمجال الكهربائي هو المنطقة التي تؤثر فيها القوة الكهربائية على جسم مشحون.

حركة الشحنات في الباعث. عندما تكون القاعدة أكثر إيجابية مقارنة بالباعث تنجذب الإلكترونات الحرة في الباعث نحو وصلة القاعدة - الباعث، ثم إلى داخل القاعدة، ولكن في الترانزستورات التي تكون فيها فولتية الباعث صفرًا لايحدث سريان ملحوظ للإلكترونات عبر الوصلة، إلا في حالة تطبيق فولتية لاتقل عن 0,4 فولت.


  PNP   P-channel
  NPN   N-channel
BJT JFET
رموز BJT و JFET
 
Through-hole transistors (tape measure marked in centimetres)
 
BJT used as an electronic switch, in grounded-emitter configuration
 
Amplifier circuit, standard common-emitter configuration


استخدام الترانزستور في المعالجات

الترانزستور هو الإبتكار الذى جعل من الممكن للثورة الرقمية للحاسبات أن تكون كما نراها اليوم . في واقع الأمر, هو مفتاح تبديل الحالة الكهربية تشغيل-إغلاق يتم التحكم به عن طريق سريان التيار الكهربائى . لأغراض الحوسبة ، وعندما يتم التبديل على أنه يمثل واحدة عندما يتم إيقاف أنه يمثل نقطة الصفر. هذه أصفار ومنها هي اللغة الأساسية لأجهزة الكمبيوتر, . هذه الأصفار والآحاد هى اللغة الأساسية لأجهزة الكمبيوتر . و لمدة أكثر من نصف قرن, أضحت الترانسستورات أصغر , وأرخص, , و هى تتبع ما أصبح يسمى قانون مور , الذى ينص على أن كثافة الدائرة الكهربية تتضاعف كل عامين . هذا كان متوقعا أو تنبؤا من قبل عالم الكمبيوتر دوگلاس إنگلبرت في 1959, ثم وصفت من قبل گوردون مور ، المؤسس المشارك لشركة إنتل ، فيما يعد منذ - 1965 المادة الأسطورية في الالكترونيات, مصدرا لقانون مور.

اليوم الترانزستورات تستخدم من قبل مليارات لتشكل الرقائق للذاكرة والمعالجات. غالبا ما تسمى الترانزستورات المستوية, إنها مبنية على السطح (أو المستوى) لشريحة السيليكون بإستخدام عملية تصنيع التى ترسب بدقة متناهية ومن ثم يحفر بعيدا أنفاق مختلفة عازلة ، وإجراء ومواد شبه موصلة مع هذه الدقة أن هذه الصناعة هي الآن تقترب من القدرة على إمكان وضع جزيئات مفردة في مكانها.

إن ميكروبروسيسور من إنتل الآن مبنى على أنه بليون من وحدات الترانسستور, أو أكثر, كل واحدة قادرة على, التحويل من الحالة تشغيل أو إغلاق، حوالى 300 بليون مرة في الثانية, وهذا العدد من الوحدات الإليكترونية, مكدس بما يكفى لمليونان من الترانسستورات, أن تتسع لها بكل إرتياح تلك النقطة في نهاية الجملة التى تقرأها الآن.في الواقع ، هذا العام ، فإن صناعة الرقائق تستعد لبدء عملية الانتقال من جيل واحد من رقائق المعالجات تستند كحد أدنى حجم يتميز بدقة 45 نانومتر (قطر شعرة الإنسان هو ما يقرب من 80،000 نانومتر في العرض) في واحدة من 32 نانومتر -- الخطوة التالية في سبيل الوصول إلى الميكروكوزم. ولكن الوصول إلى نهاية هذا السلم قد تكون وشيكة. و أساسا فإن الترانسستور المستوى ”ينفد من البخار.” قال جون كيلي الثالث ، نائب الرئيس ومدير الأبحاث في آي بي إم.

العديد من علماء الكمبيوتر قد حذرنا منذ سنوات من ان هذا الوقت سيأتي ، أن قانون مور قد يتوقف عن أن يكون صالحا بسبب تزايد الصعوبات التقنية وعلى حساب من التغلب عليها. وفي الاسبوع الماضي في جامعة ستانفورد ، خلال حلقة نقاش حول مستقبل التحجيم (و الذى يعد تقليص حجم الترانسستورات هو مثال واحد) ، قال العديد من المشاركين في النهاية قد اقتربت.

انظر أيضا

قراءات إضافية

  • Amos S W & James M R (1999). Principles of Transistor Circuits. Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-4427-3.
  • Bacon, W. Stevenson (1968). "The Transistor's 20th Anniversary: How Germanium And A Bit of Wire Changed The World". Bonnier Corp.: Popular Science, retrieved from Google Books 2009-03-22. 192 (6): 80–84. ISSN 0161-7370. Unknown parameter |month= ignored (help)
  • Horowitz, Paul & Hill, Winfield (1989). The Art of Electronics. Cambridge University Press. ISBN 0-521-37095-7.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  • Riordan, Michael & Hoddeson, Lillian (1998). Crystal Fire. W.W Norton & Company Limited. ISBN 0-393-31851-6.CS1 maint: multiple names: authors list (link) The invention of the transistor & the birth of the information age
  • Warnes, Lionel (1998). Analogue and Digital Electronics. Macmillan Press Ltd. ISBN 0-333-65820-5.
  • "Herbert F. Mataré, An Inventor of the Transistor has his moment". The New York Times. 24 February 2003.
  • Michael Riordan (2005). "How Europe Missed the Transistor". IEEE Spectrum. 42 (11): 52–57. doi:10.1109/MSPEC.2005.1526906. Unknown parameter |month= ignored (help)
  • C. D. Renmore (1980). Silicon Chips and You.
  • Wiley-IEEE Press. Complete Guide to Semiconductor Devices, 2nd Edition.

وصلات خارجية

Datasheets

A wide range of transistors has been available since the 1960s and manufacturers continually introduce improved types. A few examples from the main families are noted below. Unless otherwise stated, all types are made from silicon semiconductor. Complementary pairs are shown as NPN/PNP or N/P channel. Links go to manufacturer datasheets, which are in PDF format. (On some datasheets the accuracy of the stated transistor category is a matter of debate.)

  • 2N3904/2N3906, BC182/BC212 and BC546/BC556: Ubiquitous, BJT, general-purpose, low-power, complementary pairs. They have plastic cases and cost roughly ten cents U.S. in small quantities, making them popular with hobbyists.
  • AF107: Germanium, 0.5 watt, 250 MHz PNP BJT.
  • BFP183: Low power, 8 GHz microwave NPN BJT.
  • LM394: "supermatch pair", with two NPN BJTs on a single substrate.
  • 2N2219A/2N2905A: BJT, general purpose, medium power, complementary pair. With metal cases they are rated at about one watt.
  • 2N3055/MJ2955: For years, the venerable NPN 2N3055 has been the "standard" power transistor. Its complement, the PNP MJ2955 arrived later. These 1 MHz, 15 A, 60 V, 115 W BJTs are used in audio power amplifiers, power supplies, and control.
  • 2N7000 is a typical small-signal field-effect transistor.
  • 2SC3281/2SA1302: Made by Toshiba, these BJTs have low-distortion characteristics and are used in high-power audio amplifiers. They have been widely counterfeited[3].
  • BU508: NPN, 1500 V power BJT. Designed for television horizontal deflection, its high voltage capability also makes it suitable for use in ignition systems.
  • MJ11012/MJ11015: 30 A, 120 V, 200 W, high power Darlington complementary pair BJTs. Used in audio amplifiers, control, and power switching.
  • 2N5457/2N5460: JFET (depletion mode), general purpose, low power, complementary pair.
  • BSP296/BSP171: IGFET (enhancement mode), medium power, near complementary pair. Used for logic level conversion and driving power transistors in amplifiers.
  • IRF3710/IRF5210: IGFET (enhancement mode), 40 A, 100 V, 200 W, near complementary pair. For high-power amplifiers and power switches, especially in automobiles.

Part numbers starting with "2S" are from Japan. Transistors with part numbers beginning with 2SA or 2SB are PNP BJTs. Transistors with part numbers beginning with 2SC or 2SD are NPN BJTs. Transistors with part numbers beginning with 2SJ are P-channel FETs (both JFETs and MOSFETs). Transistors with part numbers beginning with 2SK are N-channel FETs (both JFETs and MOSFETs).

براءات إختراع

  1. ^ الموسوعة المعرفية الشاملة
  2. ^ US patent 1745175 Julius Edgar Lilienfeld: "Method and apparatus for controlling electric current" first filed in Canada on 22 October 1925, describing a device similar to a MESFET
  3. ^ David Bodanis (2005). Electric Universe. Crown Publishers, New York. ISBN 0-7394-5670-9.
  4. ^ Arns, Robert G. (1998). "The other transistor: early history of the metal-oxide-semiconducor field-effect transistor". Engineering Science and Education Journal. 7 (5): 233–240. doi:10.1049/esej:19980509. ISSN 0963-7346. Unknown parameter |month= ignored (help)