التـرانزيـســتــور
المقــــــدمـــة :
يعتبر كثير من المؤرخين إن اختراع الترانزيستور كان أهم اختراع في القــــــــرن الماضي، ولخّص مايكل رايوردان تاريخ الترانزيستور في كتابه (النار البلـــورية) بقوله: (أصبح الترانزيستور جزءًا من الحياة لدرجة أنه أصبح خفياً، فهو مثــــــل الخلايا في الجسم، إذ نحن لا نفكر فيه). وعندمـــــا قام فريق ضم 3 علــــــماء من مختبرات بيــل باختراع أول ترانزيستور (Transistor) في عام 1948 كــــان طوله مساوياً لساعة اليد تقريبا، لكنه جعل الأجهزة أصغــــر حجمـــًا وسهلة النقل مقارنة بما قدمته تقنية الجيل الأول (الصمامات الفارغة أو المصابيح الإلكترونية) التي كانت سائدة قبل هذا الاخـــتراع. وحصــل هذا الفريق على جائـــــزة نوبل في الفيزياء بعد ذلك، لأن استخدام الترانزيستور شكّل حقبة جديدة في تاريــخ صناعة الأجهزة الإليكتـــــرونية، وعُرفت هذه الحقبة الزمنيـــــة بالجيل الثانــــي في عالم الإليكترونيات.
ما هو الترانزيستور ؟
الترانزيستور عبارة عن مفتاح كهربائي متناهي الدقة، يشبه مفتــــــــاح الضـــوء التقليدي الذي يحتوي على وضعين (تشغيل وتوقيف). وهي أداة صغيـــرة الحجــم مثل الخلية في جسم الإنسان وتستخدم في الكمبيوتر وجميع الأجهزة الإلكترونـــية المختلفة و تقوم بالتحكم في سريان التيار الكهربائي في هذه الاجهـــــــزة ، ويبلغ حجمه مع غلافه الواقي حجم ممحاة قلم الرصاص ،ويوجد أحجام أصغر للرقائـــق الإلكترونية الصغيرة. و يوجد الترانزيستـــــور داخل الدوائر المتكاملة ICوتحتوي هذه الدوائر على مئات الآلاف من الترانزستورات ومن الممكن أن تكون هناك دوائر متكاملة بحجم طابع البريد وتحتوي على مئات الآلاف الترانزستورات. ويتضمن الترانزيستور 3 محطات طرفية هي: المصدر والمخرج والمجفف. وحين يوضع فولت موجب صغير في المخرج، يقوم الأخير بجلب الإلكترونات التي تحمل الشحنة السالبـــــــــة، وبالتالي يولد التيار الكهربـــــائي الذي يتدفق بين المصـــدر والمجفف، وفي هذه الحـــالة يكون الترانزيستور في وضع التشغيل. وعند وجــود شحنة سالبة في المخـــــرج، يتوقف تدفق التيار بسبب تكاثر عدد الإلكتـــــــرونات وبالتالي يتوقف الترانزيستور. وتعتمد سرعة الترانزيستور في الانتقال من حالـــة التشغيل إلى التوقيف المعروفة باسم "القناة" على طول المسافة التي يجب علـــى الإليكترونات أن تعبرها بين المصدر والمخرج والمجفف. وسمحت هذه الوظيفــــة الثنائية للكمبيوتر بمعالجة المعلومات، حيث أصبح يشار إلى مرحلـــــة تشغـــــــيل الترانزيستور بالرقم(1)، بينما يشــــار إلى مرحلة التوقيف بالرقم(0)، وعنــدها لا يتدفق التيار الكهربائي بين المحطات الطرفية للترانزستور. ويتركب من بلــورة نصف ناقلة تتألف من ثلاث مناطق الوسطى من نوع P أو N والطــــــرفين من نوع معاكس .
صناعة الترانزيستور
تصنع في الغالب من السيلكون أو الجرمانيوم أو الكوارتـــــــــز ومن المواد شبــــه الموصلة وتقوم أشباه الموصــــــلات بإيصال الكهـــــرباء ولكن بجــــــودة أقل من الموصلات الحقيقة. ويتكون الترانزيستور من قاعدة(****) ويرمز لها بالرمــــز B ومشـــــع (Emitter) ويرمز له بالرمز E والمجمع (Collector) ويرمـــز له بالرمز C .
أنواع الترانزيستور
السطـــحي و ترانزيستور نقطتي التلامس وغيرها الكثير .وهناك العديــد من أنواع الترانزيستور ولكن أهمها الترانزيستور ثنائي القطبيــــة و أجزائها كما عرفناها هي القاعدة و المجمع و المشع ، كما أن هناك نوعيـــــن من الترانزيستور ثنائي القطبية النوع الأول NPNويستخدم في خط التغذية الموجـب. أما النوع الثاني فهو PNP ويستخدم في خط التغذية السالبـــة ، وهنــــــــاك أيضاً ترانزيستور ذو قطب واحد و الترانزيستور الطافي و ترانزيستور الحاجز
استخدامات الترانزيستور
1- يستخدم كمفتاح لأداة وظيفة القفل و الفتح ويكون ذلك : عندما يكــــــــون مفتوحًا لا ينساب خلاله تيار ويظهر جهد المصدر بالكامل بين طرفيه تقريبـــاً، أو عندما يكون مقفلاَ فأنه ينساب خلاله تيار بقيمه كبيرة ويكون فرق الجهـــــــد بين طرفيه مساوياً للصفر تقريباً .و هذا يعني أنه ينتقل من منطقة القطع إلى منطقـــة التشبع خلال الغلق والفتح .
2- استخدامه كمكبر .
فائدة الترانزيستور ...
ترجع فائدة الترانزيستور إلى قدرته على التحكم في التيار بجهد ضعيف فمثلاً تضخم الترانزستورات في مكبر الصوت (إمبليفاير) الفولتية الضعيفة الناتجة عن تكلم الشخص في الميكروفون وتكون الكهرباء الناتجة أو التي تصل من الترانزيستور قوية بدرجة كافية لتشغيل جهاز يعطي صوتاً أغلى من صوت الشخص بدرجة كبيرة .
سلبيات الترانزيستور
على الر غم من المردود الكبير للترانزستور وماله من محاسن ومميزات إيجابية (مقارنة مع الصمامات) إلا أن هناك سلبية أساسية وهي كونه حساس جداً لارتفاع درجة الحرارة ذلك أن مكوناته قابلة للعطل في حال ارتفاع درجة الحرارة إلى حدود معينة فعلى سبيل المثال درجة الحرارة العظمى المسموح بها لترانزستور جرمانيوم تقع بين (60-100) درجة مئوية ولترانزستور سليكون بين(125-200) مئوية .وهذا أحد أسباب تفضيل استخدام السيليكون في تصنيع الترانزيستور. وللتغلب على هذا العائق تم إضافة المبردات للترانزستور (وهي عبارة عن قطع معدنية ذات مواصفات معينة توصل مع الجسم الخارجي للترانزستور) تعمل هذه المبردات على امتصاص الحرارة الزائدة الناتجة عن عمل الترانزيستور والتي يمكن أن تخرب البنية الداخلية (أنصاف النواقل) للترانزستور..
تطور الترنزيستور
كان الترانزيستور بداية التطور الهائل الذي نراه اليوم في كل الأجهزة الإلكترونية، ويستغل المبتكرون عادة الترانزستورات الأصغر للوصول إلى أجهزة وأدوات أسرع، وتتنافس الشركات العاملة حالياً في مجال تطوير رقائق الكمبيوتر للوصول إلى ترانزستورات أدق وأصغر للحصول على معالج دقيق وحيد لتشغيل الحاسبات. وكان لا بد من متابعة عملية التصغير أكثر فأكثر، فالترانزستور في الأربعينيات كان كبير الحجم ويكلف 54 دولارًا للقطعة، أما اليوم فيمكنك صناعة ملايين منها بسنت واحد، ويكون حجمها صغيراً لدرجة لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة.
وهذا مثال لشركة عالمية تسعى إلى تطوير الترانزيستور ، حيث أعلنت شركة آي. بي. إم أن علماءها تمكنوا من صناعة الترانزيستور باستخدام التكوينات اسطوانية صغيرة من ذرات الكربون يقل سمكها 50 ألف مرة عن قطر الشعر . و على الرغم من نجاح الباحثين في إيجاد طريقة لصنع الترانزستورات من هذه الاسطوانات التي يقل حجمها 500مرة عن حجم الترانزستورات المستخدم حالياً من مادة السليكون إلا انهم لم يتمكنوا حتى الآن من تطوير عملية تتيح لهم إنتاجها على نطاق و اسع . كما يذكر ان الشركة استطاعت تطوير أسرع و أصغر ترانزيستور في العالم بما فيها الترانزيستور البالغ حجمه 15 نانومتر.
ويعتبر هذا التطور من المحطات البارزة التي تهدف إلى تسهيل و تيسر هذه المخترعات حتى يستطيع الكل ان يستفيد من كل هذه الاختراعات التي يسعى العلماء دائماً إلى تطويرها ..
دلالة تسمية أرجل الترانزيستور
1- القاعدة (base): وهي عبارة عن مادة الكربون مختلطة بمادة البورون، حيث أن الكربون يحوي أربع إلكترونات في مدار التكافؤ بينما يحوي البورون ثلاث، مما يجعل ارتباطهما الجزيئي غير محكم بحيث أن النقص بإلكترون واحد في ذرة البورون يسمح بوجود فجوة منتظرة إلكترون ليستقر ذلك الارتباط ويرمز لهذا النوع من أشباه الموصلات ب (P)، وهذا مما يجعل هذه المادة موصلة رديئة للكهرباء حيث أن موصليتها تساوي 1 مقارنة بالنحاس الذي هو 10^12.وهذه القاعدة تحتل الجزء الأكبر من الترانزيستور، حيث أن حجمها يوازي ضعف كلا الطرفين الآخرين بحيث أنهما عائمين فيها ويفصل بين سطح كل منهما مسافة بالميكرون.
2- الجامع او المجمع ( Collector ): وهو عبارة عن مادة الكربون أيضاً مع مادة الزرنيخ التي تحمل خمس الكترونات في مجال التكافؤ مما يجعل تركيبها الجزيئي ذو الكترون زائد عن وضع الاستقرار ولا يعني هذا كونه سالب فهو متعادل لأن المادة لم تفقد شيئاً من إلكتروناتها أو تكتسب ويرمز لهذا النوع ب (N).
3- المشع او الباعث ( Emitter ): ويملك نفس التركيب من حيث وجود نفس العناصر ولكن هنا يختلف في زيادة كثافة الزرنيخ بشكل كبير.
عمل الطالب : مجد سمير خاروف الصف : السادس / أ
