الترانزستور ثورة في عالم التكنولوجيا
هل سألت نفسك عن السبب وراء الحجم الصغير للأجهزة الإلكترونية مهما كانت درجة تعقيد داراتها كبيرة؟ لماذا كان أول حاسوب تم اختراعه ضخمًا بحجم غرفة وثقيلًا بوزن آلاف الكيلوغرامات، بينما هو الآن صغير الحجم تستطيع حمله في حقيبتك وأخذه أينما تشاء؟، الفضل في هذا لاختراع الترانزستورات .
يعد اختراع الترانزستور ثورة في عالم التكنولوجيا فلا يمكن أن تستخدم جهازًا إلكترونيًا كالهاتف المحمول أو الكومبيوتر دون أن تدخل الترانزستورات في صناعته، دعونا نتعرف على الترانستورات أكثر في المقال التالي.
ما هو الترانزستور
هو جهاز إلكتروني ينظم تدفق التيار والإشارات الإلكترونية في الدارات الكهربائية، ويصنع من مواد نصف ناقلة.
تم اختراعه في مختبرات بيل في أربعينيات القرن الماضي، ليتم استبداله فيما بعد بأنابيب التفريغ الإلكترونية الكبيرة لزيادة الكمون، وتضخيم الاستطاعة في الدارات الكهربائية.
المكونات
للترانزستورات تراكيب مختلفة باختلاف الاستخدام، ويتكون الترانزستور ثنائي القطبية _وهو النوع الأكثر شيوعًا_ من بلّورة نصف ناقلة هجينة مشوبة، فيها ثلاث مناطق؛ الطرفيتان من نمط واحد، والوسطى من نمط مخالف.
تدعى المنطقة الوسطى منه القاعدة (base) ويشار إليها بالحرف B، أما المنطقتان الطرفيتان فإحداهما تدعى الباعث (Emitter) وترمز بالحرف E، والأخرى تدعى المجمع (collector) ورمزها C.
تختلف المناطق الثلاث السابقة باختلاف نسبة الشوائب فيها واختلاف حجمها، حيث تكون نسبة الشائبة في الباعث هي الأكبر، بينما يكون حجم المجمع هو الأكبر، أما القاعدة فتكون رقيقة جدًا بثخانة لا تتجاوز بضع ميكرونات، ونسبة الشوائب فيها هي الأقل.
أنواع الترانزستورات
توجد أنواع عديدة للترانزستورات تختلف فيما بينها بالخواص والاستخدام، إليك أهم هذه الأنواع:
- الترانزستور ثنائي القطبية (Bipolar Junction Transistor):
يرمز له اختصارًا BJT وهو أكثر الأنواع انتشارًا، تكون وظيفته بشكل رئيسي تضخيم التيار الذي يدخل إلى القاعدة وهو نوعان؛ فإما أن تكون الشحنات السالبة هي الأكثرية ويسمى NPN أو تكون الشحنات الموجبة هي الأكثرية ويسمى PNP
- الترانوستور الحقلي (Field Effect Transistor):
رمزه FET، يتكون هذا النوع من الترانزستورات من ثلاثة أجزاء، المنبع (source)، المخرج(drain) والبوابة (gate).
يتميز بمقاومته العالية للتيار القادم إلى المنبع وهذا يجعله مناسبًا لتوفير الطاقة من جهة، وحماية الدارة من التيارات العالية من جهة أخرى، ويتم التحكم في التيارات الواردة من المنبع والصادرة من المخرج من خلال البوابة.
ميزات الترانزستورات
تتلخص أهم ميزات الترانزستورات في النقاط الخمس التالية:
- الحجم: يعتبر الحجم الصغير للترانزستورات أهم الميزات التي أدت إلى انتشارها، فبالرغم من تطور أنابيب التفريغ وصغر حجمها إلَّا أنها لا يمكن أن تضاهي الترانزستورات في حجمها، وهذا جعلها أساس صناعات الهواتف المحمولة، والحواسيب المحمولة.
- الوزن: وزن الترانزستورات خفيف جدًّا، وفي الأنواع ذات الأحجام الصغيرة يكاد يكون الوزن معدومًا.
- الحرارة: يمكن وضع عدد كبير من الترانزستورات في جهاز واحد دون الحاجة إلى نظام تبريد معقد؛ فالحرارة التي تنتجها الترانزستورات قليلة وغير مؤثرة على عمرها كما في أنابيب التفريغ، حيث قد تسبب الحرارة المرتفعة تعطلها.
- استهلاك الطاقة: بشكل عام يكون استهلاكها للطاقة قليلًا، وبالتالي لن تستنزف بطارية الجهاز، وتختلف هذه الخاصية بحسب نوع الترانزستور، ففي النوع fet مثلًا يكون استهلاك الطاقة في الحدود الدنيا، بينما يزداد استهلاك الطاقة في ترانزستورات النوع bjt نسبيًا.
- المتانة: إن الهيكل المعدني والتصميم البسيط يجعلان الترانزستورات متينة للغاية، مما يجعلها مثالية للعمل في الأجهزة التي تتحمل ظروفًا صعبة.