الترانزستور
تعريف الترانزيستور : بلورة من مادة شبه موصل مطعمة بحيث تكون المنطقة الوسطى منها شبه موصل موجب أو سالب بينما المنطقتان الخارجيتان من نوعية مخالفة .
تعريف آخر : وصلة ثلاثية من بلورة الجرمانيوم أو السيليكون تحتوي على بلورة رقيقة جدا من النوع الموجب أو السالب تسمى القاعدة توجد في الوسط وعلى جانبيها بللورتان من نوع مخالف هما الباعث والمجمع .
أشكال مختلفة للترانزستور
استخدامات الترانزستور:-
1) مفاتيح التحكم switches
2) مصدر الجهد الثابت constant current source
3) المكبرات سواء كانت مكبرات جهد أو تيار
الحالة الأولى و الثانية تتبع التيار المستمر بينما الحالة الثالثة تتبع التيار المتردد
أنواع الترانزستور :
أولا:ترانزستور أحادي الوصلة :-
يتكون من قاعدتين و مشع توصل القاعدة الأولى بالأرضي والثانية بالموجب و تبلغ المقاومة بينهما 10k
ثانيا: ترانزستور ثنائي القطبية:-( BJT ) BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR
و يسمى الترانزستور بالوصلة ذات القطبية الثنائية BJT: لأنه يتركب من وصلتان ثنائيتان وضعتا ظهرا لظهر Bipolar junction transistor
يوجد نوعان من هذا الترانزستور هما :
NPN : فيه القاعدة من النوع الموجب بينما الباعث والمجمع من النوع السالب
PNP : فيه القاعدة من النوع السالب بينما الباعث والمجمع من النوع الموجب
والنوع الأول NPN هو المستخدم في معظم التطبيقات بسبب أن حاملات الشحنة الرئيسية فيه هي الاليكترونات وهي تتميز بالسرعة في الحركة خلال مادة شبه الموصل لذلك يستخدم في تطبيقات الفتح والغلق "SWICHING" والتطبيقات الأخرى التي تتطلب زمن تأخر "DELAY TIME" صغير جدا والنوع الثاني PNP تكون حاملات الشحنة فيه هي الفجوات أو بمعني آخر الايونات وهي الذرة التي تفقد إليكترون ولا يستخدم بكثرة حيث أن إمكانية الفجوة علي الحركة تكون بسرعة اقل بكثير من الاليكترونات "الثلث تقريبا " ويشتركان في أن لكل منهما ثلاث أقطاب هي :-
القاعدة "BASE" والباعث "EMITTER" والمجمع "COLLECTOR" ولكن يختلفان في التغذية حيث إن الباعث في النوع الأول يتصل بالأرضي أو بجهد سالب بينما في النوع الآخر يتصل بجهد موجب إذا اتصل المجمع بالأرضي أو بالأرضي إذا اتصل المجمع بجهد سالب بينما الطرف الثالث أو القاعدة فانه يمثل طرف الدخل ويتحدد علي ساسه منطقة عمل الترانزيستور إذا كان ACTIVE,SATURATION,CUT OFFوطبعا هذه المناطق تحدد التطبيق الذي يستخدم فيه
الرسم الرمزي للترانزيستور : يبين الشكل أعلاه الرسم الرمزي لكل نوع من الترانزيستور ، ويلاحظ أن اتجاه السهم يدل على اتجاه التيار ( وهو عكس اتجاه حركة الالكترونات ( يتركب الترانزستور من وصلتان ثنائيتان وضعتا ظهرا لظهر ، وصلة بين الباعث والقاعدة ووصلة بين القاعدة والمجمع .
تركيب الترانزستور من النوع NPN : الباعث Emitter : بلورة شبه موصل من النوع السالب بها نسبة شوائب عالية وذات حجم متوسط صممت لتبعث الكترونات .القاعدة Base : بلورة شبه موصل من النوع الموجب بها نسبة شوائب قليلة وذات حجم صغير تتوسط الباعث والمجمع صممت لتمرير الالكترونات .المجمع Collector : بلورة شبه موصل من النوع السالب بها نسبة شوائب أقل من الباعث وذات حجم كبير صممت لتجميع الالكترونات . يفضل الترانزستور المصنوع من السيلكون للأسباب التالية :
لأن السيلكون يتحمل درجات حرارة عالية تصل إلى 175 م
السيلكون أسهل في تصنيعه من الجرمانيوم
السيلكون أرخص ثمنا حيث أنه ثاني أكثر العناصر انتشارا في الطبيعة
كيفية عمل الترانزيستور NPN ؟؟ أولا : توصل القاعدة والباعث بجهد ثابت توصيلا أماميا ( جهد الانحياز الأمامي ) وبالتالي يكون حاجز الجهد بين المنطقتين صغيرا جدا وعلى ذلك تكون مقاومة وصلة الباعث - القاعدة صغيرة .ثانيا : يوصل المجمع والقاعدة بجهد ثابت توصيلا خلفيا ( جهد الانحياز العكسي ) وبالتالي تكون مقاومة وصلة المجمع - القاعدة عالية . نلاحظ أن القاعدة تكون موجبة بالنسبة للباعث ويكون المجمع موجبا بالنسبة للقاعدة .ثالثا : بما أن القاعدة تحتوي على عدد قليل من الشوائب إذا عدد الفجوات بها يكون منخفضا وبالتالي يكون عدد الالكترونات التي يملأ هذه الفجوات منخفضا . رابعا : تمر معظم الالكترونات من الباعث إلى المجمع عبر القاعدة ولا يمر في القاعدة إلا عدد قليل من الالكترونات . خامسا : بتطبيق قانون كيرشوف على الترانزيستور يكون :
شدة تيار الباعث = شدة تيار المجمع + شدة تيار القاعدة
الباعث يساوي تقريبا شدة تيار المجمع والأسباب هي أن:- شدة تيار
أولا : وجود فرق جهد كبير بين المجمع والباعث ينتج مجالا كهربائيا شديدا يعمل على دفع الالكترونات باتجاه المجمع .
ثانيا : كبر المساحة المتقابلة بين المجمع والباعث وصغر مساحة القاعدة يجعل الالكترونات تعبر من الباعث إلى المجمع بمعدل أكبر .
ثالثا : قلة عدد الشوائب في القاعدة يجعلها لا تقبل سوى عدد صغير من الالكترونات .
التركيب العام:- الترانزستور الوصلي ثنائي القطب، أو الترانزستور ثنائي القطب، الذي يتكون من طبقة رقيقة جدًا من نوع من أشباه الموصلات، محشوة بين طبقتين سميكتين من النوع المقابل. فإذا كانت الطبقة الوسطى على سبيل المثال، من النوع س، تكون الطبقتان الخارجيتان من النوع م. وتسمى المنطقة الوسطى القاعدة، والمنطقتان الخارجيتان الباعث والمجمِّع . كيفية عمله:- وللترانزستور ثنائي القطب وصلتا م س وثلاثة أطراف. ويربط طرفان من هذه الأطراف، في العادة، الباعث والمجمِّع إلى دائرة خارجية، بينما يصل الطرف الثالث القاعدة بدائرة داخلية، ولكل دائرة مصدر قدرة ، وتترتب مصادر القدرة بحيث تكون إحدى الوصلات م س منحازة أماميًا والوصلة الأخرى منحازة خلفيًا وفي العادة، يمنع الترانزستور التيار من المرور عبر الدائرة الخارجية ولكن رفع الفولتية المطبقة على القاعدة قليلاً يؤدي إلى دخول عدد كبير من الإلكترونات إلى القاعدة عبر الوصلة المنحازة أماميًا، ويتفاوت هذا العدد حسب قوة الفولتية. ولأن منطقة القاعدة رقيقة جدًا، يستطيع مصدر الفولتية في الدائرة الخارجية جذب الإلكترونات عبر الوصلة المنحازة عكسيًا. ونتيجة لذلك يسري تيار قوي عبر الترانزستور، وعبر الدائرة الخارجية. وبهذه الطريقة يمكن التحكم في سريان تيار قوي عبر الدائرة الخارجية، بتزويد القاعدة بإشارة صغيرة .
مثلا لتشغيل الترانزستور س م س بطريقة عادية تطبق فولتية عالية نسبيًا على المجمع، بينما يستقبل الباعث فولتية قدرها صفر. وإذا كانت فولتية القاعدة صفرًا أيضًا فإن الترانزستور يكون مغلقًا، ويؤدي تطبيق فولتية موجبة صغيرة على القاعدة إلى فتح الترانزستور .وعند تطبيق الفولتيات تتحرك إلكترونات حرة وفجوات كثيرة إلى أماكن أخرى في الترانزستور. وتحدث هذه التحركات لأن الفولتيات الموجبة تجذب الإلكترونات بينما تجذب الفولتيات السالبة الفجوات . خصائص الترانزستور :يوصل الترانزستور تيارا في الاتجاه الأمامي ولا يوصل تيارا في الاتجاه العكسي ومنطقة التوصيل تنقسم الى ثلاث مناطق :
المنطقة الأولى: وهى منطقة القطع التي لا يمر فيها تيار في مجمع الترانزستور المنطقة الثانية: وهى منطقة التكبير أو المنطقة الفعالة أو منطقة التشغيل الخطية للترانزستور .المنطقة الثالثة: وهى منطقة التشبع التي يمر فيها أكبر تيار في مجمع Base الترانزستور في المنطقة الأولى والثالثة يعمل الترانزستور كمفتاح ، وفي المنطقة الثانية يعمل الترانزستور كمكبر
أنواع حالات توصيل الترانزيستور :-
1)حالة القطع:- يكون التوصيل في الدائرتين القاعدة -المجمع، والقاعدة- الباعث عبارة عن انحيازين عكسيين.
2)حالة التشبع:-يكون فيها التوصيل في الدائرتين عبارة عن انحيازين اماميين
3)حالة الفعالة:- توصل القاعدة والباعث بجهد ثابت توصيلا أماميا ( جهد الانحياز الأمامي ) وبالتالي يكون حاجز الجهد بين المنطقتين صغيرا جدا وعلى ذلك تكون مقاومة وصلة الباعث - القاعدة صغيرة . و يوصل المجمع والقاعدة بجهد ثابت توصيلا خلفيا ( جهد الانحياز العكسي ) وبالتالي تكون مقاومة وصلة المجمع - القاعدة عالية . نلاحظ أن القاعدة تكون موجبة بالنسبة للباعث ويكون المجمع موجبا بالنسبة للقاعدة .
PNP NPN
طرق توصيل الترانزستور في الدوائر الإليكترونية : يوصل أحد أطراف الترانزستور باشارة الدخل والطرف الثاني يوصل باشارة الخرج ويشترك الطرف الثالث بين الدخل والخرج ، ولهذا يوصل الترانزستور في الدوائر الالكترونية بثلاث طرق مختلفة.
1) القاعدة المشتركة Common Base:توصل إشارة الدخل بين المشع والقاعدة Emitter and Base ، وتوصل إشارة الخرج بين المجمع والقاعدة Collector and Base ويلاحظ أن طرف القاعدة Base مشتركا بين الدخل والخرج ، ولهذا سميت طريقة التوصيل هذه بالقاعدة المشتركة Common Base2) المشع المشترك Common Emitter:توصل إشارة الدخل بين القاعدة والمشع Emitter and Base ، وتوصل إشارة الخرج بين المجمع والمشع Base and Emitter ويلاحظ أن طرف المشع Emitter مشتركا بين الدخل والخرج ، ولهذا سميت طريقة التوصيل هذه بالمشع المشترك Common Emitter.3) المجمع المشترك Common Collector:توصل إشارة الدخل بين القاعدة والمجمع Collector and Base ، وتوصل إشارة الخرج بين المشع والمجمع Base and Emitter ويلاحظ أن طرف المجمع Collector مشتركا بين الدخل والخرج ، ولهذا سميت طريقة التوصيل هذه بالمجمع المشترك Common Collector
حركة الشحنة في المجمع والقاعدة نظرًا لأن طرف المجمع أكثر إيجابية من طرق القاعدة فإن الفولتية المطبقة على المجمع تجذب الإلكترونات الحرة في المجمع نحو طرف المجمع . ولأن القاعدة ذات فولتية أقل مقارنة بالمجمع فإن فجوات القاعدة تنجذب نحو طرف القاعدة. وهكذا تنعدم الإلكترونات الحرة والفجوات في وصلة القاعدة - المجمع، مما يؤدي إلى عدم سريان التيار الكهربائي .وبالإضافة إلى ذلك، يؤدي انسياب الفجوات في اتجاه طرف القاعدة، إلى أن تخلف هذه الفجوات وراءها مجالاً كهربائيًا سالبًا قويًا على الجانب القاعدي من وصلة القاعدة - المجمع. والمجال الكهربائي هو المنطقة التي تؤثر فيها القوة الكهربائية على جسم مشحون .حركة الشحنات في الباعث :-
عندما تكون القاعدة أكثر إيجابية مقارنة بالباعث تنجذب الإلكترونات الحرة في الباعث نحو وصلة القاعدة - الباعث، ثم إلى داخل القاعدة، ولكن في الترانزستورات التي تكون فيها فولتية الباعث صفرًا لا يحدث سريان ملحوظ للإلكترونات عبر الوصلة، إلا في حالة تطبيق فولتية لا تقل عن 0,4 فولت .
التيار المار في الترانزستور:-
التيار الناتج من الباعث أو المشع يساوي مجموع التيار المار بالقاعدة و المجمع
I e = I c + I b
و يجب معرفة عاملان مهمان للترانزستور هما Alpha gain و Beta gain Beta = I c/ I b Alpha = I c/ I e
الترانزستور الثنائي القطب مفتاحًا :-
عندما تكون فولتية القاعدة منخفضة جدًا -أي بين صفر و 0,3 فولت في الترانزستورات السليكونية العادية- لا يسري أي تيار يذكر من الباعث أو القاعدة إلى المجمع، وذلك لأن فولتية القاعدية ليست من الكفاية بحيث تؤدي إلى انجذاب الإلكترونات من الباعث، عبر وصلة الباعث- القاعدة، مما يؤدي بدوره إلى غلق الترانزستور .ويسبب رفع فولتية القاعدة إلى 0,6 فولت سريان عدد كبير من الإلكترونات من الباعث إلى القاعدة. و لأن القاعدة رقيقة جدًا فإن الإلكترون الذي يصل إلى القاعدة يكون قريبًا جدًا من وصلة القاعدة - المجمع. وبازدياد تركيز الإلكترونات في القاعدة يزاحم بعض الإلكترونات غيرها في عبور القاعدة، ويخترق عدد كبير من الإلكترونات الطريق عبر المجال الكهربائي السالب عند وصلة القاعدة- المجمع، بالرغم من أن هذا المجال يقاوم سريان الإلكترونات. وهكذا تندفع هذه الإلكترونات عبر وصلة القاعدة - المجمع .وبمجرد وصول الإلكترونات إلى منطقة المجمع المجاورة لوصلة المجمع القاعدة، تمر بسهولة إلى طرف المجمع تاركة الترانزستور. وهكذا تسري الإلكترونات داخل الترانزستور ابتداء من طرف الباعث وعبر منطقة القاعدة، وتترك الترانزستور عبر طرف المجمع. ويحدث أقصى سريان للإلكترونات عند بلوغ فولتية القاعدة حوالي 0,7 فولت .
انظر التجربة الآتية :-
تجربة : ترانزيستور كمفتاح توصيل ترانزيستور NPN بمقاومة (100 آوم ) وفانوس بمصدرين للجهد ، المصدر الأول (1,5 فولت) يتم توصيله بمجرى القاعدة - المشع ( بالاتجاه أمامي أي وصلة موجب الجهد بوصلة المقاومة التي قبل القاعدة ) ، ثم يتم توصيل مصدر الجهد الثاني (12 فولت) في دارة المجمع (وصلات السالب لمصدري الجهد توصل ببعض) ، ويتم توصيل الفانوس بين المجمع وبين مصدر الجهد الثاني .
هذه الحالة يضيء الفانوس . وإذا تغيرت قطبية الجهد الأول وهو في مجرى القاعدة - المشع (أي تبدلت وصلات الجهد الأول - الموجب بالسالب) فسيطفئ الفانوس . ولن يعمل ترانزيستور من نوع NPN بالاتجاه المعاكس . ويعمل (أي يوصّل) ترانزيستور NPN إذا كانت قطبية القاعدة والمجمع إيجابية بالنسبة للمشع . أما ترانزيستور PNP فهو يعمل إذا كانت قطبية القاعدة والمجمع سلبية بالنسبة للمشع .
الترانزستور الثنائي القطب مضخمًا :- يبقى الترانزستور الذي يؤدي وظيفة المضخم في حالة توصيل، ولكن قوة الإشارة تتفاوت. ويؤدي رفع قوة الإشارة إلى سريان الإلكترونات الحرة الموجودة في الباعث إلى القاعدة بسرعة أعلى، مما يؤدي بدوره إلى وصول عدد أكبر من الإلكترونات إلى المجمع. وهكذا يزداد سريان التيار من الباعث إلى المجمع، مع ازدياد قوة الإشارة .ويقلل خفض قوة الإشارة سرعة الإلكترونات، ولذا يقل التيار الذي يسري من الباعث إلى المجمع مع نقصان قوة الإشارة .ويتناسب ازدياد وانخفاض التيار الضعيف الذي يسري إلى القاعدة، أيضًا، مع تغيرات قوة الإشارة، ولذا فإن التيار الذي يسري من الباعث إلى المجمع نسخة مطابقة لهذا التيار باستثناء القوة. وهكذا يضخم الترانزستور التيار الضعيف بإنتاج تيار أقوى بكثير، ومطابق لهذا التيار الضعيف .ويعمل الترانزستور م س م بنفس مبادئ الترانزستور س م س، ولكن فولتيات الترانزستور م س م معاكسة لفولتيات الترانزستور س م س .
ترانزستور س م س ثنائي القطب. يوصل تيارًا كهربائيًا عاليًا في شكل سريان إلكترونات من منطقة الباعث إلى منطقة المجمع في سليكون محوَّر. يسري تيار صغير إلى طرف قاعدة رقيقة جدًا. ويستقبل الباعث عادة فولتية قدرها صفر، بينما يستقبل المجمع فولتية موجبة عالية، والقاعدة فولتية موجبة منخفضة. وتسري الإلكترونات، التي تحمل شحنات سالبة إلى داخل القاعدة الموجبة، وهناك تزاحم بعض الإلكترونات غيرها، مرورًا بمجال كهربائي مناسب ومنها إلى المجمع
عملية التكبير في الترانزيستور تتم خلال توجيه تيار المجمع ، ولكي يوجه ترانزيستور ثنائي القطبية فمن الضروري أن يكون تيار كهربائي في القاعدة بالإضافة لجهد بين القاعدة والمشع(جهد الهويس) . ويوجه هذا الجهد سريان الشحنات من المشع إلى المجمع (باستثناء ضئيل جدا ) .اختبار "عامل تكبير التيار" في الترانزيستور
انظر التجربة الآتية:-
تجربة : الترانزيستور كمكبر توصيل ترانزيستور بسيط من نوع :(BCX 40 أو BC 140 أو BC141)بمصدر جهد مستمر ومتغير(أي مصدرين للجهد ، أنظر الشكل الترانزيستور كمكبر) ، وتم توصيل مقاومتان : واحدة بكيلو آوم والثانية معيّر مقاومة للقاعدة ، ومقياسان للأمبير : واحد في القاعدة ، والأمبير متر الثاني للمجمع ، كما يظهر في الشكل . و تعير تجزئة الجهد بالمعيّر حتى تصل قيمة التيار إلى الصفر .ثم يتم تعيير المقاومة المتغيرة حتى تصل قيمة تيار القاعدة 0,5 ميلي أمبير (أي نصف ميلي أمبير )وعند قياس تيار المجمع في كلتي الحالتين فستجد أنه في الحالة الأولى لا يمر به تيار قط، حيث لا يمر التيار في المجمع دون التيار في القاعدة ، وفي الحالة الثانية ترتفع قيمة تيار المجمع بارتفاع قيمة التيار في القاعدة . وقد أدت قيمة 0,5 أمبير في القاعدة إلى ارتفاع قيمة تيار المجمع إلى 50 ميلي أمبير أي مائة ضعف
و الشكل التالي يوضح رسما لتعريف المتسميات والمصطلحات في الترانزيستور : -
دوائر الترانزستور في المكبرات :-
ثالثا:ترانزستور التأثير المجالي:- FET) )
و هو بدوره ينقسم إلى نوعين :-
1) ترانزستور التأثير المجالي ( JFET ): JUNCTION FILED EFFECT TRANSISTOR
ويعتمد تشغيله علي وجود وصلة واحدة من شبه الموصل متصلة بجزء أخر معدني يتحدد علي أساس المجال المطبق عليه منطقة عمل الترانزستور ، ويسري به التيار خلال منطقة واحدة فقط و الفرق الرئيسي بين ترانزستور ثنائي الوصلة وترانزستور التأثير المجالي هو أن الأول يعتمد على القاعدة لإنتاج التيار المطلوب إلى المجمع بينما النوع الثاني يعتمد على الجهد المطبق على البوابة لإنتاج المجال المطلوب .
يقوم ترانزستور التأثير المجالي بتمرير التيار من المصدر source إلى المصرف drain عندما يكون الجهد المطبق على ال drain اكبر من الجهد المطبق على ال source . عندما تكون البوابة gate سالبة بالنسبة لل source ينشأ مجال الكتروستاتيكي يقلل التيار المار من ال source إلى ال drain وإذا كانت أكثر سالبية سوف تمنع مرور التيار تماما و على هذا يتم التحكم في ترانزستور التأثير المجالي jfet بفرق الجهد بينما يتم التحكم في ترانزستور ثنائي الوصلة بالتيار.
توجد بعض العيوب في ترانزستور التأثير المجالي أهمها إذا قمنا بتطبيق فرق جهد عليه بصورة مفاجئة فإن التيار المفاجئ سوف يمر خلال ال gate و يدمر الترانزستور
2) ترانزيستور التأثير المجالي المصنوع من أشباه الموصلات و الأكسيد المعدني:- ( MOSFET )
وهو أهم هذه الأنواع لأنه يعتمد علي وجود طبقة أكسيد بين شبه الموصل والمعدن وهي التي تجذب الاليكترونات أو الفجوات من باطن شبه الموصل إلي حدود طبقة الأكسيد وعليها يتحدد كمية التيار المار و أيضا هذا النوع هو أساس علم تكنولوجيا تصنيع الدوائر المتكاملة ذات التدريج متعاظم الصغر أو VERY LARG SCALE INTEGRATED CIRCUITS TECH VLSI
وهو كما بالشكل التالي يتركب من :
1- طبقة سفلية Substrate وهى إما من النوع N (كما بيمين الشكل) أو من النوع P 2- منطقتين من بلورتين من نفس النوع (بعكس الطبقة السفلية N <==> P ) ويمثلان طرفين من أطراف الترانزستور وهما (المصرف Drain والمنبع Source ).3- طبقة من الأكسيد (ثاني أكسيد السليكون SIO2 ) وهى مادة غير موصلة للتيار الكهربي (عازلة).4- طبقة من المعدن وتمثل الطرف الثالث للترانزستور وهو البوابة Gate >> ونجد أيضا أن هذا الترانزستور له نوعان هما ال P-Channel وال N-Channel بحسب اختيار نوع الطبقة السفلية والبلورتين الجانبيتين (المصرف والمنبع).>> ومن النقاط الأربع السابقة نكون قد فهمنا الجزء MOS (شبه موصل - أكسيد- معدن) من أسم هذا الترانزستور .فكرة عمل الـ MOSFET :في هذا النوع من الترانزستورات يتم التحكم بتيار الخرج عن طريق جهد (المجال الكهربي) الدخل .. فكيف ذلك ؟أنظر الشكل التالي (حيث تم توصيل المصرف بالطرف الموجب لبطارية والمنبع بالطرف السالب لها)1- في حالة عدم وضع جهد على البوابة Gate فإنه لن يمر أي تيار بين المنبع والمصرف (الشكل الأيسر)2- في حالة وضع جهد موجب على البوابة (في الشكل الأيمن) - لاحظ أن الترانزستور من نوع القناة N - فإن الإلكترونات الحرة الموجودة في بلورتي المنبع والمصرف ستنجذب للمجال الكهربي الموجب المتكون عند البوابة مكونة قناة لمرور التيار بين المنبع والمصرف.ويتغير حجم هذه القناة تبعا لقوة المجال الكهربي عند البوابة وبالتالي تتغير قيمة التيار المار بين المنبع والمصرف.3- حالة وضع جهد سالب على البوابة (في الشكل الأيمن) - لاحظ أن الترانزستور من نوع القناة P - فإن الفجوات الموجودة في بلورتي المنبع والمصرف ستنجذب للمجال الكهربي السالب المتكون عند البوابة مكونة قناة لمرور التيار بين المنبع والمصرف.ويتغير حجم هذه القناة تبعا لقوة المجال الكهربي عند البوابة وبالتالي تتغير قيمة التيار المار بين المنبع والمصرف.لاحظ أنه لوجود مادة الأكسيد (العازلة) بين البوابة وبقية الترانزستور فإن التيار لا يمر بينهما . وفقط يتم التحكم بالتيار المار بين المنبع والمصرف عن طريق الجهد (المجال الكهربي) الموجود على البوابة.
تعتبر الترانزسترات من نوع MOSFET خليفة الترانزسترات من نوع BJT حيث تدخل في معظم الدارات الحديثة وخصوصا فى بناء الدارات المتكاملة والدارات الرقمية خاصة لما تتميز به من سرعة في الأداء خصوصا عند استخدامها كمفاتيح. ملحوظة :-الترانزستورات موسفت وخصوصا القناة كثيرة الاستخدام في دارات التغذية العاملة في نمط التقطيع سواء كانت بشكل فردي أي بشكل ترانزستور مستقل أو كترانزستور مبني ضمن دارة متكاملة مثل عائلة ال STR في التلفزيونات و المونيتورات و غيرها من وحدات التغذية ...
** الـ MOSFET المتمم ( CMOS ) : :-
مصطلح ال CMOS هو اختصار للجملة Complementary Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor وهو عبارة عن دارة تجمع بين ترانزستورين من نوعى N-Channel ,P-Channel ويكون عمله كالآتي : 1- عندما يكون مستوى الدخل منخفضا على البوابة (LOW) يعمل الترانزستور P-MOS FET أي الترانزستور ذو القناة (P) على تمرير التيار من مصدره لمصرفه . ولا يعمل الترانزستور الآخر .2- عندما يكون مستوى الدخل مرتفعا على البوابة (High) يعمل الترانزستور N-MOS FET أي الترانزستور ذو القناة (N) من مصرفه لمصدره . ولا يعمل الترانزستور الآخر .
أي أنه في دارة ال CMOS يعمل ال N-MOS و ال P-MOS بصورة عكسية ( أحدهما يمرر والآخر لا ) . ويستفاد من هذه الحالة عند التعامل مع تيارات عالية (قدرات عالية) فيخفف ذلك من تسخين كلا من الترانزستورين حيث يعمل كلا منهما نصف الوقت بينما يريح الأخر مع الحفاظ على حالات الخرج وذلك بإدخال نبضة ساعة على البوابة .
تعريف الترانزيستور : بلورة من مادة شبه موصل مطعمة بحيث تكون المنطقة الوسطى منها شبه موصل موجب أو سالب بينما المنطقتان الخارجيتان من نوعية مخالفة .
تعريف آخر : وصلة ثلاثية من بلورة الجرمانيوم أو السيليكون تحتوي على بلورة رقيقة جدا من النوع الموجب أو السالب تسمى القاعدة توجد في الوسط وعلى جانبيها بللورتان من نوع مخالف هما الباعث والمجمع .
أشكال مختلفة للترانزستور
استخدامات الترانزستور:-
1) مفاتيح التحكم switches
2) مصدر الجهد الثابت constant current source
3) المكبرات سواء كانت مكبرات جهد أو تيار
الحالة الأولى و الثانية تتبع التيار المستمر بينما الحالة الثالثة تتبع التيار المتردد
أنواع الترانزستور :
أولا:ترانزستور أحادي الوصلة :-
يتكون من قاعدتين و مشع توصل القاعدة الأولى بالأرضي والثانية بالموجب و تبلغ المقاومة بينهما 10k
ثانيا: ترانزستور ثنائي القطبية:-( BJT ) BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR
و يسمى الترانزستور بالوصلة ذات القطبية الثنائية BJT: لأنه يتركب من وصلتان ثنائيتان وضعتا ظهرا لظهر Bipolar junction transistor
يوجد نوعان من هذا الترانزستور هما :
NPN : فيه القاعدة من النوع الموجب بينما الباعث والمجمع من النوع السالب
PNP : فيه القاعدة من النوع السالب بينما الباعث والمجمع من النوع الموجب
والنوع الأول NPN هو المستخدم في معظم التطبيقات بسبب أن حاملات الشحنة الرئيسية فيه هي الاليكترونات وهي تتميز بالسرعة في الحركة خلال مادة شبه الموصل لذلك يستخدم في تطبيقات الفتح والغلق "SWICHING" والتطبيقات الأخرى التي تتطلب زمن تأخر "DELAY TIME" صغير جدا والنوع الثاني PNP تكون حاملات الشحنة فيه هي الفجوات أو بمعني آخر الايونات وهي الذرة التي تفقد إليكترون ولا يستخدم بكثرة حيث أن إمكانية الفجوة علي الحركة تكون بسرعة اقل بكثير من الاليكترونات "الثلث تقريبا " ويشتركان في أن لكل منهما ثلاث أقطاب هي :-
القاعدة "BASE" والباعث "EMITTER" والمجمع "COLLECTOR" ولكن يختلفان في التغذية حيث إن الباعث في النوع الأول يتصل بالأرضي أو بجهد سالب بينما في النوع الآخر يتصل بجهد موجب إذا اتصل المجمع بالأرضي أو بالأرضي إذا اتصل المجمع بجهد سالب بينما الطرف الثالث أو القاعدة فانه يمثل طرف الدخل ويتحدد علي ساسه منطقة عمل الترانزيستور إذا كان ACTIVE,SATURATION,CUT OFFوطبعا هذه المناطق تحدد التطبيق الذي يستخدم فيه
الرسم الرمزي للترانزيستور : يبين الشكل أعلاه الرسم الرمزي لكل نوع من الترانزيستور ، ويلاحظ أن اتجاه السهم يدل على اتجاه التيار ( وهو عكس اتجاه حركة الالكترونات ( يتركب الترانزستور من وصلتان ثنائيتان وضعتا ظهرا لظهر ، وصلة بين الباعث والقاعدة ووصلة بين القاعدة والمجمع .
تركيب الترانزستور من النوع NPN : الباعث Emitter : بلورة شبه موصل من النوع السالب بها نسبة شوائب عالية وذات حجم متوسط صممت لتبعث الكترونات .القاعدة Base : بلورة شبه موصل من النوع الموجب بها نسبة شوائب قليلة وذات حجم صغير تتوسط الباعث والمجمع صممت لتمرير الالكترونات .المجمع Collector : بلورة شبه موصل من النوع السالب بها نسبة شوائب أقل من الباعث وذات حجم كبير صممت لتجميع الالكترونات . يفضل الترانزستور المصنوع من السيلكون للأسباب التالية :
لأن السيلكون يتحمل درجات حرارة عالية تصل إلى 175 م
السيلكون أسهل في تصنيعه من الجرمانيوم
السيلكون أرخص ثمنا حيث أنه ثاني أكثر العناصر انتشارا في الطبيعة
كيفية عمل الترانزيستور NPN ؟؟ أولا : توصل القاعدة والباعث بجهد ثابت توصيلا أماميا ( جهد الانحياز الأمامي ) وبالتالي يكون حاجز الجهد بين المنطقتين صغيرا جدا وعلى ذلك تكون مقاومة وصلة الباعث - القاعدة صغيرة .ثانيا : يوصل المجمع والقاعدة بجهد ثابت توصيلا خلفيا ( جهد الانحياز العكسي ) وبالتالي تكون مقاومة وصلة المجمع - القاعدة عالية . نلاحظ أن القاعدة تكون موجبة بالنسبة للباعث ويكون المجمع موجبا بالنسبة للقاعدة .ثالثا : بما أن القاعدة تحتوي على عدد قليل من الشوائب إذا عدد الفجوات بها يكون منخفضا وبالتالي يكون عدد الالكترونات التي يملأ هذه الفجوات منخفضا . رابعا : تمر معظم الالكترونات من الباعث إلى المجمع عبر القاعدة ولا يمر في القاعدة إلا عدد قليل من الالكترونات . خامسا : بتطبيق قانون كيرشوف على الترانزيستور يكون :
شدة تيار الباعث = شدة تيار المجمع + شدة تيار القاعدة
الباعث يساوي تقريبا شدة تيار المجمع والأسباب هي أن:- شدة تيار
أولا : وجود فرق جهد كبير بين المجمع والباعث ينتج مجالا كهربائيا شديدا يعمل على دفع الالكترونات باتجاه المجمع .
ثانيا : كبر المساحة المتقابلة بين المجمع والباعث وصغر مساحة القاعدة يجعل الالكترونات تعبر من الباعث إلى المجمع بمعدل أكبر .
ثالثا : قلة عدد الشوائب في القاعدة يجعلها لا تقبل سوى عدد صغير من الالكترونات .
التركيب العام:- الترانزستور الوصلي ثنائي القطب، أو الترانزستور ثنائي القطب، الذي يتكون من طبقة رقيقة جدًا من نوع من أشباه الموصلات، محشوة بين طبقتين سميكتين من النوع المقابل. فإذا كانت الطبقة الوسطى على سبيل المثال، من النوع س، تكون الطبقتان الخارجيتان من النوع م. وتسمى المنطقة الوسطى القاعدة، والمنطقتان الخارجيتان الباعث والمجمِّع . كيفية عمله:- وللترانزستور ثنائي القطب وصلتا م س وثلاثة أطراف. ويربط طرفان من هذه الأطراف، في العادة، الباعث والمجمِّع إلى دائرة خارجية، بينما يصل الطرف الثالث القاعدة بدائرة داخلية، ولكل دائرة مصدر قدرة ، وتترتب مصادر القدرة بحيث تكون إحدى الوصلات م س منحازة أماميًا والوصلة الأخرى منحازة خلفيًا وفي العادة، يمنع الترانزستور التيار من المرور عبر الدائرة الخارجية ولكن رفع الفولتية المطبقة على القاعدة قليلاً يؤدي إلى دخول عدد كبير من الإلكترونات إلى القاعدة عبر الوصلة المنحازة أماميًا، ويتفاوت هذا العدد حسب قوة الفولتية. ولأن منطقة القاعدة رقيقة جدًا، يستطيع مصدر الفولتية في الدائرة الخارجية جذب الإلكترونات عبر الوصلة المنحازة عكسيًا. ونتيجة لذلك يسري تيار قوي عبر الترانزستور، وعبر الدائرة الخارجية. وبهذه الطريقة يمكن التحكم في سريان تيار قوي عبر الدائرة الخارجية، بتزويد القاعدة بإشارة صغيرة .
مثلا لتشغيل الترانزستور س م س بطريقة عادية تطبق فولتية عالية نسبيًا على المجمع، بينما يستقبل الباعث فولتية قدرها صفر. وإذا كانت فولتية القاعدة صفرًا أيضًا فإن الترانزستور يكون مغلقًا، ويؤدي تطبيق فولتية موجبة صغيرة على القاعدة إلى فتح الترانزستور .وعند تطبيق الفولتيات تتحرك إلكترونات حرة وفجوات كثيرة إلى أماكن أخرى في الترانزستور. وتحدث هذه التحركات لأن الفولتيات الموجبة تجذب الإلكترونات بينما تجذب الفولتيات السالبة الفجوات . خصائص الترانزستور :يوصل الترانزستور تيارا في الاتجاه الأمامي ولا يوصل تيارا في الاتجاه العكسي ومنطقة التوصيل تنقسم الى ثلاث مناطق :
المنطقة الأولى: وهى منطقة القطع التي لا يمر فيها تيار في مجمع الترانزستور المنطقة الثانية: وهى منطقة التكبير أو المنطقة الفعالة أو منطقة التشغيل الخطية للترانزستور .المنطقة الثالثة: وهى منطقة التشبع التي يمر فيها أكبر تيار في مجمع Base الترانزستور في المنطقة الأولى والثالثة يعمل الترانزستور كمفتاح ، وفي المنطقة الثانية يعمل الترانزستور كمكبر
أنواع حالات توصيل الترانزيستور :-
1)حالة القطع:- يكون التوصيل في الدائرتين القاعدة -المجمع، والقاعدة- الباعث عبارة عن انحيازين عكسيين.
2)حالة التشبع:-يكون فيها التوصيل في الدائرتين عبارة عن انحيازين اماميين
3)حالة الفعالة:- توصل القاعدة والباعث بجهد ثابت توصيلا أماميا ( جهد الانحياز الأمامي ) وبالتالي يكون حاجز الجهد بين المنطقتين صغيرا جدا وعلى ذلك تكون مقاومة وصلة الباعث - القاعدة صغيرة . و يوصل المجمع والقاعدة بجهد ثابت توصيلا خلفيا ( جهد الانحياز العكسي ) وبالتالي تكون مقاومة وصلة المجمع - القاعدة عالية . نلاحظ أن القاعدة تكون موجبة بالنسبة للباعث ويكون المجمع موجبا بالنسبة للقاعدة .
PNP NPN
طرق توصيل الترانزستور في الدوائر الإليكترونية : يوصل أحد أطراف الترانزستور باشارة الدخل والطرف الثاني يوصل باشارة الخرج ويشترك الطرف الثالث بين الدخل والخرج ، ولهذا يوصل الترانزستور في الدوائر الالكترونية بثلاث طرق مختلفة.
1) القاعدة المشتركة Common Base:توصل إشارة الدخل بين المشع والقاعدة Emitter and Base ، وتوصل إشارة الخرج بين المجمع والقاعدة Collector and Base ويلاحظ أن طرف القاعدة Base مشتركا بين الدخل والخرج ، ولهذا سميت طريقة التوصيل هذه بالقاعدة المشتركة Common Base2) المشع المشترك Common Emitter:توصل إشارة الدخل بين القاعدة والمشع Emitter and Base ، وتوصل إشارة الخرج بين المجمع والمشع Base and Emitter ويلاحظ أن طرف المشع Emitter مشتركا بين الدخل والخرج ، ولهذا سميت طريقة التوصيل هذه بالمشع المشترك Common Emitter.3) المجمع المشترك Common Collector:توصل إشارة الدخل بين القاعدة والمجمع Collector and Base ، وتوصل إشارة الخرج بين المشع والمجمع Base and Emitter ويلاحظ أن طرف المجمع Collector مشتركا بين الدخل والخرج ، ولهذا سميت طريقة التوصيل هذه بالمجمع المشترك Common Collector
حركة الشحنة في المجمع والقاعدة نظرًا لأن طرف المجمع أكثر إيجابية من طرق القاعدة فإن الفولتية المطبقة على المجمع تجذب الإلكترونات الحرة في المجمع نحو طرف المجمع . ولأن القاعدة ذات فولتية أقل مقارنة بالمجمع فإن فجوات القاعدة تنجذب نحو طرف القاعدة. وهكذا تنعدم الإلكترونات الحرة والفجوات في وصلة القاعدة - المجمع، مما يؤدي إلى عدم سريان التيار الكهربائي .وبالإضافة إلى ذلك، يؤدي انسياب الفجوات في اتجاه طرف القاعدة، إلى أن تخلف هذه الفجوات وراءها مجالاً كهربائيًا سالبًا قويًا على الجانب القاعدي من وصلة القاعدة - المجمع. والمجال الكهربائي هو المنطقة التي تؤثر فيها القوة الكهربائية على جسم مشحون .حركة الشحنات في الباعث :-
عندما تكون القاعدة أكثر إيجابية مقارنة بالباعث تنجذب الإلكترونات الحرة في الباعث نحو وصلة القاعدة - الباعث، ثم إلى داخل القاعدة، ولكن في الترانزستورات التي تكون فيها فولتية الباعث صفرًا لا يحدث سريان ملحوظ للإلكترونات عبر الوصلة، إلا في حالة تطبيق فولتية لا تقل عن 0,4 فولت .
التيار المار في الترانزستور:-
التيار الناتج من الباعث أو المشع يساوي مجموع التيار المار بالقاعدة و المجمع
I e = I c + I b
و يجب معرفة عاملان مهمان للترانزستور هما Alpha gain و Beta gain Beta = I c/ I b Alpha = I c/ I e
الترانزستور الثنائي القطب مفتاحًا :-
عندما تكون فولتية القاعدة منخفضة جدًا -أي بين صفر و 0,3 فولت في الترانزستورات السليكونية العادية- لا يسري أي تيار يذكر من الباعث أو القاعدة إلى المجمع، وذلك لأن فولتية القاعدية ليست من الكفاية بحيث تؤدي إلى انجذاب الإلكترونات من الباعث، عبر وصلة الباعث- القاعدة، مما يؤدي بدوره إلى غلق الترانزستور .ويسبب رفع فولتية القاعدة إلى 0,6 فولت سريان عدد كبير من الإلكترونات من الباعث إلى القاعدة. و لأن القاعدة رقيقة جدًا فإن الإلكترون الذي يصل إلى القاعدة يكون قريبًا جدًا من وصلة القاعدة - المجمع. وبازدياد تركيز الإلكترونات في القاعدة يزاحم بعض الإلكترونات غيرها في عبور القاعدة، ويخترق عدد كبير من الإلكترونات الطريق عبر المجال الكهربائي السالب عند وصلة القاعدة- المجمع، بالرغم من أن هذا المجال يقاوم سريان الإلكترونات. وهكذا تندفع هذه الإلكترونات عبر وصلة القاعدة - المجمع .وبمجرد وصول الإلكترونات إلى منطقة المجمع المجاورة لوصلة المجمع القاعدة، تمر بسهولة إلى طرف المجمع تاركة الترانزستور. وهكذا تسري الإلكترونات داخل الترانزستور ابتداء من طرف الباعث وعبر منطقة القاعدة، وتترك الترانزستور عبر طرف المجمع. ويحدث أقصى سريان للإلكترونات عند بلوغ فولتية القاعدة حوالي 0,7 فولت .
انظر التجربة الآتية :-
تجربة : ترانزيستور كمفتاح توصيل ترانزيستور NPN بمقاومة (100 آوم ) وفانوس بمصدرين للجهد ، المصدر الأول (1,5 فولت) يتم توصيله بمجرى القاعدة - المشع ( بالاتجاه أمامي أي وصلة موجب الجهد بوصلة المقاومة التي قبل القاعدة ) ، ثم يتم توصيل مصدر الجهد الثاني (12 فولت) في دارة المجمع (وصلات السالب لمصدري الجهد توصل ببعض) ، ويتم توصيل الفانوس بين المجمع وبين مصدر الجهد الثاني .
هذه الحالة يضيء الفانوس . وإذا تغيرت قطبية الجهد الأول وهو في مجرى القاعدة - المشع (أي تبدلت وصلات الجهد الأول - الموجب بالسالب) فسيطفئ الفانوس . ولن يعمل ترانزيستور من نوع NPN بالاتجاه المعاكس . ويعمل (أي يوصّل) ترانزيستور NPN إذا كانت قطبية القاعدة والمجمع إيجابية بالنسبة للمشع . أما ترانزيستور PNP فهو يعمل إذا كانت قطبية القاعدة والمجمع سلبية بالنسبة للمشع .
الترانزستور الثنائي القطب مضخمًا :- يبقى الترانزستور الذي يؤدي وظيفة المضخم في حالة توصيل، ولكن قوة الإشارة تتفاوت. ويؤدي رفع قوة الإشارة إلى سريان الإلكترونات الحرة الموجودة في الباعث إلى القاعدة بسرعة أعلى، مما يؤدي بدوره إلى وصول عدد أكبر من الإلكترونات إلى المجمع. وهكذا يزداد سريان التيار من الباعث إلى المجمع، مع ازدياد قوة الإشارة .ويقلل خفض قوة الإشارة سرعة الإلكترونات، ولذا يقل التيار الذي يسري من الباعث إلى المجمع مع نقصان قوة الإشارة .ويتناسب ازدياد وانخفاض التيار الضعيف الذي يسري إلى القاعدة، أيضًا، مع تغيرات قوة الإشارة، ولذا فإن التيار الذي يسري من الباعث إلى المجمع نسخة مطابقة لهذا التيار باستثناء القوة. وهكذا يضخم الترانزستور التيار الضعيف بإنتاج تيار أقوى بكثير، ومطابق لهذا التيار الضعيف .ويعمل الترانزستور م س م بنفس مبادئ الترانزستور س م س، ولكن فولتيات الترانزستور م س م معاكسة لفولتيات الترانزستور س م س .
ترانزستور س م س ثنائي القطب. يوصل تيارًا كهربائيًا عاليًا في شكل سريان إلكترونات من منطقة الباعث إلى منطقة المجمع في سليكون محوَّر. يسري تيار صغير إلى طرف قاعدة رقيقة جدًا. ويستقبل الباعث عادة فولتية قدرها صفر، بينما يستقبل المجمع فولتية موجبة عالية، والقاعدة فولتية موجبة منخفضة. وتسري الإلكترونات، التي تحمل شحنات سالبة إلى داخل القاعدة الموجبة، وهناك تزاحم بعض الإلكترونات غيرها، مرورًا بمجال كهربائي مناسب ومنها إلى المجمع
عملية التكبير في الترانزيستور تتم خلال توجيه تيار المجمع ، ولكي يوجه ترانزيستور ثنائي القطبية فمن الضروري أن يكون تيار كهربائي في القاعدة بالإضافة لجهد بين القاعدة والمشع(جهد الهويس) . ويوجه هذا الجهد سريان الشحنات من المشع إلى المجمع (باستثناء ضئيل جدا ) .اختبار "عامل تكبير التيار" في الترانزيستور
انظر التجربة الآتية:-
تجربة : الترانزيستور كمكبر توصيل ترانزيستور بسيط من نوع :(BCX 40 أو BC 140 أو BC141)بمصدر جهد مستمر ومتغير(أي مصدرين للجهد ، أنظر الشكل الترانزيستور كمكبر) ، وتم توصيل مقاومتان : واحدة بكيلو آوم والثانية معيّر مقاومة للقاعدة ، ومقياسان للأمبير : واحد في القاعدة ، والأمبير متر الثاني للمجمع ، كما يظهر في الشكل . و تعير تجزئة الجهد بالمعيّر حتى تصل قيمة التيار إلى الصفر .ثم يتم تعيير المقاومة المتغيرة حتى تصل قيمة تيار القاعدة 0,5 ميلي أمبير (أي نصف ميلي أمبير )وعند قياس تيار المجمع في كلتي الحالتين فستجد أنه في الحالة الأولى لا يمر به تيار قط، حيث لا يمر التيار في المجمع دون التيار في القاعدة ، وفي الحالة الثانية ترتفع قيمة تيار المجمع بارتفاع قيمة التيار في القاعدة . وقد أدت قيمة 0,5 أمبير في القاعدة إلى ارتفاع قيمة تيار المجمع إلى 50 ميلي أمبير أي مائة ضعف
و الشكل التالي يوضح رسما لتعريف المتسميات والمصطلحات في الترانزيستور : -
دوائر الترانزستور في المكبرات :-
ثالثا:ترانزستور التأثير المجالي:- FET) )
و هو بدوره ينقسم إلى نوعين :-
1) ترانزستور التأثير المجالي ( JFET ): JUNCTION FILED EFFECT TRANSISTOR
ويعتمد تشغيله علي وجود وصلة واحدة من شبه الموصل متصلة بجزء أخر معدني يتحدد علي أساس المجال المطبق عليه منطقة عمل الترانزستور ، ويسري به التيار خلال منطقة واحدة فقط و الفرق الرئيسي بين ترانزستور ثنائي الوصلة وترانزستور التأثير المجالي هو أن الأول يعتمد على القاعدة لإنتاج التيار المطلوب إلى المجمع بينما النوع الثاني يعتمد على الجهد المطبق على البوابة لإنتاج المجال المطلوب .
يقوم ترانزستور التأثير المجالي بتمرير التيار من المصدر source إلى المصرف drain عندما يكون الجهد المطبق على ال drain اكبر من الجهد المطبق على ال source . عندما تكون البوابة gate سالبة بالنسبة لل source ينشأ مجال الكتروستاتيكي يقلل التيار المار من ال source إلى ال drain وإذا كانت أكثر سالبية سوف تمنع مرور التيار تماما و على هذا يتم التحكم في ترانزستور التأثير المجالي jfet بفرق الجهد بينما يتم التحكم في ترانزستور ثنائي الوصلة بالتيار.
توجد بعض العيوب في ترانزستور التأثير المجالي أهمها إذا قمنا بتطبيق فرق جهد عليه بصورة مفاجئة فإن التيار المفاجئ سوف يمر خلال ال gate و يدمر الترانزستور
2) ترانزيستور التأثير المجالي المصنوع من أشباه الموصلات و الأكسيد المعدني:- ( MOSFET )
وهو أهم هذه الأنواع لأنه يعتمد علي وجود طبقة أكسيد بين شبه الموصل والمعدن وهي التي تجذب الاليكترونات أو الفجوات من باطن شبه الموصل إلي حدود طبقة الأكسيد وعليها يتحدد كمية التيار المار و أيضا هذا النوع هو أساس علم تكنولوجيا تصنيع الدوائر المتكاملة ذات التدريج متعاظم الصغر أو VERY LARG SCALE INTEGRATED CIRCUITS TECH VLSI
وهو كما بالشكل التالي يتركب من :
1- طبقة سفلية Substrate وهى إما من النوع N (كما بيمين الشكل) أو من النوع P 2- منطقتين من بلورتين من نفس النوع (بعكس الطبقة السفلية N <==> P ) ويمثلان طرفين من أطراف الترانزستور وهما (المصرف Drain والمنبع Source ).3- طبقة من الأكسيد (ثاني أكسيد السليكون SIO2 ) وهى مادة غير موصلة للتيار الكهربي (عازلة).4- طبقة من المعدن وتمثل الطرف الثالث للترانزستور وهو البوابة Gate >> ونجد أيضا أن هذا الترانزستور له نوعان هما ال P-Channel وال N-Channel بحسب اختيار نوع الطبقة السفلية والبلورتين الجانبيتين (المصرف والمنبع).>> ومن النقاط الأربع السابقة نكون قد فهمنا الجزء MOS (شبه موصل - أكسيد- معدن) من أسم هذا الترانزستور .فكرة عمل الـ MOSFET :في هذا النوع من الترانزستورات يتم التحكم بتيار الخرج عن طريق جهد (المجال الكهربي) الدخل .. فكيف ذلك ؟أنظر الشكل التالي (حيث تم توصيل المصرف بالطرف الموجب لبطارية والمنبع بالطرف السالب لها)1- في حالة عدم وضع جهد على البوابة Gate فإنه لن يمر أي تيار بين المنبع والمصرف (الشكل الأيسر)2- في حالة وضع جهد موجب على البوابة (في الشكل الأيمن) - لاحظ أن الترانزستور من نوع القناة N - فإن الإلكترونات الحرة الموجودة في بلورتي المنبع والمصرف ستنجذب للمجال الكهربي الموجب المتكون عند البوابة مكونة قناة لمرور التيار بين المنبع والمصرف.ويتغير حجم هذه القناة تبعا لقوة المجال الكهربي عند البوابة وبالتالي تتغير قيمة التيار المار بين المنبع والمصرف.3- حالة وضع جهد سالب على البوابة (في الشكل الأيمن) - لاحظ أن الترانزستور من نوع القناة P - فإن الفجوات الموجودة في بلورتي المنبع والمصرف ستنجذب للمجال الكهربي السالب المتكون عند البوابة مكونة قناة لمرور التيار بين المنبع والمصرف.ويتغير حجم هذه القناة تبعا لقوة المجال الكهربي عند البوابة وبالتالي تتغير قيمة التيار المار بين المنبع والمصرف.لاحظ أنه لوجود مادة الأكسيد (العازلة) بين البوابة وبقية الترانزستور فإن التيار لا يمر بينهما . وفقط يتم التحكم بالتيار المار بين المنبع والمصرف عن طريق الجهد (المجال الكهربي) الموجود على البوابة.
تعتبر الترانزسترات من نوع MOSFET خليفة الترانزسترات من نوع BJT حيث تدخل في معظم الدارات الحديثة وخصوصا فى بناء الدارات المتكاملة والدارات الرقمية خاصة لما تتميز به من سرعة في الأداء خصوصا عند استخدامها كمفاتيح. ملحوظة :-الترانزستورات موسفت وخصوصا القناة كثيرة الاستخدام في دارات التغذية العاملة في نمط التقطيع سواء كانت بشكل فردي أي بشكل ترانزستور مستقل أو كترانزستور مبني ضمن دارة متكاملة مثل عائلة ال STR في التلفزيونات و المونيتورات و غيرها من وحدات التغذية ...
** الـ MOSFET المتمم ( CMOS ) : :-
مصطلح ال CMOS هو اختصار للجملة Complementary Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor وهو عبارة عن دارة تجمع بين ترانزستورين من نوعى N-Channel ,P-Channel ويكون عمله كالآتي : 1- عندما يكون مستوى الدخل منخفضا على البوابة (LOW) يعمل الترانزستور P-MOS FET أي الترانزستور ذو القناة (P) على تمرير التيار من مصدره لمصرفه . ولا يعمل الترانزستور الآخر .2- عندما يكون مستوى الدخل مرتفعا على البوابة (High) يعمل الترانزستور N-MOS FET أي الترانزستور ذو القناة (N) من مصرفه لمصدره . ولا يعمل الترانزستور الآخر .
أي أنه في دارة ال CMOS يعمل ال N-MOS و ال P-MOS بصورة عكسية ( أحدهما يمرر والآخر لا ) . ويستفاد من هذه الحالة عند التعامل مع تيارات عالية (قدرات عالية) فيخفف ذلك من تسخين كلا من الترانزستورين حيث يعمل كلا منهما نصف الوقت بينما يريح الأخر مع الحفاظ على حالات الخرج وذلك بإدخال نبضة ساعة على البوابة .
