انواع الترانزستور

انواع الترانزستور

تغطي هذه الصفحة الأمور العملية مثل الاحتياطات عند اللحام وتحديد الخيوط. للحصول على معلومات حول تشغيل واستخدام الترانزستورات في الدوائر ، يرجى الاطلاع على صفحة دوائر الترانزستور .

تعمل الترانزستورات على تضخيم التيار ، على سبيل المثال يمكن استخدامها لتضخيم تيار الخرج الصغير من الدائرة المتكاملة المنطقية بحيث يمكنها تشغيل مصباح أو مرحل أو أي جهاز آخر عالي التيار. في العديد من الدوائر ، يتم استخدام المقاوم لتحويل التيار المتغير إلى جهد متغير ، لذلك يتم استخدام الترانزستور لتضخيم الجهد .

يمكن استخدام الترانزستور كمفتاح (إما يعمل بشكل كامل مع أقصى تيار ، أو مغلق تمامًا بدون تيار) وكمضخم (دائمًا قيد التشغيل جزئيًا).

يُطلق على مقدار التضخيم الحالي الكسب الحالي ، الرمز h FE (أحد المعلمات العديدة للترانزستورات ، لكل منها رمزه الخاص)

أنواع الترانزستور

هناك نوعان من الترانزستورات القياسية (تقاطع ثنائي القطب) ، NPN و PNP ، برموز دوائر مختلفة كما هو موضح. تشير الأحرف إلى طبقات مادة أشباه الموصلات المستخدمة في صنع الترانزستور. معظم الترانزستورات المستخدمة اليوم هي NPN لأن هذا هو أسهل نوع يتم تصنيعه من السيليكون. إذا كنت جديدًا في مجال الإلكترونيات ، فمن الأفضل أن تبدأ بتعلم كيفية استخدام ترانزستورات NPN.

تتم تسمية الخيوط بالقاعدة (B) والمجمع (C) والباعث (E). تشير هذه المصطلحات إلى التشغيل الداخلي للترانزستور ولكنها لا تساعد كثيرًا في فهم كيفية استخدام الترانزستور ، لذا تعامل معها على أنها ملصقات.

دارلينجتون الزوج هو اثنين من الترانزستورات مرتبطة معا لإعطاء مكاسب الحالية مرتفعة للغاية.

بالإضافة إلى ترانزستورات الوصلة ثنائية القطب ، هناك ترانزستورات ذات تأثير ميداني والتي يشار إليها عادةً باسم FET s. لديهم رموز وخصائص دوائر مختلفة ولا تغطيها هذه الصفحة.

توصيل

تحتوي الترانزستورات على ثلاثة خيوط يجب توصيلها بالطريقة الصحيحة. توخ الحذر لأن الترانزستور المتصل بشكل خاطئ قد يتلف على الفور عند تشغيله.

قد يكون اتجاه الترانزستور واضحًا من مخطط تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور أو مخطط شريطي ، وإلا فستحتاج إلى الرجوع إلى كتالوج المورد أو موقع الويب لتحديد العملاء المتوقعين.

تُظهر الرسومات الخيوط لبعض أنماط علبة الترانزستور الشائعة.

لاحظ أن مخططات الرصاص في الترانزستور تُظهر المنظر من الأسفل مع العملاء المتوقعين نحوك. هذا هو عكس مخططات IC التي تظهر المنظر من الأعلى.

لحام

يمكن أن تتلف الترانزستورات بفعل الحرارة عند اللحام ، لذا إذا لم تكن خبيرًا ، فمن الحكمة استخدام المشتت الحراري المثبت بالرصاص بين المفصل وجسم الترانزستور. يمكنك شراء أداة خاصة ، لكن مشبك التمساح القياسي (بدون غطاء بلاستيكي) يعمل أيضًا وأرخص.

لا تخلط بين هذا المشتت الحراري المؤقت والمشتت الحراري الدائم (الموصوف أدناه ) والذي قد يكون مطلوبًا لترانزستور الطاقة لمنع ارتفاع درجة الحرارة أثناء التشغيل.

اختبار الترانزستور

يمكن أن تتلف الترانزستورات بسبب الحرارة عند اللحام أو عن طريق سوء الاستخدام في الدائرة. إذا كنت تشك في احتمال تلف ترانزستور ، فهناك طريقتان سهلتان لاختباره:

1. اختبار مع جهاز متعدد

استخدم مقياسًا متعددًا أو فاحصًا بسيطًا (بطارية ومقاوم ومصباح LED) لفحص كل زوج من الخيوط من أجل التوصيل. اضبط مقياسًا رقميًا متعددًا لاختبار الصمام الثنائي ومقياسًا متعددًا تناظريًا على نطاق مقاومة منخفض.

اختبر كل زوج من الخيوط في كلا الاتجاهين (إجمالي ستة اختبارات):

  • على قاعدة باعث (BE) تقاطع يجب أن تتصرف مثل الصمام الثنائي و إجراء اتجاه واحد فقط .
  • و (BC) قاعدة جامع تقاطع يجب أن تتصرف مثل الصمام الثنائي و إجراء اتجاه واحد فقط .
  • لا ينبغي أن يعمل المجمع-الباعث (CE) في أي من الاتجاهين .

يوضح الرسم البياني كيف تتصرف الوصلات في ترانزستور NPN. يتم عكس الثنائيات في ترانزستور PNP ولكن يمكن استخدام نفس إجراء الاختبار.

2. اختبار في دائرة بسيطة

قم بتوصيل الترانزستور بالدائرة المبينة. جهد الإمداد ليس حرجًا ، أي شيء بين 5V و 12V مناسب. يمكن بناء هذه الدائرة بسرعة على اللوح على سبيل المثال. احرص على تضمين أوم المقاوم 10 كيلو في الاتصال الأساسي أو ستدمر الترانزستور أثناء اختباره!

إذا كان الترانزستور على ما يرام ، يجب أن يضيء مؤشر LED عند الضغط على المفتاح ولا يضيء عند تحرير المفتاح.

لاختبار ترانزستور PNP ، استخدم نفس الدائرة ولكن عكس مؤشر LED والجهد الكهربائي.

بعض متعدد لها وظيفة “اختبار الترانزستور” الذي يوفر قاعدة التيار والتدابير معروف جامع الحالية وذلك لعرض الترانزستور DC الحالية مكاسب ح FE .

رموز الترانزستور

هناك ثلاث سلاسل رئيسية من أكواد الترانزستور المستخدمة في المملكة المتحدة:

الرموز التي تبدأ بحرف B (أو A) ، على سبيل المثال BC108

الحرف الأول B هو للسيليكون ، A هو الجرمانيوم (نادرًا ما يستخدم الآن). يشير الحرف الثاني إلى النوع ؛ على سبيل المثال C تعني تردد صوتي منخفض الطاقة ؛ D تعني تردد صوتي عالي الطاقة ؛ F تعني طاقة منخفضة التردد العالي. يحدد باقي الكود الترانزستور المعين. لا يوجد منطق واضح لنظام الترقيم. في بعض الأحيان يتم إضافة حرف إلى النهاية (على سبيل المثال BC108C) لتحديد إصدار خاص من النوع الرئيسي ، على سبيل المثال ، زيادة الكسب الحالي أو نمط حالة مختلف. إذا كان المشروع يحدد إصدارًا عالي الكسب (BC108C) ، فيجب استخدامه ، ولكن إذا تم تقديم الرمز العام (BC108) ، فسيكون أي ترانزستور به هذا الرمز مناسبًا.

الرموز التي تبدأ بـ TIP ، على سبيل المثال TIP31A

يشير TIP إلى الشركة المصنعة: ترانزستور الطاقة Texas Instruments. يحدد الحرف الموجود في النهاية الإصدارات ذات معدلات الجهد المختلفة.

الرموز التي تبدأ بـ 2N ، على سبيل المثال 2N3053

يحدد ‘2N’ الأولي الجزء على أنه ترانزستور ويحدد باقي الكود الترانزستور المعين. لا يوجد منطق واضح لنظام الترقيم.

اختيار الترانزستور

ستحدد معظم المشاريع ترانزستورًا معينًا ولكن يمكنك عادةً استبدال ترانزستور مكافئ من النطاق الواسع المتاح. أهم الخصائص التي يجب البحث عنها هي الحد الأقصى لتيار المجمع I C والكسب الحالي h FE . لتسهيل الاختيار ، يقوم معظم الموردين بتجميع الترانزستورات الخاصة بهم في فئات يتم تحديدها إما من خلال استخدامها النموذجي أو الحد الأقصى لتصنيف الطاقة .

لاتخاذ قرار نهائي ، قد تحتاج إلى الرجوع إلى جداول البيانات الفنية المتوفرة في الكتالوجات والكتب وعلى الإنترنت. تحتوي على قدر كبير من المعلومات المفيدة ولكن قد يكون من الصعب فهمها إذا لم تكن على دراية بالمصطلحات والاختصارات المستخدمة.

هذه بعض المصطلحات التي من المحتمل أن تراها:

الهيكل – نوع الترانزستور ، NPN أو PNP ، يجب أن يكون البديل من نفس النوع.

نمط الحالة – تخطيط الخيوط.

أنا سي ماكس. – أقصى تيار المجمع.

CE كحد أقصى. – أقصى جهد عبر تقاطع المجمع-الباعث ، تجاهل هذا بالنسبة لدارات الجهد المنخفض.

FE – الكسب الحالي (بدقة الكسب الحالي للتيار المستمر). يتم إعطاء الحد الأدنى للقيمة المضمونة لأن القيمة الفعلية تختلف من ترانزستور إلى ترانزستور – حتى بالنسبة لتلك من نفس النوع! لاحظ أن الكسب الحالي هو مجرد رقم لذلك لا يحتوي على وحدات. غالبًا ما يتم اقتباس الكسب عند تيار جامع معين I C والذي يكون عادةً في منتصف نطاق الترانزستور ، على سبيل المثال “100 @ 20mA” يعني أن الكسب لا يقل عن 100 عند 20 مللي أمبير. في بعض الأحيان يتم إعطاء القيم الدنيا والقصوى. نظرًا لأن الكسب ثابت تقريبًا بالنسبة للتيارات المختلفة ولكنه يختلف من ترانزستور إلى ترانزستور ، فإن هذه التفاصيل لا تهم الخبراء سوى.

توت ماكس. – القدرة الكلية القصوى التي يمكن تطويرها في الترانزستور ، لاحظ أن المشتت الحراري سيكون مطلوبًا لتحقيق أقصى تقدير. هذا التصنيف مهم للترانزستورات التي تعمل كمضخمات ، الطاقة تقريبًا I C  × V CE . بالنسبة للترانزستورات التي تعمل كمفاتيح ، يكون الحد الأقصى لتيار المجمع (I C  max.) أكثر أهمية.

الفئة – استخدام نموذجي للترانزستور ، نقطة انطلاق جيدة عند البحث عن بديل. قد تكون هناك جداول منفصلة لفئات مختلفة.

البدائل الممكنة – الترانزستورات ذات الخواص الكهربائية المتشابهة والتي ستكون بدائل مناسبة في معظم الدوائر. قد يكون لديهم نمط حالة مختلف ، لذا توخ الحذر عند وضعها على لوحة الدائرة.

أحواض الحرارة للترانزستورات

هناك حاجة إلى أحواض الحرارة للترانزستورات التي تمر بتيارات كبيرة.

تنتج حرارة النفايات في الترانزستورات بسبب التيار المتدفق من خلالها. إذا وجدت أن الترانزستور أصبح ساخنًا جدًا بحيث لا يمكنك لمسه ، فمن المؤكد أنه يحتاج إلى المشتت الحراري! يساعد المشتت الحراري على تبديد (إزالة) الحرارة عن طريق نقلها إلى الهواء المحيط.

يُطلق على معدل إنتاج الحرارة المهدرة الطاقة الحرارية ، P. عادةً ما يكون التيار الأساسي I B صغيرًا جدًا بحيث لا يساهم في الكثير من الحرارة ، لذلك يتم تحديد الطاقة الحرارية بواسطة تيار المجمع I C والجهد V CE عبر الترانزستور:

P = I C × V CE

الحرارة ليست مشكلة إذا كانت I C صغيرة أو إذا تم استخدام الترانزستور كمفتاح لأنه عندما يكون “ ممتلئًا ” V CE يكون تقريبًا صفر. ومع ذلك ، فإن ترانزستورات الطاقة المستخدمة في الدوائر مثل مضخم الصوت أو وحدة التحكم في سرعة المحرك ستكون جزئيًا في معظم الوقت وقد يكون V CE حوالي نصف جهد الإمداد. من شبه المؤكد أن ترانزستورات الطاقة هذه ستحتاج إلى حوض حراري لمنع ارتفاع درجة حرارتها.

عادةً ما تحتوي ترانزستورات الطاقة على فتحات مسامير لتوصيل المشتتات الحرارية ، ولكن تتوفر أيضًا أحواض حرارية مثبتة. تأكد من استخدام النوع المناسب للترانزستور الخاص بك. تحتوي العديد من الترانزستورات على أغلفة معدنية متصلة بأحد خيوطها لذا قد يكون من الضروري عزل المشتت الحراري عن الترانزستور. تتوفر مجموعات العزل مع صفيحة الميكا وغطاء بلاستيكي للمسمار. يمكن استخدام معجون موصل للحرارة لتحسين تدفق الحرارة من الترانزستور إلى المشتت الحراري ، وهذا مهم بشكل خاص إذا تم استخدام مجموعة عزل.

تصنيفات بالوعة الحرارة

يتم تصنيف أحواض الحرارة من خلال مقاومتها الحرارية (Rth) في درجة مئوية / واط. على سبيل المثال 2 ° C / W تعني أن المشتت الحراري (وبالتالي المكون المرتبط به) سيكون أكثر سخونة بمقدار 2 درجة مئوية من الهواء المحيط لكل 1 وات من الحرارة التي يتبددها. لاحظ أن المقاومة الحرارية المنخفضة تعني مشتت حرارة أفضل .

العمل على تصنيف المشتت الحراري المطلوب:

  1. ابحث أولاً عن الطاقة الحرارية التي يجب تبديدها:
    P = I C  × V CE(إذا كنت في شك ، استخدم أكبر قيمة محتملة لـ I C وافترض أن V CE هي نصف جهد الإمداد).
    مثال: يمر الترانزستور 1A ومتصل بمصدر 12 فولت لذا فإن الطاقة حوالي 1 × ½ × 12 = 6 واط.
  2. ابحث عن أقصى درجة حرارة تشغيل (Tmax) للترانزستور إن أمكن ، افترض أن Tmax = 100 درجة مئوية.
  1. تقدير درجة الحرارة المحيطة القصوى (الهواء المحيط) (تاير). إذا كان المشتت الحراري خارج الحالة Tair = 25 درجة مئوية ، فهذا معقول ، ولكن بداخله سيكون أعلى (ربما 40 درجة مئوية) مما يسمح لكل شيء بالتسخين أثناء التشغيل.
  2. احسب المقاومة الحرارية القصوى (Rth) للمشتت الحراري باستخدام:
    Rth = (Tmax – Tair) / P.باستخدام القيم الموضحة أعلاه: Rth = (100-25) / 6 = 12.5 درجة مئوية / غربًا.
  3. اختر مشتتًا حراريًا بمقاومة حرارية أقل من القيمة المحسوبة أعلاه (تذكر أن القيمة الأقل تعني امتصاصًا أفضل للحرارة) على سبيل المثال 5 درجات مئوية / واط سيكون خيارًا معقولًا للسماح بهامش أمان. سيكون للمشتت الحراري 5 ° C / W الذي يشتت 6W اختلاف في درجة الحرارة 5 × 6 = 30 درجة مئوية ، لذا سترتفع درجة حرارة الترانزستور إلى 25 + 30 = 55 درجة مئوية (أقل بأمان من الحد الأقصى 100 درجة مئوية).
  4. كل ما سبق يفترض أن الترانزستور في نفس درجة حرارة المشتت الحراري. هذا افتراض معقول إذا تم تثبيتهما بإحكام أو قصهما معًا. ومع ذلك ، قد تضطر إلى وضع ورقة من الميكا أو ما شابه بينهما لتوفير العزل الكهربائي ، فسيكون الترانزستور أكثر سخونة من المشتت الحراري ويصبح الحساب أكثر صعوبة. بالنسبة لألواح الميكا النموذجية ، يجب طرح 2 درجة مئوية / واط من قيمة المقاومة الحرارية (Rth) المحسوبة في الخطوة 4 أعلاه.

أو استخدم التجربة والخطأ!

إذا بدت الخطوات المذكورة أعلاه معقدة للغاية ، فيمكنك محاولة توصيل المشتت الحراري الكبير إلى حد ما والأمل في الأفضل. راقب درجة حرارة الترانزستور بحذر بإصبعك ، إذا أصبح ساخنًا بشكل مؤلم ، فقم بإيقاف التشغيل فورًا واستخدم المشتت الحراري الأكبر.