أكتشف بنفسك : الصفحة الرئيسية > توثيق > علمي > كهرباء > الإلكترونيات: الترانزيستور
وثيقة علمية : كهرباء
لمزيد من المعلومات
الإلكترونيات: الترانزيستور
٠١/٠٤/١٩٩٨
تاريخ النشر : 
 
مؤلفون
 
 

 تنبيه المرجع العلمي

ينضم الترانزيستور إلى عائلة المكونات الإلكترونية. وهو أصغر أفراد العائلة حجماً والأكثر شهرة من بينها. فكلما تمر السنوات، كلما يتقلص حجمه، وكلما يتكاثر، كلما تزداد ميزاته (أنظر الدمج)... وتزايدت شهرته لدرجة استخدام هذا الإسم لإحدى التطبيقات الأولى لعلم الإلكترونيات المستخدم لدى العامة: المستقبل الصغير للبث الإذاعي.
يعلم الجميع ما هو المفتاح: ففي الوضع المغلق يمر التيار وتظهر الإضاءة أما في الوضع المفتوح يقطع التيار ويعم الظلام، ويعمل الترانزيستور وفق نفس الفكرة مع اختلاف أسلوب الأمر بدلا من كونه مفتاح يعمل يدوياً بالضغط يستخدم مفتاح كهربي.
ويتمثل في الرسم (الشكل ١) في ثلاث أسلاك كهربية مرتبة هكذا على التوالي: القاعدة (هي التي تلعب دور المفتاح الضاغط) والمرسل والمجمع: عندما يكون الجهد الكهربي بين القاعدة من ناحية وبين المرسل والمجمع من ناحية أخرى يزيد عن قيمة أساسية محددة، يغلق المفتاح ويمر التيار بين المرسل والمجمع وإلا يفتح المفتاح ولا يحدث شيء مطلقاً.

 

                       الشكل ١: رسم توضيحي للترانزيستور

 

تاريخ الإلكترونيات والترانزيستور

بدأ علم الإلكترونيات يحرز تقدماً منذ بداية القرن العشرين مع تحديث الصمامات الإلكترونية التي تتألف من مكان مفرغ يسمح بتسريع الإلكترونات بين الكترودين تحت جهد عالي: المهبط (الكاثود) الذي يصدر الإلكترونات والمصعد (الأنود) الذي يجتذبها. تسمح هذه الصمامات بالتأثير على التيارات الكهربية للدوائر المدمجة بها. وقد لعبت إحدى هذه العناصر الصمام الثلاثي (ترايود) في مجال البث الإذاعي. ويتكون الصمام الثلاثي الذي تم اختراعه عام ١٩٠٦

من صمام فارغ به الكترود إضافي يسمى "شبكة" يتم إدخاله بين الكاثود والأنود.
وباستخدام جهد منخفض (يسمى جهد الأمر) بين الشبكة والكاثود يمكن تغيير عدد الإلكترونات الواردة من الأنود بنسبة كبيرة، وبالتالي تغيير شدة التيار الكهربي المار في الصمام. ويمثل الصمام الثلاثي بوجه عام مضخم إلكتروني قادر على تحويل أي إشارة ضعيفة (جهد الأمر) إلى إشارة قوية (التيار القادم إلى الأنود).

منذ الثلاثينات، فقدت الصمامات الإلكترونية أهميتها في العديد من النقاط أمام انطلاق تلك المكونات الصلبة والأسهل في الاستعمال والتي تمتاز بالقوة وقلة الحيز الذي تشغله واقتصادها في استهلاك الطاقة: هي أشباه الموصلات (أنظر شبه التوصيل). ومنذ عام ١٩٤٩، بدأت معامل تليفون بل بالولايات المتحدة في تصنيع مواد صلبة ذات خواص أشبه بالصمامات الثلاثية: الترانزيستور. وتأتي هذه الكلمة من دمج كلمتي "مقاومة التحويل". وقد تم اختراع الفكرة الأساسية بمعرفة ثلاث باحثين هم جون باردين وويليام ب. شوكلي وهـ. براتين. وعلى الرغم من حصولهم على جائزة نوبل في الفيزياء عام ١٩٥٦، لم يحصلوا على الشهرة التي تتفق وحجم اختراعهم ...

صناعة الترانزيستور

قبل التطرق إلى شرح ماهية الترانزيستور، نود التذكير بوجود نوعين من أشباه الموصلات "مشوبة" حيث تخلط الذرات "الغريبة" الموجودة بها بالهيكل البللوري: أشباه الموصلات من النوع N التي تتميز بوجود إلكترونات متحركة (أو موصلة) وسطها، وأشباه الموصلات من النوع P حيث لا يتم ضمان مرور التيار بواسطة الإلكترونات وإنما بواسطة "ثقوب" جزئية صورية ذات شحنات موجبة تكافئ غياب الإلكترون. وباتصال نوعي الترانزيستور، أحدهما من النوع P والآخر من النوع N، تحدث ظاهرة غريبة هي منشأ الإلكترونيات الحديثة: شبه الموصلية: فيمر التيار في اتجاه من P إلى N عندما تدخل الإلكترونات داخل الثقوب وليس في الاتجاه المعاكس من N إلى P حيث لا يمكن نزع الإلكترون من الثقب...
وقد استفادت الترانزيستورات التي تم اختراعها عام ١٩٤٩ من وجود هاتين التوصيلات من النوعين: فكانت تتكون من طبقتين من أشباه الموصلات متتالية الإشابة (الشكل ٢) التي يتم الحصول عليها مثلاً بإدخال شريحة رفيعة من شبه الموصل P بين اثنين من أشباه الموصلات N. ففي هذه الحالة، تحمل طبقة الإشابة الأولى N اسم المرسل نظراً لأنها تلعب نفس دور الكاثود في الصمام الثلاثي: حيث تصدر إلكترونات لباقي المكونات. وتنضم نسبة ضئيلة من هذه الإلكترونات إلى ثقوب الطبقة الوسطى من النوع P المسماه بالقاعدة. وما يتبقى يتم تجميعه في الطبقة الثانية N، التي تسمى بالمجمع والتي تلعب دور مماثل لدور الأنود في الصمام الثلاثي. وفي هذه العملية، تقوم القاعدة بوظيفة مماثلة لتلك التي تقوم بها الشبكة. حيث أنها هي التي تمكن من السيطرة على تدفق الإلكترونات حتى وصولها إلى المجمع.

 

يعمل أي ترانزيستور وفق نظم ثلاث. في النظام العادي يتناسب تدفق الإلكترونات الواردة إلى المجمع مع تلك التي تترك القاعدة (يمكن لمعامل النسبية أن يتغير من بضع عشرات إلى بضع مئات). وتسمح هذه الطريقة بتجميع التيار المضخم إلى المجمع مقارنة بالتيار الذي يأتي من القاعدة. والنوعين الآخرين من النظم يتعلقان بحالات محددة: في النظام المعروف باسم  الإعاقة، لا يمر أي تيار في المكون الذي يقوم بدور مفتاح مفتوح، وفي نظام التشبع، يكون التيار على العكس بقيمته القصوى الأمر الذي يغلق المفتاح. وبتعديل جهد القاعدة، نقوم بدفع الترانزيستور بين هاتين الحالتين، الغلق والفتح، مما يحقق وجود مفتاح كهربي للطلب، وهكذا...

"الكنز، قاموس العلوم" فلاماريون ١٩٩٧. لا يجوز إعادة طباعة هذا النص أو بيعه بدون الحصول على إذن الناشر". 








موجز الوحدة
آخر تعديل : ٠١/١٢/٢٠٠٤
© اكتشف بنفسك ٢٠٢٤