المان معادل ترانزیستور در مکانیک

ترانزیستور المانی الکترونیکی است که در ساخت آن از نیمه هادی ها استفاده می شود و معمولا دارای 3 پایه جهت اتصال در مدار الکترونیکی می باشد از این المان جهت تقویت جریان و سوییچ زنی استفاده می شود. در این مقاله می خواهیم با مقایسه این قطعه الکترونیکی با معادل آن در مکانیک به درک بهتر این المان بپردازیم در ادامه با ما با مقایسه المان معادل ترانزیستور در مکانیک همراه باشید.

المان معادل ترانزیستور در مکانیک

از ترانزیستورها برای قطع و وصل و کنترل جریان الکتریکی در انواع مدارات الکترونیکی استفاده می شود. یک ترانزیستور همانند یک شیر در مکانیک عمل می کند و دارای یک ورودی و یک خروجی و یک اهرم یا فلکه جهت باز و بست و یا کنترل جریان سیال است و همانطور که برای جریانهای مختلف از شیر های با اندازه متفاوت و برای فشار های متفاوت که بیشتر در صنعت استفاده می شود از ترانزیستور های با ولتاژ کار متفاوت استفاده می شود.

سرعت عملکرد یا همان فرکانس کار ترانزیستور ها با هم متفاوت است مثل شیر آب های قدیمی که باید برای باز و بست شیر چندین دور فلکه را باید بچرخانیم تا مسیر سیال قطع یا وصل شود و یا شیر های گازی اهرمی که برای قطع و وصل با سرعت بیشتری می توان عمل قطع و وصل انجام شود. و یا اینکه انواع شیر برقی در صنعت استفاده می شود که در لحظه مسیر را باز و یا می بندند ترانزیستورهای سرعت بالا نیز وجود دارد که در مدارات فرکانس بالا از آنها استفاده می کنند.

میتوان برای هر موردی که درباره شیرها مشاهده می کنید به نکاتی که در ساخت ترانزیستور ها استفاده شده پی برد.

مثل:

ضخامت بدنه
جنس و متریال مورد استفاده در ساخت شیر
اندازه
فشار قابل تحمل
نوع تحریک و …

نحوه عملکرد ترانزیستور

ساده ترین نوع ترانزیستور ، مدل دو قطبی یا همان BJT است ترانزیستورهای دوقطبی قطعات تنظیم‌کننده جریان هستند که مقدار جریان گذرنده از امیتر به کلکتور آن‌ها با اندازه ولتاژ بایاس اعمالی به پایه بیس متناسب است و به همین دلیل، مانند یک سوئیچ کنترل‌شده جریان کار می‌کنند. جریان اعمال شده به ترمینال بیس جریان‌های بزرگتر کلکتور را کنترل می‌کند و این اساس کار ترانزیستور است.

این المان دارای 3 پایه به نام های کلکتور ، امیتر و بیس است.

پایه امیتر همانند ورودی شیر عمل کرده و باید به ورودی سیال (آب و …) و کلکتور خروجی و بیس همان فلکه می باشد که با تحریک بیس با افزایش جریان الکتریکی به آن میزان عبور جریان از امیتر به کلکتور تغییر می کند.

نکته :

می توان ترانزیستورها را به چندین شکل در مدار قرار داد. همانطور که جای ورودی و خروجی یک شیر مثلا گازی را میتوان عوض کرد.

نحوه استفاده از ترانزیستور دو قطبی

بیشتر این نوع ترانزیستور را به دو شکل در مدار قرار می دهند.

1 – به عنوان سوییچ در مدارات دیجیتال

2 – به عنوان تقویت کننده جریان در مدارات آنالوگ

اتصال ترانزیستور جهت تقویت جریان در مدار آنالوگ

برای تشریح این دو عملکرد بهتر است اول مورد دوم یا همان تقویت کننده جریان را شرح دهیم. زمانی که یک ترانزیستور دو قطبی را بخواهیم برای تقویت جریان در مدار آنالوگ استفاده کنیم باید پایه امیتر را به منبع (در نوع NPN به منفی و در نوع PNP به مثبت تغذیه)، کلکتور را به خروجی یا همان مصرف کننده، و یک ولتاژ مخالف با پایه امیتر (حداقل 1.5 ولت اختلاف : در نوع NPN باید حداقل 1.5 ولت مثبت و در نوع PNP حداقل 1.5 ولت منفی تر ) به پایه بیس متصل کنیم تا بتوانیم ترانزیستور را روشن یا همان تحریک کنیم. در ساده ترین روش از تقسیم ولتاژی توسط مقومت ها ولتاژ مورد نیاز پایه بیس ساخته می شود. بعد از ساخت ولتاژ مرجع با استفاده از یک مقاومت متغیر سری بین پایه بیس و نقطه ولتاژ مرجع می توان جریان ورودی به بیس را کم و یا زیاد کرد که در نتیجه جریان امیتر به کلکتور تغییر می کند.

نکته مهم :

مقدار جریان اعمال شده به پایه بیس در انواع ترانزیستور متفاوت است و باید از برگه راهنما یا همان دیتاشیت آن ترانزیستور استفاده شود. مقدار جریانی که به پایه بیس باید اعمال شود بسیار مهم است و در صورتی که جریان زیادی از آن عبور داده شود ترانزیستور آسیب خواهد دید.

اتصال ترانزیستور جهت سوییچ در مدارات دیجیتال

در مدار تقویت جریان در نوع آنالوگ بعد از تقسیم مقاومتی ولتاژ و ساخت ولتاژ مرجع جهت اعمال به پایه بیس، باید از یک مقاومت متغیر رنج بالا جهت تنظیم و کنترل جریان ورودی به بیس استفاده کرد اهم این مقاومت متغیر باید به اندازه ای بزرگ باشد که جریان کمتر از جریان راه انداز ترانزیستور را تامین کند تا بتواند ترانزیستور را خاموش کند (البته جریان نشتی را صفر درنظر می گیریم) و با چرخاندن ولوم مقاومت متغیر را کاهش می دهیم تا ترانزیستور روشن شود و به اندازه ای ادامه می دهیم تا حداکثر جریان از کانال امیتر کلکتور ترانزیستور عبور کند و با کم کردن دوباره اهم مقاومت متغیر دیگر جریان امیتر به کلکتور تغییر نکند که در این نقطه می گوییم ترانزیستور اشباه شده است. حال اگر ولتاژی که در نقطه ولتاژ مرجع بدست آورده ایم مثلا 5 ولت، اگر این ولتاژ را قطع و وصل کنیم ترانزیستور همانند یک سوییچ عمل می کند.