ترانزستور ج19 BJT في مواجهة ترانزستور FET: لمن الغلبة ياترى؟

استمع على ساوندكلاود 🎧

تعرفنا في مقالاتنا السابقة على الترانزستورات ثنائية القطبية BJT وترانزستورات التأثير الحقلي FET وشرحنا بشكل مفصل أنواع كل منهما ومزاياها. أما اليوم فسنقوم بإجراء مقارنة بين كلا النوعين لنبين الخواص الإيجابية والسلبية لهما. متابعة ممتعة ومفيدة.

سنبدأ أولاً مع خصائص الترانزستور ثنائي الوصلة (Bipolar Junction Transistor) والتي يمكن تلخيصها بما يلي:

 يعتبر الترانزستور ثنائي القطبية Bipolar Junction Transistor (BJT) عنصراً ذو ثلاث طبقات مكون من ثنائيين نصف ناقلين متصلين معاً، الأول منحاز أمامياً والثاني منحاز عكسياً.

 عملياً يوجد نوعين للترانزستور ثنائي القطبية هما: NPN & PNP.

 تعتبر الترانزستورات ثنائية القطبية عناصر يتم التحكم بها عن طريق التيار، فتيار قاعدة صغير ينتج عنه تدفق تيار باعث-مجمع كبير.

 يمثل السهم في رمز الترانزستور ثنائي القطبية اتجاه تدفق التيار التقليدي.

 تعتبر وصلة الباعث المشترك (CE) أشهر أنواع توصيل الترانزستور ثنائي القطبية.

 يتطلب الترانزستور ثنائي القطبية جهد انحياز لعملية تضخيم التيار المتناوب.

 تكون وصلة الباعث-قاعدة دائماً في حالة انحياز أمامي أما وصلة المجمع-قاعدة فتكون دائماً في حالة انحياز عكسي.

 المعادلة التقليدية لتدفق التيار في الترانزستور هي: IE = IB + IC

 تستخدم منحنيات المجمع أو منحنيات خصائص الخرج للترانزستور لإيجاد كل من تيار القاعدة Ib وتيار المجمع Ic ونسبة الربح β، التي تستخدم في رسم خط الحمل لتحديد نقطة العمل المناسبة. أما النسبة Q مع التفاوتات في تيار القاعدة فهي تحدد مجال العمل.

 يستخدم الترانزستور ثنائي القطبية كمفتاح الكتروني بين منطقتي القطع والوصل الخاصة به للتحكم بالأجهزة كالمصابيح والمحركات الكهربائية.

 تتطلب الأحمال التحريضية "الحثية" كمحركات التيار المستمر والحاكمات (الريليهات) والوشائع اللولبية (المستخدمة في الصمامات التحكمية) ثنائي ذو انحياز عكسي من النوع "العجلة الطائرة". حيث يتم وضع هذا الثنائي على التفرع مع الحمل لحماية الترانزستور من الجهد العكسي أو من حدوث تسريب للتيار في الاتجاه المعاكس نتيجة الفعل التحريضي لهذه الأحمال عد فصلها.

 يتطلب الترانزستور من النوع NPN أن تكون قاعدته أكثر إيجابية من باعثه على عكس النوع PNP الذي يتطلب أن يكون باعثه أكثر إيجابية من قاعدته.

أما ترانزستور تأثير الحقل (Field Effect Transistor) فتلخص خواصه بما يلي:

 هو عبارة عن عنصر يقاد بالجهد (يتم التحكم به عن طريق تطبيق جهد دخل على بوابته)، ويقسم إلى نوعين رئيسيين: الأول هو الترانزستور ذو البوابة الموصولة يسمى بـ JFET، والأخر هو الترانزستور ذو البوابة المعزولة ويسمى بـ IGFET أو كما يسمى غالباً بـ MOSFET.

 تنقسم ترانزستورات البوابة المعزولة عملياً إلى نوعين أساسيين هما: النمط المعزز والنمط الناضب، وكلا النوعين متوفر كقناة N و P.

 تمتلك ترانزستورات تأثير الحقل FET مقاومات دخل عالية، مما يؤدي إلى مرور تيار صغير جداً (يهمل في ترانزستورات MOSFET ويسمى بالتيار الصفري) إلى الدخل، مما يجعلها مثالية للاستخدام كمبدلات الكترونية (عناصر فصل ووصل الكترونية).

 تعتبر ممانعة الدخل لترانزستورات MOSFET أعلى من ممانعة الدخل لترانزستورات تأثير الحقل JFET، وذلك بسبب طبقة الأوكسيد العازل لها، وبالتالي فإن شحنة كهرباء ساكنة قد تكون كافية لتخريب ترانزستور MOSFET. لذا يجب العناية بها وخاصة عند لمسها باليد.

 تكون ترانزستورات FET ذات النمط المعزز في حالة فصل "قاطع مفتوح" في حال عدم وجود جهد على بوابتها.

 تكون ترانزستورات FET ذات النمط الناضب ذات ناقلية متأصلة وبحالة التشغيل (قاطع مغلق) في حالة عدم وجود جهد مطبق على بوابتها.

 تتميز ترانزستورات FET بربح تيار كبير جداً مقارنة بترانزستورات الوصلة ثنائية القطبية.

 تعتبر وصلة المنبع المشترك (CS) أشهر أنواع توصيل ترانزستور تأثير الحقل.

 يمكن استخدام ترانزستورات MOSFET كمبدلات مثالية بسبب مقاومة الدخل العالية جداً لها، فتكون في حالة قطع عندما تكون مقاومة دخلها عالية وبحالة وصل عندما تكون مقاومة دخلها منخفضة.

 من أجل فصل ترانزستورات JFET "القناة N”، يتم تطبيق جهد سالب على بوابتها.

 من أجل فصل ترانزستورات JFET "القناة P”، يتم تطبيق جهد موجب على بوابتها.

 تكون ترانزستورات MOSFET ذات النمط الناضب "القناة N" في حالة فصل عند تطبيق جهد سالب على بوابتها وذلك من أجل إنشاء المنطقة الناضبة "العازلة".

 تكون ترانزستورات MOSFET ذات النمط الناضب "القناة P" في حالة فصل عند تطبيق جهد موجب على بوابتها وذلك من أجل إنشاء المنطقة الناضبة "العازلة".

 تكون ترانزستوراتMOSFET ذات النمط المعزز "القناة N" في حالة وصل، عند تطبيق جهد موجب " +ve " على بوابتها.

 تكون ترانزستورات MOSFET ذات النمط المعزز "القناة P" في حالة وصل، عند تطبيق جهد سالب " -ve " على بوابتها.

مخطط ترانزستور تأثير الحقل (The Field Effect Transistor Chart):

يبين الجدول التالي انحياز بوابة كل من الترانزستورين JFET وMOSFET:

بعد أن تعرفنا على خصائص ترانزستور الوصلة ثنائي القطبية (BJT) وترانزستور تأثير الحقل (FET) كلاً على حدى، سنتعرف الأن على أوجه الاختلاف فيما بينهما:

يمكن أن تُستبدل ترانزستورات BJT بترانزستورات تأثير الحقل FET في الدارات الالكترونية، ويبين الجدول التالي مقارنة بسيطة بين محاسن ومساوئ كل من ترنزستورات BJT وترانزستورات FET.

كما يوضح الجدول التالي بعض أنواع متممات الترانزستورات ثنائية القطبية التي يمكن استخدامها في التطبيقات العامة كتبديل حالة الحاكمات (الريليهات) الكهربائية ذات التيار المنخفض، وقيادة الثنائيات الضوئية والمصابيح الكهربائية، وتطبيقات المضخمات والهزازات:

وهكذا تعرفنا على أهم الفروقات بين النوعين الرئيسيين من الترانزستور الذي كان اختراعه من قبل العلماء جون باردين وولتر براتين وويليام شوكلي عام 1948 ثورة في عالم الالكترونيات والتكنولوجيا وأحد الاختراعات التي غيرت وجه العالم. ُترى ماذا سيقدم لنا العلم في السنوات القادمة؟ دعونا ننتظر..

المصدر:

هنا