ترانزیستور و کاربرد آن در سوئیچینگ + چند مدار ساده با ترانزیستور

ترانزیستور جزو آن دسته از قطعاتی است که با اختراع آن ، دنیای الکترونیک جان تازه ای گرفت. امروزه تقریبا در تمامی IC ها شاهد استفاده ی بسیار گسترده از ترانزیستور هستیم. امروزه دنیای الکترونیک آنقدر پیشرفت کرده که میتوانیم بیش از 7 میلیارد ترانزیستور را در یک IC به اندازه ی یک سکه، قرار دهیم.

در این مطلب قصد داریم نحوه ی سوئیچینگ یا همان کلید زنی ترانزیستور را توضیح دهیم.

ترانزیستور های BJT

ترانزیستور های BJT، سه پایه دارند با نام های بیس (B) ، کالکتور (C) و امیتر (E)

اگر نحوه ی عملکرد ترانزیستور در مدار زیر را متوجه شوید، عملا متوجه میشوید ترانزیستور چگونه مانند یک کلید عمل میکند.

ترانزیستور = Tr

در مدار بالا، LED خاموش است اما چرا ؟ در این مدار Tr مانند یک کلید باز است. کلید 2 دقیقا حالت Tr را نشان میدهد. برای اینکه کلید 2 بسته شود و جریان الکتریکی در مدار بر قرار شود، باید به پایه ی بیس Tr جریان برسد.

اگر کلید 1 را فشار دهیم، آن وقت به پایه ی بیس Tr جریان الکتریکی میرسد و با رسیدن جریان به پایه ی بیس Tr، پایه های کالکتور(C) و امیتر (E) به هم متصل میشوند. این کار باعث میشود که ترانزیستور مانند یک کلید بسته عمل کند و جریان الکتریکی در مدار بر قرار میشود و در نتیجه LED روشن میشود.

پس پایه ی بیس Tr دارای اهمیت بسیار بالایی است.

نماد قطعات الکترونیکی (کلیک کنید)

اما شاید برایتان سوال باشد که این کار چه اهمیتی دارد؟

قطعاتی مانند رله الکترومکانیکی یا کلید مکانیکی، در مدار نویز ایجاد میکنند اما ترانزیستور اینگونه نیست. به جز نویز، اندازه ی قطعات مکانیکی مانند رله، نسبت به Tr بسیار بزرگتر است.

نکته ی مهم درباره ی ترانزیستور این است که با کمترین جریان میتواند کار کند. پایه ی بیس Tr، به جریانی حدود 40 میکرو آمپر نیاز دارد. به همین دلیل، معمولا یک مقاومت با اهم بالا، با پایه ی بیس Tr ، سری میشود.

حال که با این مدار ساده و نحوه ی عملکرد آن آشنا شدید، بهتر است به سراغ چند مدار ساده ی دیگر برویم.

در مدار زیر اگر انگشتتان را در محل finger قرار دهید، LED روشن میشود. انگشت شما دارای یک مقاومت الکتریکی زیاد است و وقتی انگشت شما در این محل قرار میگیرد، مانند این است که پایه ی بیس Tr را با یک مقاومت نسبتا زیاد، به ولتاژ 9 ولت متصل کردیم. رسیدن ولتاژ و جریان به پایه ی بیس(B)، باعث میشود پایه های کالکتور (C) و امیتر (E) به یکدیگر متصل شوند و در نتیجه جریان الکتریکی در مدار بر قرار میشود و LED روشن میشود.

روش تست قطعات الکترونیکی (کلیک کنید)

در مدار زیر مقاومت 560 اهم، وظیفه ی کنترل جریان را بر عهده دارد و از سوختن LED جلوگیری میکند.

در مدار زیر اگر انگشتتان را در محل finger قرار دهید، LED روشن میشود و با برداشتن انگشتتان، LED خاموش میشود.

به سراغ مدار بعدی برویم

قبل از توضیح درباره ی مدار بالا، باید درباره ی LDR کمی اطلاعات داشته باشید.

LDR یک مقاومت تابع نور است. یعنی با افزایش نور، مقدار مقاومت LDR کم میشود تا نزدیک به صفر برسد و با کاهش نور، مقاومت LDR زیاد میشود.

در مدار بالا اگر نور به LDR برسد، باعث میشود جریان به جای اینکه به بیس Tr برسد، به منفی باتری یا همان زمین منتقل شود. در نتیجه وقتی نور باشد، مانند این است که به پایه ی بیس ولتاژ و جریان نمیرسد و در نهایت لامپ روشن نمیشود. اما اگر نور نباشد، مقاومت LDR زیاد میشود و باعث میشود که ولتاژ و جریان به بیس Tr برسد. در نتیجه ی آن، پایه های کالکتور (C) و امیتر (E) به هم متصل میشوند و در نهایت لامپ روشن میشود.

استاندارند مقاومت های الکتریکی (کلیک کنید)

پس در مدار بالا، زمانی که نور نباشد، لامپ روشن میشود و برعکس زمانی که نور باشد، لامپ خاموش میشود.

اما در مدار زیر، عملکرد ترانزیستور چگونه است؟

در مدار زیر میبینید که پایه ی بیس هر سه Tr ، با یک مقاومت به برد Arduino Mega متصل شده، این برد در حقیقت یک IC است. این برد، با تحریک پایه ی بیس ترانزیستور ها، باعث میشود که LED ها خاموش یا روشن شوند.

PWM چیست + کنترل نور لامپ یا سرعت موتور (کلیک کنید)

خروجی IC ها یا 0 است یا 1

اگر در مدار زیر، ولتاژ IC ها 0 ولت باشد، میگوییم خروجی IC برابر با 0 است و اگر ولتاژی در خروجی IC دیده شود (مانند 3.3 ولت، 5 ولت و …) آن وقت میگوییم خروجی IC برابر با 1 است.

پس وقتی خروجی IC برابر با 1 باشد، یعنی ولتاژ و جریان به بیس Tr، میرسد و در نتیجه کالکتور (C) و امیتر (E) به هم متصل میشوند و در نهایت LED ها روشن میشوند.

نحوه ی عملکرد شارژ بیسیم سریع (کلیک کنید)

اما چرا ما نمیتوانیم مستقیما توسط IC دیود های LED را کنترل کنیم و ترانزیستور ها را حذف کنیم؟

خروجی بعضی از IC ها کم است مثلا IC های سری ARM، خروجی 3.3 ولت و نهایت جریان 10 میلی آمپر میتوانند در اختیارمان قرار دهند. فرض کنید هر LED با جریان 15 میلی آمپر برای روشن شدن نیاز داشته باشد. در نتیجه 4 LED برای روشن شدن، به جریان 60 میلی آمپر نیاز خواهند داشت. همین امر باعث میشود که IC آسیب ببیند. اما ترانزیستور میتواند با جریان های حدود میکرو آمپر عمل کند و LED ها را روشن کند. برای همین است که از ترانزیستور استفاده میکنیم.

در این بخش میخواهیم ترانزیستور را با رله ترکیب کنیم و نتیجه آن را مشاهده کنیم.

در این مرحله میخواهیم به وسیله ی یک میکروکنترلر، دستور خاموش و روشن شدن یک لامپ 220 ولت را بدهیم.

رله الکترومکانیکی و SSR  + نحوه ی عملکرد هر کدام (کلیک کنید)

خروجی IC میتواند 0 یا 1 باشد.

آموزش تعمیر موبایل با ارائه مدرک بین المللی (کلیک کنید)

اگر خروجی IC برابر با 1 باشد چه اتفاقی می افتد؟

در این حالت پایه ی بیس(B) ترانزیستور تحریک میشود و در نتیجه ی آن، پایه ی کالکتور (C) و امیتر (E) به هم متصل میشوند. همین امر باعث میشود که جریان الکتریکی با عبور از رله، به زمین منتقل شود. با عبور جریان الکتریکی از داخل سیم پیچ رله، باعث میشود این سیم پیچ خاصیت مغناطیسی پیدا کند و خود به خود، کلید رله به سمت سیم پیچ حرکت میکند.

آموزش مدار شارژ موبایل به صورت رایگان (کلیک کنید)

در نتیجه وقتی رله عمل میکند، لامپ روشن میشود.

حال اگر خروجی IC برابر با 0 باشد، باعث میشود جریان الکتریکی نتواند از ترانزیستور عبور کند. در نتیجه سیم پیچ رله مغناطیسی نمیشود و در نهایت رله عمل نمیکند و لامپ روشن نمیشود.

در تصویر پایین، زمانی که کلید زده میشود، پایه ی 2 IC به پایه ی 3 IC دستور میدهد تا 1 شود. در نتیجه با رسیدن ولتاژ و جریان به پایه ی بیس (B) ترانزیستور، پایه های کلکتور و امیتر به یکدیگر متصل میشوند و با عبور جریان الکتریکی از LED، باعث روشن شدن LED میشود.

دانلود فایل فلش ، دامپ، شماتیک و سالوشن موبایل (کلیک کنید)