دیودهای اپتوالکترونیکی، دیودهای اپتوالکترونیک خانواده‌ای از دیودها هستند که اساس کارشان بر مبنای نور است. (می‌دانیم که کلمه اپتو به معنای نور است. ) برخی از آن‌ها براساس شدت نور کار می‌کنند و برخی دیگر هستند که هدایتگری جریان آن‌ها باعث تولیدی مقداری نور می‌شود و هر کدام از این دو نوع، کاربردهای خاص خود را دارند. در این آموزش در میکرو دیزاینر الکترونیک می‌خواهیم حول این دیود ها و انواع مهم و پرکاربرد آن‌ها صحبت کنیم.

    دیودهای اپتوالکترونیکی(فوتودیودها،سلول خورشیدی،دیود نورافشان و دیود لیزری)

    گفتیم که در میان دیودهای اپتو الکترونیک، دیودهایی هستند که براساس شدت نوری که بر آن‌ها می‌تابد جریان را هدایت می‌کنند. این دسته از دیودها، دو نوع دارند. فوتودیود ها و سلول های خورشیدی.

    پیش نیاز های این درس

    فوتودیودها

    فوتودیود همان‌طور که از نام آن‌ برمی‌آید، یک پیوند P-N است که بر مبنای نور کار می‌کند. به این معنا که افزایش یا کاهش شدت نور موجب افزایش یا کاهش میزان هدایت‌گری جریان در آن می‌شود.

    بنابراین مانند هر دیود پیوندی دیگری فوتودیود دارای ماده‌ای از نوع P، ماده‌ای از نوع N و نیز ناحیه‌ی تخلیه‌ای در بین آن‌هاست.

    فوتودیود عموما در بایاس معکوس کار می‌کند. زمانی که نور (فوتون‌های نوری) به صورت متمرکز بر ناحیه‌ی تخلیه تابانده می‌شود، زوج‌های الکترون- حفره ایجاد شده و جریانی از الکترون‌ها به راه خواهد افتاد.

    در تصویر زیر یک فوتودیود واقعی را می‎‌بینیم.

    فوتودیودها

    و در تصویر بعدی نماد مداری فوتودیودها را مشاهده می کنیم.

    فوتودیودها

    زمانی که این دیود را در بایاس معکوس قرار می‌دهیم، به دلیل الکترون- حفره‌ های ایجاد شده به دلیل گرما  یک جریان اشباع معکوس کوچک ایجاد می‌شود. همان‌طور که جریان بایاس معکوس به دلیل حامل‌های اقلیت اتفاق می‌افتد، ولتاژ خروجی نیز به این جریان معکوس وابسته است.

    با افزایش شدت نوری که به پیوند P-N اعمال شده است، جریان حامل‌های اقلیت افزایش می‌یابد.

    تصویر زیر اصول ساده‌ی نحوه‌ی بایاس فوتودیود را نمایش می‌دهد.

    فوتودیودها

    فوتودیود را در یک محفظه‌ی شیشه‌ای قرار می‌دهند تا نور بتواند بر آن اثر کند.  به منظور این‌که نور اعمال شده به پیوند، دقیقا بر ناحیه‌ی تخلیه اثر کند، یک لنز(عدسی)  همان‌طورکه در شکل بالا مشخص است، در بالای پیوند قرار داده می‌شود.

    البته حتی زمانی که نوری بر این دیود نتابد نیز باز مقدار اندکی جریان وجود دارد که اصطلاحا به آن جریان تاریک گفته می‌شود.

    در یک فوتو با تغییر سطح روشنایی تابانده شده، جریان معکوس را کنترل (کم و زیاد) می‌کنیم.

    مزایای فوتودیود

    • نویز پایین
    • بهره بالا
    • سرعت عملیاتی بالا
    • حساسیت بالا به نور
    • قیمت پایین
    • ابعاد کوچک
    • طول عمر نسبتا بلند

    کاربردهای فوتودیود

    فوتودیودها کاربردهای فراوانی دارند، از جمله آن‌ها:

    • کاربرد در مدارهای تشخیص اشیا، ارقام، حروف و … (مانند سنسورها)
    • کاربرد در تشخیص مرئی یا نامرئی بودن اشیا
    • استفاده در مدارهای پرسرعت با پایداری بالا
    • استفاده در دمدولاسیون
    • استفاده در مدارهای سوییچینگ
    • استفاده در انکودرها
    • استفاده در تجهیزات ارتباطی نوری

    دیود دیگری از خانواده دیود های تحت تاثیر نور، سلول خورشیدی است. اگر چه نوعی دیود است، اما نام آن را سلول گذاشته اند. کمی هم در رابطه با این دیودها صحبت می‌کنیم.

    سلول خورشیدی

    سلول خورشیدی دیودی معمولی با پیوند P-N است که هدایت جریان آن بستگی به جریان فوتون‌های نوری دارد که تبدیل به جریان الکترونی می‌شود. تا این‌جا سلول خورشیدی مانند یک فوتودیود است اما سلول خورشیدی هدف و منظور دیگری نیز دارد و آن تبدیل حداکثری نور تابیده شده به آن به انرژی و ذخیره آن انرزژی است.

    در تصویر نماد مداری یک سلول خورشیدی را می‌بینید.

    سلول خورشیدی

    همان‌طور که می‌بینیم نام و نماد سلول خورشیدی هر دو یادآور خاصیت ذخیره انرژی هستند، با اینکه سلول خورشیدی در واقع یک دیود است. دیودی که خاصیت جذب و ذخیره انرژی در آن پررنگ تر از سایر خاصیت‌هاست.

    ساختار سلول خورشیدی

    یک پیوند P-N  با ناحیه‌ی تخلیه را تصور کنید که درون یک محفظه شیشه‌ای قرار داده می‌شود. نور به نحوی تابانده می‌شود که با ماکسیمم سطح ممکن در بالای محفظه نازک شیشه‌ای دیود برخورد داشته باشد تا به این ترتیب دیود بتواند حداکثر نور ممکن را با کمترین مقاومت دریافت کند.

    این ساختار را در تصویر می‌بینید.

    سلول خورشیدی

    زمانی که نور با سطح سلول خورشیدی برخورد می‌کند، فوتون‌های آن با الکترون‌های لایه‌ی والانس برخورد پیدا می‌کنند. بنابراین الکترون‌ها انرژی لازم برای ترک کردن اتم خود را پیدا می‌کنند. بنابراین جریانی از الکترون‌ها ایجاد می‌شود که به طور مستقیم با شدت نور تابیده شده متناسب است. به این پدیده اثر فوتوولتائیک گفته می‌‌شود.

    در تصویر زیر می‌بینید که یک سلول خورشیدی در واقعیت به چه شکل است و اینکه چگونه تعدادی سلول خورشیدی به هم متصل می‌شوند تا یک پنل(صفحه) خورشیدی بسازند.

    سلول خورشیدی

    تفاوت میان فوتودیود و سلول خورشیدی

    فوتودیود سریع تر عمل می‌کند و عمده تمرکز آن بر سوییچ کردن است تا آن‌که مشغول تهیه توان بالاتر در خروجی خود باشد.  به همین دلیل ظرفیت خازنی کمی دارد. هم‌چنین سطح ناحیه‌ی برخورد نور با دیود در فوتودیود کمتر از سلول خورشیدی است چرا که براساس کاربرد خود به نور بیشتری نیاز ندارد.

    اما تمرکز یک سلول خورشیدی بر این است که انرژی بیشتری در خروجی تحویل دهد و یا آن‌که آن را ذخیره کند.  بنابراین خازن بزرگ‌تری دارد و عملکردی کندتر از فوتودیود دارد. سطح تماس آن با نور نیز بیشتر از فوتودیود است.

    کاربردهای سلول خورشیدی

    این سلولها کاربردهای متنوعی دارند از جمله:

    در علوم و تکنولوژی

    • استفاده در صفحات خورشیدی و ماهواره ها
    • استفاده در مسافت سنجی
    • استفاده در سیستم‌های روشنایی از راه دور

    در تجارت

    • استفاده در صفحات خورشیدی به منظور ذخیره انرژی
    • استفاده در تجهیزات قابل حمل قدرت
    • استفاده در مصارف خانگی مانند گرمایش، پخت و پز و .. از طریق انرژی خورشیدی

    در وسایل الکترونیکی

    • استفاده در ساعت‌ها
    • استفاده در ماشین‌حساب‌ها
    • استفاده در اسباب‌بازی‌های الکترونیکی و …

    اما در ابتدای این آموزش گفتیم که خانواده‌ی دیگری نیز از دیودهای اپتوالکترونیک هستند که خود نور تولید می‌کنند. این خانواده نیز دو دسته دارند ؛ LED ها و دیودهای لیزری

    LED (دیود نورافشان)

    این دیود محبوب‌ترین دیودی است که در زندگی‌ روزمره ما استفاده های زیادی دارد. این دیود نیز یک دیود پیوند  P-N معمولی است با این تفاوت که به جای سیلیکون و ژرمانیم ، از موادی مانند گالیم آرسناید وگالیم آرسناید فسفید در ساختار آن استفاده می‌شود. نماد مداری یک LED به شکل زیر است.

    LED (دیود نورافشان)

    مانند یک دیود پیوندی معمولی، LED نیز در باید در بایاس مستقیم قرار گیرد تا جریان را هدایت کند. در واقع LED زمانی هدایت جریان می‌کند که الکترون‌های واقع در لایه‌ی هدایت آن، با حفره‌های لایه‌ی والانس بازترکیب شوند. این بازترکیب موجب تولید نور می‌شود. این پروسه را الکترولومینسانس می‌گویند. رنگ نوری که از بازترکیب الکترون ها و حفره ها ساطع می‌شود، بستگی به اختلاف میان باندهای انرژی مواد به کار رفته دارد. ماده‌ی مورد استفاده نیز هم‌چنین بر رنگ نور تاثیر گذار است. به عنوان مثال گالیم آرسناید فسفید نور قرمز یا زرد از خود ساطع می‌کند و گالیم فسفید نور قرمز یا سبز و یا گالیم نیترات نور آبی رنگ. یا مثلا گالیم آرسناید نور مادون قرمز ایجاد می‌کند. LED های با نور مادون قرمز به طور عمده در دستگاه‌های کنترل از راه دور کاربرد دارند.

    در تصویر زیر ظاهر LED های رنگی مختلف را در واقعیت می‌بینید.

    LED (دیود نورافشان)

    همان‌طور که در تصویر فوق می‌بینید، LED یک سمت تخت دارد و یک سمت انحنا دار. پایه‌ی سمت مسطح کوتاه تر از پایه‌ی دیگر ساخته می‌شود که نمایانگر کاتود ( پایه‌ی منفی) است. طبیعتا پایه‌ی بلند تر نیز آنود (پایه‌ی مثبت) خواهد بود.

    ساختار ساده‌ای از یک LED را در تصویر زیر می‌بینید.

    LED (دیود نورافشان)

    همان‌طور که در تصویر نشان داده شده است، با جهش الکترون‌ها ها به درون حفره، انرژی به صورت همزمان در فرم نور از این عمل ساطع می‌شود. LED یک قطعه‌ی وابسته به جریان است به این معنا که شدت نور گسیل شده از آن وابسته به شدت جریانی است که از آن عبور می‌کند.

    مزایای LED ها

    LED ها خاصیت‌های فراوانی دارند که برخی از آن‌ها عبارتند از:

    • بهره بالا
    • سرعت بالا
    • قابلیت اطمینان بالا
    • اتلاف گرمای کم
    • طول عمر بالا
    • قیمت کم
    • قابلیت کنترل و برنامه‌ریزی آسان
    • دارای سطح روشنایی و شدت نور بالا
    • سطح ولتاژ و جریان مورد نیاز ، پایین
    • نیاز به سیم‌بندی مداری کمتر
    • هزینه نگه‌داری کم
    • عدم ساطع کردن تشعشعات فرابنفش
    • اثر روشنایی فوری

    کاربردهای LED

    در سیستم های نمایشی

    • استفاده عمده در صفحه نمایش سون سگمنت
    • در ساعت های دیجیتالی
    • در فرهای مایکرویو
    • در هشدارهای ترافیکی
    • در نمایشگرهای اطلاع رسانی در راه‌آهن ها و سایر مکان های عمومی
    • در اسباب بازی ها

    در دستگاه های الکترونیکی

    • در تنظیم کننده(تیونر) های استریو
    • در ماشین حساب ها
    • در منابع DC
    • در نشانگر های روشن و خاموش در امپلی فایرها
    • در اندیکاتورهای توان

    در کاربردهای تجاری

    • بارکد خوان ها
    • صفحه نمایش های حالت جامد

    در مخابرات نوری

    • در کاربردهای سوییچینگ مبتنی بر نور
    • جهت تزویج نوری در مواردی که به راهنمای دستگاه ها دسترسی نداریم
    • انتقال اطلاعات از طریق FOC
    • مدارهای تشخیص تصویر
    • در آلارم های مخصوص سرقت
    • در روش های سیگنال دهی در راه‌آهن ها
    • در درب ها و سایر سیستم های حفاظتی

    همان‌طور که می‌بینیم LED ها کاربردها و مزایای بسیاری دارند، اما نوع مهم دیگری از دیودها هم وجود دارد که دیودهای لیزری گفته می‌شوند که مزایا و کاربردهای متعددی دارند. نگاهی نیز به این دیودها می‌اندازیم.

    دیود لیزری

    دیود لیزری نیز یکی از انواع دیودهای محبوب در خانواده خود می‌باشد. دیود لیزری دیودی نوری است که تحت یک شرایط تحریک شده، از خود نور ساطع می‌کند. نام لیزر (LASER) از این عبارت گرفته شده است : (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). به معنای تقویت نور با استفاده از تابش تحریک شده تشعشعات.

    دیود لیزری

    تابش تحریک شده

    دیود لیزری دیودی با پیوند P-N است که عملکرد آن زمانی آغاز می‌شود که یک اشعه نوری با سطح آن برخورد کند. در اثر این تابش، فوتون های نوری با اتم های پیوند برخورد کرده و موجب می‌شوند اتم ها تحریک شوند و به لایه‌ی بالاتری بروند. لایه‌ی بالاتر را می‌توانیم به مفهوم سطح انرژی بیشتر تعبیر کنیم.

    اتم در وضعیت انرژی بالا ناپایدار است و تمایل دارد به وضعیت قبلی خود با سطح انرژی پایین تر برود(یک اتم اصولا برای مدتی در حدود ۱۰ ثانیه  می‌تواند در وضعیت تحریک شده باقی بماند). بنابراین اتم با صادر کردن دو فوتون از خود، به وضعیت قبلی اش بازمی‌گردد. این دو فوتون مشابه و هم فاز فوتون های اولیه‌ی تابیده شده هستند. این فرآیند را تابش تحریک شده می‌نامند.

    اساس کار یک دیود لیزری بر مبنای همین فرآیند است.

    اساس کار دیود لیزری

    زمانی که یک فوتون با اتم برخورد می‌کند، اتم از سطح انرژی پایین به سطح انرژی بالا خواهد رفت، دو فوتون صادر کرده و مجددا به وضعیت اولیه خود بازمی‌گردد. و گفتیم که تنها حدود ۱۰ ثانیه  می‌تواند در وضعیت برانگیخته باقی بماند. به منظور تقویت و تشدید این فرآیند ، کاری می‌کنند که اتم به جای سقوط مستقیم از انرژی بالا به انرژی پایین، در سطحی میانی به نام سطح نیمه پایداری، که از سطح انرژی بالا پایین تر و از سطح انرژی پایین بالاتر است، قرار بگیرد. اتم می تواند در حدود مدت ۱۰ ثانیه در سطح نیمه پایداری باقی بماند. حال با سقوط اتم از این سطح به سطح پایینی اولیه، دو فوتون آزاد خواهد شد. هر چه تعداد اتم هایی که در سطح انرژی بالا هستند- قبل از تحریک اتم ها با فوتون- بیشتر باشد، ما به تدریج به اصر لیزری نزدیک خواهیم شد.

    دیود لیزری

    در این فرآیند، دو مفهوم وجود دارد که باید آن‌ها را بدانیم. مفهوم اول مفهوم وارونگی جمعیت است. به این معنا که تعداد اتم‌هایی که در سطح نیمه‌پایداری وجود دارند بیشتر از تعداد اتم هایی باشد که در سطح انرژی اولیه قرار دارند. مفهوم دیگر مفهوم پمپاژ است که به انرژی گفته می‌شود که نیاز است تا اتم بتواند از سطح انرژی پایه به سطح برانگیخته یا تحریک شده برود. که البته ما در اینجا یک پمپاژ نوری داریم. یعنی تزریق انرژی به وسیله تاباندن نور است.

    دیود لیزری

    مزایای دیودهای لیزری

    • توان مصرفی دیود لیزری بسیار اندک است
    • سرعت سوییچینگ بالاتری نسبت به بقیه دیودها دارند
    • فشرده تر هستند
    • کم هزینه تر
    • ارزان تر از مولد های لیزری
    • احتمال ایجاد شوک الکتریکی کمتری دارند

    معایب دیودهای لیزری

    • تشعشعات دیود لیزری از سایر انواع لیزرها واگرا تر است لذا کیفیت آن چندان مطلوب نیست
    • طول عمرشان از LED ها کمتر است
    • در صورت ناپایدار بودن منبع تغذیه، احتمال آسیب دیدن‌شان بیشتر است

    کاربردها

    • کاربرد در لیزرهای پمپ و لیزرهای بذر
    • کاربرد در دستگاه های ذخیره اطلاعات نوری
    • کاربرد در پرینترهای لیزری و ماشین های فکس
    • کاربرد در نشان‌گر های لیزری
    • کاربرد در دستگاه های بارکد خوان
    • کاربرد در دیسک های DVD و CD
    • کاربرد در تکنولوژی های HD DVD BLU RAY
    • در بسیاری از کاربردهای صنعتی مانند حرارت دادن، آب‌کاری فلزات ، جوش‌کاری و …
    • کاربردهای فراوان در تکنولوژی های مخابراتی مانند ارتباطات و انتقالات داده

    خیلی ممنون از اینکه تا این جلسه از آموزش های مفاهیم پایه الکترونیک ما را همراهی کردید.برای مطالعه همه‌ی جلسات اینجا کلیک کنید. حتما بقیه جلسات را هم بترتیب مطالعه کنید و امیدواریم مطالب ما برای حال و  آینده شما مفید باشد. برای تهیه مطالب کلی نفر ساعت زحمت میکشیم لطفا از کپی برداری مطالب خوداری کنید.

    دیگر جلسات این آموزش

    اتصال کلکتور مشترک (CC)

    همان‌طور که از نام برمی‌آید، پایه‌ی کلکتور بین دو سیگنال ورودی و خروجی ترانزیستور مشترک واقع می‌شود. آرایش مداری کلکتور مشترک برای دو ترانزیستور NPN و PNP را در تصویر زیر ملاحظه می‌کنید.

    اتصال کلکتور مشترک

    درست مانند آرایش‌های بیس‌مشترک و امیتر مشترک، در اینجا هم پیوند امیتر در بایاس مستقیم و پیوند کلکتور در بایاس معکوس هستند وجریان الکترون ها هم درست مشابه حالات قبلی کنترل می‌شود. جریان ورودی این آرایش، جریان بیس(IB) است و جریان خروجی آن جریان امیتر( IE ).

    پیس نیاز این درس : ترانزیستور‌ها ; ترانزیستور چیست؟

    ضریب تقویت جریان (γ)

    نسبت تغییرات جریان امیتر به تغییرات جریان بیس را ضریب تقویت جریان در آرایش کلکتور مشترک می‌نامیم و آن را با γ نمایش می‌دهیم.

    اتصال کلکتور مشترک

    • بهره جریان در آرایش CC مشابه آرایش CE است.
    • بهره ولتاژ در آرایش CC همواره از کمتر از ۱ است.

     

    رابطه بین γ و α

    می‌خواهیم ببینیم میان این دو ضریب چه رابطه‌ای وجود دارد.

    اتصال کلکتور مشترک

    با جایگذاری مقدار IB :

    اتصال کلکتور مشترک

    و با تقسیم بر ∆IE :

    اتصال کلکتور مشترک

     

     محاسبه جریان کلکتور

    اتصال کلکتور مشترک

    ویژگی‌های آرایش کلکتور مشترک

    • این آرایش بهره‌ی جریان به ما می‌دهد اما بهره ولتاژ ندارد.
    • در این آرایش مقدار مقاومت ورودی زیاد و مقاومت خروجی کم است.
    • بهره ولتاژ آرایش CC همواره از ۱ کمتر است.
    • مجموع جریان کلکتور و جریان بیس، برابر با جریان امیتر خواهد شد.
    • سیگنال های ورودی و خروجی در این آرایش هم‌فاز هستند.
    • این آرایش به عنوان یک تقویت کننده با خروجی غیر معکوس مورد استفاده قرار می‌گیرد.
    • عمدتا در مدارهای تطبیق امپدانس کاربرد دارد، به این معنا که از منبعی با امپدانس بالا، باری با امپدانس کم برای مدار ایجاد می‌کند.

    تا این جلسه ترانزیستور را برسی کردیم و آرایش های بیس مشترک و امیتر مشترک را باهم برسی کردیم. امیدواریم تا این جلسه از آموزش مفاهیم پایه الکترونیک لذت برده باشید و مطالب آموزشی خوبی را یادگرفته باشید.برای مشاهده تمامی جلسات این آموزش در میکرو دیزاینر الکترونیک اینجا کلیک کنید.



    ارزیابی جدیدی از فروش ساعت های اپل نشان می دهند که آن ها از تمامی کمپانی های ساعت سازی سوئیسی، همانند Swatchو Rolex و …، بیشتر فروخته اند. این کمپانی تنها در تعطیلات کریسمس بیش از ۸ میلیون ساعت را در جهان فروخته است و پیش بینی می شود که این روند رو به افزایش باشد.

    اپل یکی از بزرگ ترین ساعت سازان جهان است. بنا بر آمار و ارقام جدید به نظر می رسد که اپل از تمامی ساعت سازان سوئیسی روی هم بیشتر فروش داشته است. این در حالی است که اپل تنها چهار سال است که به صنعت ساعت سازی وارد شده است. سوئیس قرن ها است که در این صنعت پیشتاز بوده است.

    اپل با معرفی اولین ساعت هوشمند خود در ابتدا نتوانست نظرات زیادی را به خود جلب کند. در حقیقت در سال ۲۰۱۶ به نظر می‌رسید که فروش این دستگاه ها به شدت پایین بوده و بهتر است که کاملا متوقف شوند. اما پس از مدتی این روند تغییر یافت و با رشد ۵۰% فروش این دستگاه  های جانبی شدت گرفت. سپس اپل قصد کرد که با رقبای سوئیسی رقابت کند. این کار دشوار بود. زیرا ساعت های سوئیسی در رنج های متفاوتی عرضه می‎شوند. به عنوان مثال ساعت های رولکس معمولا به عنوان ساعت های تجملاتی و گران قیمت به شمار می‌آیند. اما ساعت های Swatch در محدوده قیمت ۱۵۰ تا ۲۰۰ دلار هستند و قیمتی مشابه ساعت های اپل(۱۸۰ دلار) دارند.

    کمپانی های دیگری ممانند سامسونگ و گوگل نیز به ساخت ساعت های هوشمند اقدام کرده اند اما فروش آن ها در مقایسه با اپل ناچیز است.

    به گفته اپل قصد آن ها آوردن تکنولوژی بر دستان شما است و آن ها به دنبال ظاهر جذاب نبوده اند. گرچه در حال حاضر بین ساعت های هوشمند اپل تنوع زیادی قابل مشاهده نیست اما به طور یقین گسترش این خط تولید را در آینده ای نزدیک از اپل شاهد خواهیم بود. Apple watch 3 در حال حاضر آخرین سری موجود از این ساعت ها است که با پردازنده دو هسته ای و ۱۶GB حافظه داخلی و انواع و اقسام حسگر ها پکیج مناسبی از تکنولوژی و زیبایی را برای کاربران به ارمغان می‌آورد. همچنین می توان به آن سیم کارت وصل کرد و با پشتیبانی از LTE دیگر نیازی به آیفون تان ندارید. صفحه نمایش آن AMOLED همراه با قابلیت لمس فشاری است و  ۷۶۸MB رم نیز دارد.

    نواحی عملکرد ترانزیستور ها

    برای آن‌که یک ترانزیستور بتواند کار کند، باید یک منبع تغذیه DC برای آن فراهم کنیم. این تغذیه‌ی DC در واقع به دو پیوند P-N ترانزیستور اعمال می‌شود و موجب اثرگذاری بر فعالیت حاملان اکثریت در دو پیوند امیتر و کلکتور خواهد بود. این دو پیوند بر اساس نیاز ما، می‌توانند بایاس مستقیم یا معکوس شوند.  در جلسات گذشته گفتیم که بایاس مستقیم حالتی است که قطب مثبت منبع تغذیه به نیمه هادی نوع P پیوند متصل باشد و قطب منفی منبع تغذیه، به نیمه هادی نوع N . و در حالت بایاس معکوس نیز عکس این وضعیت را داریم.چند ثانیه به عکس زیر دقت کنید و بعد ادامه نوشته و توضیحات نواحی عملکرد ترانزیستور را در میکرو دیزاینر الکترونیک دنبال کنید.

    عملکرد ترانزیستور

    پیش نیاز های این درس

    بایاس ترانزیستور

    یک منبع ولتاژ DC مناسب که از بیرون مدار به آن اعمال می‌شود، بایاس دهی یا بایاسینگ نام دارد. در یک ترانزیستور بایاسی که به پیوند های کلکتور و امیتر داده می‌شود، می‌تواند مستقیم یا معکوس باشد. بنابراین ترانزیستور می‌تواند با ترکیب مختلف این حالات، چهار ناحیه کاری جداگانه داشته باشد. ناحیه فعال، ناحیه اشباع، ناحیه قطع و ناحیه فعال معکوس( که به ندرت مورد استفاده واقع می‌شود. ) ویژگی هر کدام از این نواحی را در جدول زیر می‌بینیم.

    عملکرد ترانزیستورها

    از میان نواحی چهارگانه بالا، ناحیه فعال معکوس که در آن پیوند ها در وضعیتی عکس حالت ناحیه فعال هستند، برای هر کاربردی مطلوب نیست و به همین دلیل بسیار کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

    ناحیه فعال ترانزیستور

    ترانزیستور در ناحیه‌ی فعال عملکرد خود کاربردهای فراوانی دارد. به این ناحیه هم‌چنین ناحیه خطی نیز می‌گویند. ترانزیستوری که در ناحیه فعال قرار دارد، تقویت‌کنندگی بهتری دارد.

    عملکرد ترانزیستورها

    ناحیه خطی بین نواحی اشباع و قطع واقع می‌شود و زمانی اتفاق می‌افتد که پیوند امیتر در بایاس مستقیم و پیوند کلکتور در بایاس معکوس باشد. در ناحیه‌ی خطی ، جریان کلکتور β برابر جریان بیس است .

    عملکرد ترانزیستورها

    که در این رابطه ؛

    IC : جریان کلکتور،

    IB : جریان بیس ،

    و β : ضریب تقویت جریان ترانزیستور است.

    ناحیه اشباع ترانزیستور

    ناحیه اشباع ناحیه ای است که ترانزیستور تمایل دارد مانند یک سوییچ بسته رفتار کند. یعنی در این ناحیه اثر کلکتور و امیتر به نوعی اتصال کوتاه شده و جریا های کلکتور و امیتر حداکثر مقدار خود را دارند.

    در تصویر زیر یک ترانزیستور را می‌بینید که به در ناحیه اشباع کار می‌کند.

    ناحیه اشباع ترانزیستور

    ناحیه اشباع زمانی اتفاق می‌افتد که هر دو پیوند امیتر و کلکتور در حالت بایاس مستقیم باشند. براساس آنکه گفتیم در این ناحیه ترانزیستور مانند یک سوییچ بسته رفتار می‌کند، می‌توانیم بگوییم :

    ناحیه اشباع ترانزیستور

    که در آن IC جریان کلکتور و IE جریان امیتر است.

    ناحیه قطع ترانزیستور

    ناحیه ای که ترانزیستور در آن مانند یک سوییچ باز رفتار می‌کند و اثر امیتر و کلکتور از مدار باز می‌شود.

    تمام جریان های ترانزیستور در این ناحیه صفر هستند.

    تصویر زیر ترانزیستوری را در ناحیه‌ی عملکردی قطع نشان می‌دهد.

    ناحیه قطع ترانزیستور

    زمانی که هر دو پیوند امیتر و کلکتور در بایاس معکوس باشند، ناحیه قطع را خواهیم داشت و رابطه‌ی زیر در مورد جریان ها در این ناحیه صادق خواهد بود:

    ناحیه قطع ترانزیستور

    IC جریان کلکتور   ،    IB جریان بیس    و IE جریان امیتر است.

    دیگر جلسات این آموزش

    یک سیستم رادیوکوانتومی جدید در جاهایی که سیستم‌های هدایتی برپایه ماهواره در آنجا کار نمی‌کنند، جایگزین خوبی برای GPS خواهد بود. اخیرا سیستمی توسط دیو هو و همکارانش در موسسه بین‌المللی استاندارد و تکنولوژی (NIST) مریلند در آمریکا ساخته شده که در آن از ویژگی‌های کوانتومی حسگرهای میدان مغناطیسی برای ارسال و دریافت سیگنال استفاده شده‌است.


    دیو هو (Dave Howe) از NIST، ابزارها را برای گذراندن یک پرتو لیزر از میان یک ساختار سلولی کوچک از اتم روبیدیم در درون سپر مغناطیسی استوانه‌ای، هم‌راستا می‌کند. اتم ها در قلب مگنتومتر اتمی هستند که به‌عنوان گیرنده برای رادیوی مغناطیسی کار می‌کنند. (منبع عکس: Burrus/NIST)

    معمولا در سیستمهای ارتباطی بی‌سیم (وایرلس) مانند GPS، از میدان‌های الکترومغناطیسی ناشی از تغییرات جریان استفاده میشود. با این حال،‌ این سیگنال‌ها در موادی همچون فلزات، بتن، خاک و آب به‌شدت تضعیف می‌شوند و امکان برقراری ارتباط در محیط‌های زیرِآب یا مکان‌هایی با ساختمان‌های زیاد مشکل است. اگر از فرکانس‌های پایین استفاده کنیم، ‌این تضعیف کمتر می‌شود که به بهای کاهش پهنای باند و حساسیت است، یعنی داده‌های زیادی را نمي‌توان منتقل کرد.

    ارتباطات با پهنای باند زیاد

    طبق گفته هو: بهترین حساسیت میدان‌های مغناطیسی بااستفاده از حسگرهای کوانتومی به‌دست‌می‌آید. کاهش حساسیت باعث طولانی‌ترشدن محدوده ارتباط می‌شود. او می‌افزاید رویکرد کوانتومی، امکان برقراری ارتباطات با پهنای باند زیاد، مانند تلفن‌های همراه، را فراهم می‌کند.

    گروه NIST رادیوی کوانتومی خود را بااستفاده‌از مگنتومترهای اتمی ساخته است. معمولا از این وسایل برای اندازه‌گیری میدان‌های مغناطیسی طبیعی استفاده می‌شود، اما می‌توان برای دریافت میدان‌های ساختگی (مصنوعی)،‌ مانند سیگنال‌های ارتباطی دیجیتالی، نیز از آنها استفاده کرد.

    نور قطبیده

    مگنتومتر جریان مستقیمِ گروه NIST برای مشاهده تغییرات حالت اسپینی از اتم‌های روبیدیم استفاده خواهد کرد که ناشی از میدان مغناطیسی ارسالی است. سپس در آشکارساز جریان متناوبی القا می‌شود که برای سیگنال‌های ارتباطی مشخص، مجاز است. آشکارساز می‌تواند سیگنال‌های بسیار ضعیف‌تر از نوفه های میدان مغناطیسی زمینه را، حتی در فرکانس‌های بسیار پایین کمتر از ۱ کیلوهرتز، شناسایی کند.

    براساس توضیحات هو: پاسخ اتم‌ها بسیار سریع و با حساسیت بسیار بالا است. ارتباطات کلاسیکی حاصل رابطه جایگزینی بین پهنای باند و حساسیت است. حال با این تکنولوژی می‌توانیم هر دوی این‌ها را،‌ هم زمان، در حسگرهای کوانتومی داشته باشیم.

    این گروه نتایج حاصل از مگنتومتر اتمی خود را در Review of Scientific Instruments ارائه داده است.

    منبع: http://physicsworld.com/cws/article/news/2018/jan/12/quantum-radio-could-improve-communications-in-difficult-environments

    نویسنده خبر:

    Sam Jarman- UK

    نویسنده خبر: سمانه نوروزی



    متاسفم که به همه‌ی شما خوانندگان این را می‌گویم. امسال سال شکاف است!. گوشی‌های مبتنی بر سیستم‌عامل اندروید با شکاف دارای سنسور تشخیص چهره، همانند شکافی که در آیفون ایکس وجود دارد در حال ورود به بازار هستند. یکی از این گوشی‌ها Doogee V است که توسط شرکت چینی تولیدکننده‌ی گوشی هوشمند Doogee به بازار عرضه خواهد شد.
    این گوشی از نظر ظاهری شباهت بسیار زیادی به آیفون ایکس دارد. در بالای صفحه‌نمایش شکافی همانند شکاف موجود در آیفون ایکس دیده می‌شود. حاشیه بین صفحه‌نمایش و قسمت پایین دستگاه نزدیک به صفر است. دوربین‌های اصلی نیز به صورت عمودی قرار گرفته‌اند. (اگرچه این لنزها به جای قرارگیری در گوشه‌ی دستگاه، در وسط این گوشی قرار گرفته‌اند.) همچنین سنسور تشخیص اثرانگشت نیز همانند آیفون ایکس در پشت دستگاه دیده نمی‌شود.

    یکی از نکات برجسته در این مورد این است که این گوشی به سنسور اثرانگشت تعبیه شده در صفحه‌نمایش تجهیز شده است. اولین تلفن هوشمند با فناوری اسکن اثرانگشت درون صفحه‌نمایش، چند هفته قبل معرفی شد. اما این تکنولوژی که توسط شرکت سیناپتیکس (Synaptics) توسعه یافته است در دسترس تمامی شرکت‌ها قرار دارد. بنابراین در زمانی کوتاه شاهد دستگاه‌هایی، دارای این سنسور خواهیم بود. شرکت دوجی هنوز اعلام نکرده است که از این سنسور استفاده خواهد کرد اما به نظر می‌رسد از همین محصول در Doogee V استفاده گردد. البته نمی‌توان به این سنسور به چشم یک محصول امنیتی کاملا دقیق، نگاه کرد.

    استفاده از یک سنسور اثر انگشت، نشان می‌دهد که دوجی فناوری که قابل مقایسه با Face ID باشد، در اختیار ندارد. همچنین به این معناست که شکاف موجود در بالای صفحه‌نمایش غیر ضروری است. اگرچه اندازه این شکاف تقریبا معادل ابعاد شکاف آیفون ایکس است، اما سنسورها و قطعات موجود در آن به اندازه‌ی آیفون ایکس نیست. در این شکاف بلندگوی مکالمه، یک دوربین جلو و یک حسگر نور قرار دارد. Doogee V درگاه USB-C و جک هدفون را نیز در خود جای داده است.

    قیمت و زمان عرضه‌ی این دستگاه هنوز تایید نشده است. همچنین اطلاعاتی در مورد مشخصات این گوشی نیز ارائه نشده است. تنها چیزی که فعلا در دسترس قرار دارد تصویری است که ایوان بلاس (Evan Blass) در وبلاگ اینترنتی خود VentureBeat منتشر کرده است. وی در گفته است که این گوشی صفحه‌نمایش ۶٫۲ اینچی خواهد داشت. تصویری که وی منتشر کرد (در بالای مطلب) با تیزری که دوجی امروز برای معرفی یه گجت جدید منتشر کرد (پایین مطلب) تطابق دارد. پس اطلاعاتی که وی منتشر کرده است احتمالا درست و دقیق هستند.
    دوجی در نظر دارد که که در تاریخ ۲۷ فوریه اطلاعات جدیدی از مدل V منتشر کند.

    در نظر داشته باشید که هرچقدر این گوشی‌ها در طراحی شبیه به آیفون ایکس به نظر برسند، از نظر کیفیت تفاوت بسیار زیادی با ایفون ایکس خواهند داشت. مدل‌های قبلی این شرکت عملکرد ضعیف‌تری از اطلاعات منتشر شده قبلی آن‌ها دارند. همچنین قیمت بسیار پایین این گوشی‌ها باعث استفاده از قطعات ارزان‌قیمت می‌شود که کمبودهای زیادی را به وجود می‌آورد.
    نظر شما در مورد محصولاتی که به تقلید آیفون ایکس تولید می‌شوند چیست؟. به نظر شما این محصولات می‌توانند با قیمت بسیار پایین‌تر تجربه‌ای شبیه به استفاده از آیفون ایکس را برای کاربران رقم بزنند؟. دیدگاه خود را با ما در میان بگذارید.

    مقاله قبلی ال جی و معرفی نسخه جدید V30 در MWC 2018
    مقاله بعدی Fujifilm دوربین X-H1 را با لرزشگیر داخلی معرفی کرد


    تا این لحظه کلی مطلب آموزشی مفاهیم پایه الکترونیک در سایت میکرو دیزاینر الکترونیک منتشر شده و کلی مطلب آموزشی دیگر نیز منتشر خواهد، اکنون پس از پشت سر گذاشتن آموزش‌هایی که تا اینجا داشتیم، بد نیست با هم نگاهی عمیق تر به چند مورد از مفاهیم پرکاربرد در الکترونیک داشته باشیم.

    چند مورد از مفاهیم پرکاربرد در الکترونیک

    قطعه (Component)

    • قطعه‌ها، عناصر پایه‌ای الکترونیک هستند که به تنهایی کارکردی مخصوص به خود را در مدار برعهده دارند.
    • قطعه‌ها مبتنی بر ساختار و ساختمان‌شان، می‌توانند ویژگی‌های مختلفی داشته باشند.
    • هر قطعه می‌تواند کاربردهای متفاوتی داشته باشد.

    مثال : مقاومت ، خازن، دیود و …

    مدار(Circuit)

    • شبکه‌ای از قطعات مختلف که به هم متصل باشند را مدار گوییم.
    • تمام المان ها و قطعات موجود در یک مدار، در مجموع هدف واحدی را برآورده می‌کنند.
    • یک مدار برای کار کردن باید فعال باشد و منبع تامین توان داشته باشد.

    مثال : مدارهای پرکاربرد و مشهور clipper و clamper، مدارهای تقویت کننده و ….

    دستگاه الکترونیکی

    • ابزاری که از مجموعه چند مدار تشکیل شده است.
    • تمام مدارهای موجود در یک دستگاه به تحقق هدف ساخت آن کمک می‌کند.
    • یک دستگاه الکترونیکی می‌تواند برای تولید سیگنال، اندازهگیری سیگنال، کنترل خروجی ، محافظت از مدار و … به کار رود.

    مثال: CRO ، فانکشن ژنراتور و …

    المان‌های حالت جامد

    تا پیش از این تیوب های خلاء را داشتیم که بر اساس اصول حرارتی کار می‌کردند. آن‌ها از قطعات امروزی ابعاد بزرگ‌تری داشتند. به مرور با دستگاه‌های نیمه‌هادی که به آن‌ها المان‌های حالت جامد نیز گفته می‌شود، جایگزین شدند.

    المان‌های فعال

    دستگاه ها یا قطعاتی که می‌توانند عبور جریان در مدار را کنترل کنند ، فعال گفته ‌می‌شوند.

    • دستگاه یا قطعه فعال به یک منبع تامین تغذیه ورودی نیاز دارد تا بتواند کار هدایتگری خود را آغاز کند.
    • عملکرد این دستگاه ها یا قطعات ، رفتار کلی مدار را تعیین می‌کند.

    مثال: تیوب های خلاء ، دیودها ، ترانزیستورها ، SCRها و …

    المان‌های غیر فعال

    دستگاه ها یا قطعاتی که قادر به کنترل عبور جریان در مدار نیستند ، غیر فعال گفته ‌می‌شوند.

    • برای کار کردن نیازی به منبع تامین تغذیه ورودی ندارند
    • عملکرد این دستگاه ها یا قطعات ، رفتار کلی مدار را تنها مقدار اندکی تحت تاثیر قرار می‌دهد.

    مثال: مقاومت، خازن، سلف و …

    دوپینگ (تزریق ناخالصی)

    فرآیند اضافه کردن الکترون یا ایجاد حفره در یک نیمه رسانا به منظور تغییر مطلوب مشخصات ذاتی آن ماده. بنابراین دوپینگ می‌تواند یک ماده نیمه‌هادی را منفی تر یا مثبت تر نماید.

    جلسه بعدی این آموزش ها را اینجا دنبال کنید.

    دیگر جلسات این آموزش



    شرکت Fujifilm دوربین جدید X-H1 را معرفی کرد. این دوربین می‌تواند به عنوان بهترین محصول در سری X شناخته شود. X-H1 بسیار شبیه به X-T2 است. هر دو دوربین به سنسور ۲۴ مگاپیکسلی APS-C X-Trans III مجهز هستند. با این تفاوت که X-H1 دارای ویژگی‌های مثبت طراحی GFX 50S است. همچنین این دوربین اولین محصول شرکت فوجی‌فیلم برای استفاده‌ی کاربرانی‌ست که به فیلم‌برداری می‌پردازند.
    ویژگی اصلی که در مورد این دوربین باید به آن پرداخت، وجود پنج کانون لرزش‌گیر درونی (IBIS) در این دستگاه است. با این قابلیت هر لنز جانبی که بر روی دستگاه سوار شود، لرزشگر تصویر اپتیکال این دوربین از کار نمی‌افتد. بسیاری از لنزهای فوجی‌فیلم قابلیت لرزشگیری را ندارند. در عوض از دیافراگم سریع برای محیط‌های نور کم استفاده می‌کنند. اما با استفاده از IBIS هر دو توانایی در دسترس کاربر است.

    در حالی که به صورت معمول، فیلم‌برداری دوربین‌های فوجی‌فیلم یک قابلیت جانبی محسوب می‌شوند، این مدل توانایی ضبط فیلم با رزولوشن DCI 4K با گستره رنگی Rec.2020 با بیت‌ریت ۲۰۰ Mbps و فیلم‌برداری آهسته ۱۰۸۰p با فریم‌ریت ۱۲۰ را دارد. میکروفن درونی این دوربین تقویت شده و به جک هدفون نیز مجهز است. حالت شبیه‌سازی فیلم جدید Eterna نیز که فیلم‌ها را با رنگ اشباع کمتری تولید می‌کند نیز به این دستگاه اضافه شده است. این قابلیت باعث می‌شود فیلم‌های بهتری، هنگام ویرایش بعد از فیلمبرداری تولید کرد. این دوربین در مقایسه با بعضی دوربین‌های دیگر مثل Panasonic GH5 بر روی کاغذ در بعضی از ویژگی‌ها عقب می‌ماند. اما اگر که به دنبال تولید فیلم هستید این دوربین می‌تواند محصول شایسته‌ای باشد.

    البته این دوربین برای عکسبرداری نیز بسیار مناسب به‌نظر می‌رسد. همچنین تغییراتی در طراحی این دستگاه به کار رفته است که استفاده‌ی این محصول را، برای حرفه‌ای‌ها راحت‌تر می‌کند. طراحی و شکل این دستگاه شباهت زیادی به مدل X-T2 دارد. اما صفحه تک‌رنگ بالای صفحه‌نمایش  و قابلیت قرارگیری در دست بهتر را از GFX 50S به ارث برده است تا بزرگ‌ترین دوربین سری X باشد. دکمه‌ها در این مدل ابعاد بزرگتری دارند و صفحه‌نمایش لمسی نیز توانایی تغییر زاویه در سه جهت دارد.

    فوجی‌فیلم به دنبال تمرکز خود بر روی فیلمبرداری دو لنز مخصوص فیلمبرداری X-mount را امروز معرفی کرد. Fujinon MKX 18-55mm f/2.9 و MKX 50-135mm f/2.9 که در واقع بسیار شبیه به لنزهایی هستند که فوجی‌فیلم برای دوربین‎‌های سری E-mount سونی تولید کرده است. این لنزها به صورت اختصاصی برای فیلمبرداری توسعه پیدا کرده‌اند. بنابراین ویژگی‌های طراحی مخصوص به خود مانند حلقه‌هایی برای فوکوس و قابلیت زوم بدون از دست رفتن فوکوس، را دارند. این دو لنز در تابستان یا پاییز امسال با قیمت‌های ۴۰۰۰ دلار و ۴۳۰۰ دلار به بازار عرضه خواهند شد.
    اما دوربین X-H1 به تنهایی از یکم مارس، با قیمت ۱۹۰۰ دلار به بازار عرضه خواهد شد. چیزی حدود ۳۰۰ دلار بیشتر از X-T2 که نشان‌دهنده‌ی پیشرفت بسیار زیادی در این محصول است. اما برای مطمئن شدن از این گفته، لازم است که این محصول را بعد از عرضه، بررسی کنیم.

    نظر شما در مورد این محصول شرکت فوجی‌فیلم چیست؟. به نظر شما این دوربین می‌تواند در بخش فیلمبرداری، با دوربین‌های حرفه‌ای‌تر و گران‌قیمت‌تر رقابت کند. دیدگاه خود را با ما به اشتراک بگذارید.

    مقاله قبلی Doogee V جدیدترین گوشی شبیه به iPhone X
    مقاله بعدی آمازون صدها نفر از کارمندان خود را در بخش سیاتل اخراج کرد


    ترانزیستورها ، بعد از اینکه در مورد دیود  گفتیم اساس آن یک پیوند P-N معمولی است، اطلاعات کافی بدست آوردیم، این‌بار می‌خواهیم قطعه‌ای را که از اتصال دو پیوند P-N به هم ایجاد می‌شود و ترانزیستور نام دارد، بشناسیم. ترانزیستور یک قطعه‌ی سه پایه‌ی نیمه‌هادی است که می‌تواند ولتاژ یا جریان را تحت کنترل گرفته و تنظیم کند. به عبارتی ترانزیستور در مقابل سیگنال ها مانند یک سوییچ یا دروازه عمل می‌کند.در ادامه با میکرو دیزاینر الکترونیک باشید تا بیشتر در مورد ترانزیستورها بدانیم.

    پیش نیاز های این درس

    چرا به ترانزیستورها نیاز داریم؟

    تصور کنید یک گیرندهFM  دارید که سیگنالی مدنظر را دریافت می‌کند. سیگنال دریافتی شما مسلما سیگنال ضعیفی خواهد بود چرا که در طول مسیر خود از فرستنده تا گیرنده دچار اعوجاج و افت دامنه شده است. حال اگر این سیگنال را به همین شکل مورد استفاده قرار دهید، خروجی مطلوب و دقیقی نخواهید داشت. بنابراین نیاز داریم تا به نحوی این سیگنال دریافتی را تقویت کنیم. تقویت کنندگی به این معنا که قدرت آن را افزایش دهیم.

    اما این مثال تنها یک نمونه بود. تقویت کننده ها در هرجایی که لازم باشد قدرت سیگنال افزایش پیدا کند، مورد نیاز هستند.

    ترانزیستور وسیله‌ای است که کار تقویت کردن سیگنال را برای ما انجام می‌دهد. هم‌چنین می‌تواند مانند سوییچی بین حالات و انتخاب های مختلف ما در مدار باشد. و نیز می‌تواند ولتاژ و جریان سیگنالی که دریافت می‌کند را تنظیم کند.

    جزییات ساختاری ترانزیستور

    ترانزیستور یک دستگاه یا ابزار حالت جامد سه پایه است که از اتصال متوالی (back to back) دو دیود ایجاد می‌شود. بنابراین در ساختار خود دارای دو پیوند P-N  است. سه پایه‌ی آن از سه نیمه‌هادی موجود در این پیوند ها گرفته می‌شوند. اتصال متوالی یا پشت به پشت دیود ها، دو نوع ترانزیستور ایجاد می‌کند؛ NPN و PNP . که به ترتیب به معنای قرار گرفتن نیمه هادی نوع P در بین دو نیمه هادی نوع  N، و قرار گرفتن نیمه هادی نوع N  در بین دو نیمه هادی نوع  P است.

    این دو ساختار را در تصویر زیر می‌توانید ببینید.

    ترانزیستور‌ها ; ترانزیستور

    نام پایه‌‌های ترانزیستور امیتر، بِیس و کلکتور می‌باشد و هرکدام عملکرد و ویژگی های خاص خود را دارند که در ادامه در مورد آن‌ها صحبت می‌کنیم.

    پایه‌ی امیتر (Emitter)

    • سمت چپ ساختارهای تصویر بالا را به عنوان پایه امیتر می‌گیریم.
    • ابعاد نیمه‌هادیِ مربوط به امیتر معمولی است و حامل اکثریت جریان آن، شدیدا تقویت شده است( از طریق دوپ شدن ) چرا که وظیفه‌ی این پایه تامین حاملان اکثریت جریان در ترانزیستور است؛ خواه الکترون، خواه حفره.
    • بنابراین به دلیل صادر کردن الکترون، به این پایه امیتر ( به معنای گسیل کننده) می‌گویند.
    • در نماد مداری پایه‌ی امیتر را با علامت E مشخص می‌کنند.

    پایه‌ی بِیس (Base)

    • نیمه‌هادی وسطی در ساختارهای بالا، پایه بیس را ایجاد می‌کند.
    • نیمه هادی بیس از دو نیمه هادی دیگر ابعاد کوچکتری دارد( عرض کمتر) و مقدار اندکی دوپ شده است.
    • ماموریت اصلی آن عبور دادن حاملان اکثریت از پایه‌ی امیتر به پایه‌ی کلکتور است.
    • در نماد مداری پایه‌ی بیس را با علامت B مشخص می‌کنند.

    پایه‌ی کلکتور (Collector)

    • سمت راست ساختارهای تصویر بالا را به عنوان پایه کلکتور می‌گیریم.
    • همان‌طور که از نام آن مشخص است وظیفه آن جمع‌آوری و دریافت حامل‌های اکثریت است.
    • ابعاد آن ( از نظر عرض) از بیس و امیتر بزرگ تر است ( از آن‌جا که کلکتور یک ترانزیستور نسبت به دو پایه‌ی دیگر توان بیشتری تلف میکند، آن را بزرگ‌تر از دو نیمه‌هادی دیگر می‌سازند.) و به صورت ملایم دوپ شده است.
    • در نماد مداری پایه‌ی کلکتور را با علامت C مشخص می‌کنند.

    نماد مداری ترانزیستورهای NPN و PNP را در تصویر زیر می‌بینید.

    ترانزیستورهای NPN و PNP

    همان‌طور که می‌بینیم پایه‌ی فلش دار ترانزیستور همواره معین کننده امیتر است. باید دقت داشت که پایه‌ های امیتر و کلکتور را به دلیل وظایف منحصر به فردی که هر کدام دارند، نمی‌توان به جای هم به کار برد. بنابراین همواره باید پایه‌های ترانزیستور را به درستی در مدار وصل کرد.

    در ترانزیستورهای واقعی برای تشخیص پایه‌ها ، یک فرورفتگی یا خراش در سمت پایه‌ی امیتر ایجاد میکنند تا قابل تشخیص باشد. ترانزیستورهای NPN  و PNP نیز به کمک مولتی متر از یکدیگر قابل تشخیص هستند. در تصویر زیر تعدادی از انواع مختلف ترانزیستور ها را در عمل می‌بینید.

    ترانزیستورهای NPN و PNP

    تا اینجا با جزئیات ساختاری ترانزیستورها آشنا شدیم اما برای فهم چگونگی عملکرد آن‌ها ، ابتدا باید مفهوم بایاس دهی (Biasing) را بدانیم.

    بایاس ترانزیستور

    می‌دانیم که ترانزیستور از ترکیب دو دیود ساخته شده است و در ساختار آن دو پیوند داریم. پیوندی میان نیمه‌هادی های بیس و امیتر که به آن پیوند  بیس- امیتر گفته می‌شود و پیوندی میان نیمه‌هادی های بیس و کلکتور که به آن پیوند کلکتور- بیس گفته می‌شود.

    بایاس دهی به معنای کنترل عملکرد مدار از طریق تامین منبع توان می‌باشد. به عبارت دیگر، عملکرد هر دو پیوند   P-Nموجود در ترانزیستور را می‌توان با کمک بایاس دادن به آن‌ها از طریق یک منبع dc ، کنترل کرد. حالات مختلف بایاس دهی ترانزیستور را در تصویر زیر می‌بینید.

    بایاس ترانزیستور

    اگر کمی در مدارهای بالا دقت کنیم متوجه می‌شویم که:

    • اگر نیمه‌هادی نوع N را به تغذیه‌ی منفی و نیمه‌هادی نوع P را به تغذیه‌ی مثبت وصل کنیم، بایاس مستقیم خواهیم داشت.
    • اگر نیمه‌هادی نوع N را به تغذیه‌ی مثبت و نیمه‌هادی نوع P را به تغذیه‌ی منفی وصل کنیم، بایاس معکوس خواهیم داشت.

    پس از اعمال تغذیه، پیوند بیس-امیتر همواره در حالت بایاس مستقیم قرار خواهد گرفت چرا که مقاومت امیتر بسیار کم است. در مقابل، پیوند کلکتور-بیس در وضعیت بایاس معکوس خواهد بود و مقاومت آن نیز اندکی بیشتر است.

    به این ترتیب برای پیوند بیس- امیتر یک بایاس مستقیم کوچک کافی خواهد بود در حالی که کلکتور باید یک بایاس معکوس بزرگ دریافت کند.

    جهت جریان که در مدارهای بالا نشان داده شده است، جهت جریان قراردادی گفته می‌شود و نشانگر جهت حرکت جریان حفره‌ای است. ( جهت جریان الکترون‌ها برعکس خواهد بود. )

    ترانزیستور PNP

    با نگاه کردن به تصویر زیر می‌توانیم به چگونگی کارکرد ترانزیستور PNP پی ببریم. می‌بینیم که پیوند بیس- امیتر در حالت بایاس مستقیم و پیوند کلکتور- بیس در حالت بایاس معکوس است.

    ترانزیستور PNP 

    ولتاژ VEE پتانسیلی مثبت را برای امیتر تامین می‌کند و در نتیجه امیتر که در اینجا یک نیمه‌هادی نوع P  است، با دریافت پتانسیل مثبت حفره ها را از خود دور می‌کند. حفره‌ها از پیوند بیس- امیتر عبور کرده و به ناحیه‌ی بیس می‌روند. ناحیه‌ی بیس در اینجا یک نیمه‌هادی نوع N است و به همین دلیل درصد کمی از آن حفره ها با الکترون‌های آزاد بیس بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیبی باعث ایجاد جریانی اندک در بیس می‌شود که آن را با IB  نمایش می‌دهند. اما حفره‌های باقی مانده از پیوند کلکتور-بیس عبور کرده و به ناحیه‌ی کلکتور می‌روند. این‌ها جریان کلکتور را که با IC نشان داده می‌شود ، ایجاد می‌کنند. بنابراین جریان کلکتور در ترانزیستور NPN جریانی حفره‌ای است.

    با رسیدن حفره‌ها به ناحیه کلکتور، الکترون‌هایی از سمت منفی باتری که به کلکتور متصل است، آمده و حفره‌ها را پر می‌کنند. این جریان الکترون‌ها به مرور زیادتر شده و در حالی‌که جریان اقلیت محسوب می‌شوند به سمت امیتر روانه‌ خواهند شد. در آن‌جا هر الکترون که به ترمینال مثبت VEE وارد می‌شود، حفره‌ای در عوض آن به سمت امیتر خواهد رفت که باعث ایجاد جریان امیتر،  IE خواهد شد.

    به این ترتیب داریم؛

    • هدایت جریان در یک ترانزیستور PNP از طریق حفره‌ها اتفاق می‌افتد.
    • جریان کلکتور اندکی کمتر از جریان امیتر است.
    • کاهش یا افزایش جریان امیتر بر جریان کلکتور نیز تاثیر خواهد گذاشت.

    ترانزیستور NPN

    با نگاه کردن به تصویر زیر می‌توانیم به چگونگی کارکرد ترانزیستور NPN پی ببریم. می‌بینیم که پیوند بیس- امیتر در حالت بایاس مستقیم و پیوند کلکتور- بیس در حالت بایاس معکوس است.

    ترانزیستور NPN 

    ولتاژ VEE پتانسیلی منفی را برای امیتر تامین می‌کند و در نتیجه امیتر که در اینجا یک نیمه‌هادی نوع N  است، با دریافت پتانسیل منفی الکترون ها را از خود دور می‌کند. الکترون‌ها از پیوند بیس- امیتر عبور کرده و به ناحیه‌ی بیس می‌روند. ناحیه‌ی بیس در اینجا یک نیمه‌هادی نوع P  است و به همین دلیل درصد کمی از آن الکترون ها با حفره‌های آزاد بیس بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیبی باعث ایجاد جریانی اندک در بیس می‌شود که آن را با IB  نمایش می‌دهند. اما الکترون‌های باقی مانده از پیوند کلکتور- بیس عبور کرده و به ناحیه‌ی کلکتور می‌روند. این‌ها جریان کلکتور را که با IC نشان داده می‌شود ، ایجاد می‌کنند.

    با رسیدن الکترون‌ها به انتهای ناحیه کلکتور و ورود آن‌ها به ناحیه پتانسیل مثبت باتری، به ازای هر الکترون ورودی، الکترونی از ترمینال منفی باتری یعنی VEE وارد ناحیه امیتر می‌شود. این جریان الکترونی به مرور افزایش یافته و در ترانزیستور جریان می‌یابد(IE).

    به این ترتیب داریم؛

    • هدایت جریان در یک ترانزیستور NPN از طریق الکترون‌ها اتفاق می‌افتد.
    • جریان کلکتور بالاتر از جریان امیتر است.
    • کاهش یا افزایش جریان امیتر بر جریان کلکتور نیز تاثیر خواهد گذاشت.

    نمونه کاربرد ترانزیستور:مدار آمپلی فایر قدرت – ۱۵۰وات

    مزایای ترانزیستورها

    ترانزیستورها نسبت به سایر انواع تقویت‌کننده ها مزایای زیادی دارند ، از جمله‌ آن‌ها می‌توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:

    • بهره ولتاژ بالا.
    • به ولتاژ تغذیه کمتری نیاز دارند.
    • برای کاربردهای تقویت‌کنندگی توان پایین بهترین انتخاب هستند.
    • ابعاد کوچک و وزن کم.
    • از نظر مکانیکی نیز از تیوب‌های خلاء محکم تر هستند.
    • برخلاف تیوب‌های خلاء به حرارت خارجی نیاز ندارند.
    • برای اینکه با خازن‌ها و مقاومت‌ها ترکیب شده و تشکیل IC دهند، بسیار ایده‌آل هستند.

    دیگر جلسات این آموزش



    کمپانی آمازون دومین کارفرمای بزرگ آمریکا است و در دو سال اخیر بطور مداوم به دنبال استخدام افراد بوده است. حال خبر ها ناشی از آن هستند که آمازون به دلیل بیش از حد نیاز داشتن کارمندان مجبور شده است تا تعداد زیادی از آن ها را در شعبه سیاتل خود اخراج کند. زیرا از نظر اقتصادی برای آن ها مناسب نبود. این کمپانی از ۵۰۰۰ نفر در سال ۲۰۱۰ تعداد اعضای خود را به ۴۰۰۰۰ نفر رسانید. در حال حاضر این کمپانی به دنبال مکانی برای تاسیس شعبه جدید خود است. در این شعبه قرار است ۵۰۰۰۰ نفر استخدام شوند. 

    آن ها از سیاست پشت این کار سخن گفتند. بطوریکه با حذف تعدادی از کارمندان در یک بخش می‌توانند در بخش های دیگر به تعداد بالا استخدام داشته باشند. برخی دلیل این اقدام آنان را گشترده بودن کمپانی و تعداد اضافی کارمندان می‌دانند. عدّه ای دیگر دلیل آن را سختی کار و مناسب نبودن این کار برای همه می‌دانستند. زیرا به گفته برخی کارمندان کار آن ها حاوی استرس زیادی است. علاوه بر آن کمپانی کارمندان خود را تحت فشار قرار می‌دهد تا افراد قوی تر و مناسب تر را از بین بقیه جدا کند. آمارون چندین بار مورد اعتراض و شکایات قانونی به همین خاطر قرار گرفته بود. آمازون وعده داد که برای تعدادی از این کارمند ها در شعبه جدید خود یک موقعیت شغلی ایجاد کند.

© تمامی حقوق مطالب برای وبسایت آلفا باکس محفوظ است و هرگونه کپی برداری بدون ذکر منبع ممنوع و شرعا حرام می باشد.
قدرت گرفته از : بک لینکس