ترانزیستورها دنیای الکترونیک را احاطه کرده‌اند. حضور این قطعات الکترونیکی تقریباً در هر مدار مدرنی به عنوان یک قطعه کنترل حیاتی است. گاهی این قطعات را می‌توان روی بردهای الکترونیکی مشاهده کرد، اما امروزه اغلب در یک مدار مجتمع به کار رفته‌اند و از چشم ما پنهان هستند. در این آموزش از مجله فرادرس مطالبی را برای آشنایی با رایج‌ترین ترانزیستور، یعنی ترانزیستور پیوندی دوقطبی (BJT)، بیان می‌کنیم.
ترانزیستور چیست؟
ترانزیستورها قطعات اکتیو سه‌سری هستند که از مواد نیمه‌هادی مختلف ساخته شده‌اند و می‌توانند در کاربردهای ولتاژ سیگنال کوچک به عنوان یک عایق یا یک رسانا عمل کنند. توانایی ترانزیستور در تغییر بین این دو حالت سبب می‌شود این قطعه دو عملکرد اساسی داشته باشد: سوئیچینگ و تقویت‌کنندگی.
از ترانزیستورها در اندازه‌های کوچک و انواع گسسته، می‌توان برای ساخت سوئیچ‌های الکترونیکی ساده، منطق دیجیتال و مدارهای تقویت‌کننده سیگنال استفاده کرد. هزاران، میلیون‌ها و حتی میلیاردها ترانزیستور در کنار یکدیگر درون تراشه‌های کوچکی تعبیه می‌شوند و حافظه‌های رایانه، ریزپردازنده‌ها و سایر مدارهای مجتمع پیچیده را تشکیل می‌دهند.
هدف ما در این آموزش، این است که درک گسترده‌ای از عملکرد ترانزیستور داشته باشید. همچنین، وارد جزئیات عمیق فیزیک نیمه‌هادی‌ها یا مدل‌های معادل نمی‌شویم. اما به اندازه کافی عمیق به موضوع عملکرد ترانزیستور خواهیم پرداخت تا به این درک برسید که چگونه می‌توان از ترانزیستور به عنوان سوئیچ یا تقویت‌کننده استفاده کرد.
دو نوع اساسی از ترانزیستورها وجود دارد: «تزانزیستور پیوندی دوقطبی» (Bipolar Junction Transistor) یا BJT و «ترانزیستور اثر میدان» (Field-Effect Transistor) یا FET. تمرکز ما در این مطلب روی BJT است، زیرا درک آن کمی آسان‌تر است و در این صورت نوع FET را نیز می‌توان به خوبی شناخت. البته در مطلب «ترانزیستور JFET یا پیوندی اثر میدان — به زبان ساده (+ دانلود فیلم آموزش رایگان)» در این لینک به تفصیل درباره این نوع از ترانزیستورها بحث کرده‌ایم.
ترانزیستور BJT خود دو نوع دارد: NPN و PNP. با محدود کردن بحث خود به ترانزیستور NPN، سرعت بیان مطلب را بالا می‌بریم. توجه کنید که با درک صحیح ترانزیستور NPN، مفاهیم ترانزیستورهای PNP و حتی FET را به آسانی متوجه شویم .
اتصال دیود بیس به امیتر در اینجا مهم است و باید با جهت پیکان روی نماد ترانزیستور مطابقت داشته باشد. جهت پیکان جهت جریان گذرنده از ترانزیستور را نشان می‌دهد.
نمایش دیودی ترانزیستور نقطه خوبی برای آشنایی با آن است، اما خیلی دقیق نیست. درک خود از عملکرد ترانزیستور را بر اساس این مدل دیودی قرار ندهید (و اصلاً سعی نکنید که آن را روی برد بورد پیاده‌سازی کنید، زیرا کار نمی‌کند). موارد زیادی در سطح فیزیک کوانتوم وجود دارد که کنش متقابل بین سه ترمینال را کنترل می‌کنند.
در واقع، این مدل زمانی مفید خواهد بود که تست ترانزیستور لازم باشد. با استفاده از گزینه تست دیود (یا مقاومت) روی یک مولتی‌متر، می‌توانید ترمینال‌های BE و BC را تست و وجود دیودها را بررسی کنید.
ترانزیستورها با قرار گرفتن سه لایه مختلف از مواد نیمه‌هادی در کنار هم ساخته می‌شوند. بعضی از این لایه‌ها الکترون‌های اضافی به آن‌ها افزوده شده‌اند (فرایندی به نام دوپینگ یا ناخالص‌سازی یا آلاییدن)، و بعضی دیگر الکترون‌هایشان حذف شده‌اند. در واقع، این مواد با حفره‌ها (عدم وجود الکترون‌ها) آلاییده شده‌اند. به یک ماده نیمه‌هادی با الکترون اضافی نیمه‌هادی نوع n و به ماده‌ای که الکترون از آن خارج شده نیمه‌هادی نوع p گفته می‌شود. n حرف ابتدای واژه negative به معنی منفی است و به این دلیل استفاده می‌شود که بار الکترون منفی است. دلیل استفاده از p نیز مثبت یا positive بودن بار به دلیل وجود حفره است. ترانزیستورها با قرار گرفتن ماده نیمه‌هادی n در دو طرف نیمه‌هادی p یا برعکس ساخته می‌شوند. شکل زیر ساختار ساده یک ترانزیستور NPN را نشان می‌دهد.
