🧩 مقدمه

ترانزیستور (Transistor) یکی از مهم‌ترین قطعات الکترونیکی است که در مدارهای مختلف برای تقویت سیگنال، سوئیچ‌کردن (قطع و وصل)، نوسان‌سازی و کنترل جریان به کار می‌رود.
یکی از انواع مهم ترانزیستورها، ترانزیستورهای دوقطبی یا BJT (Bipolar Junction Transistor) است.
این نوع ترانزیستور بر اساس نوع بار حامل‌های جریان (الکترون و حفره)، به دو نوع NPN و PNP تقسیم می‌شود.

⚙️ ساختار ترانزیستور BJT

ترانزیستور BJT از سه لایه نیمه‌هادی تشکیل شده است که به صورت NPN یا PNP کنار هم قرار گرفته‌اند.
این سه لایه به ترتیب سه پایه اصلی را تشکیل می‌دهند:

بخش نام پایه توضیح
ناحیه میانی Base (بیس) بخش کنترل‌کننده ترانزیستور
ناحیه اول Emitter (امیتر) بخش فرستنده حامل‌های بار (الکترون یا حفره)
ناحیه دوم Collector (کلکتور) بخش جمع‌کننده حامل‌های بار

📘 نکته: ضخامت نواحی در ترانزیستور یکسان نیست:

  • امیتر نازک نیست و دارای ناخالصی زیاد است (برای تزریق قوی حامل‌ها).

  • بیس خیلی نازک و با ناخالصی کم است.

  • کلکتور ضخیم‌تر است تا بتواند گرما و جریان بیشتری را تحمل کند.

🧲 انواع ترانزیستور BJT

1. ترانزیستور NPN

در این نوع، ساختار به صورت N–P–N است:

  • دو ناحیه نوع N در اطراف و یک ناحیه نوع P در وسط (بیس) قرار دارد.

  • حامل‌های اصلی جریان در این ترانزیستور الکترون‌ها هستند.

📈 ولتاژ مورد نیاز برای کار صحیح:

  • بیس نسبت به امیتر باید کمی مثبت‌تر باشد (حدود 0.7 ولت در ترانزیستور سیلیکونی).

  • کلکتور نسبت به امیتر باید مثبت‌تر باشد تا الکترون‌ها از امیتر به کلکتور هدایت شوند.

 

2. ترانزیستور PNP

در این نوع، ساختار به صورت P–N–P است:

  • دو ناحیه نوع P در اطراف و یک ناحیه نوع N در وسط قرار دارد.

  • حامل‌های اصلی جریان در این ترانزیستور حفره‌ها هستند (بارهای مثبت).

📈 ولتاژ مورد نیاز برای کار صحیح:

  • بیس نسبت به امیتر باید کمی منفی‌تر باشد (حدود 0.7- ولت).

  • کلکتور باید منفی‌تر از امیتر باشد تا جریان حفره‌ها از امیتر به کلکتور برقرار شود.

🔁 نحوه عبور جریان در ترانزیستور

برای درک بهتر، فرض کنیم ترانزیستور NPN داریم.

  1. بایاس بیس-امیتر (Base-Emitter):

    • وقتی بیس نسبت به امیتر حدود 0.7 ولت مثبت شود، پیوند PN بین بیس و امیتر رو به جلو بایاس می‌شود.

    • در این حالت، الکترون‌ها از امیتر به بیس تزریق می‌شوند.

  2. بایاس بیس-کلکتور (Base-Collector):

    • پیوند بین بیس و کلکتور در بایاس معکوس قرار دارد.

    • بیشتر الکترون‌هایی که وارد بیس می‌شوند، به دلیل نازک بودن بیس، به کلکتور جذب می‌شوند.

  3. جریان‌ها:

    • جریان امیتر (IE) = جریان کلکتور (IC) + جریان بیس (IB)

    • معمولاً IC≈0.99IEI_C ≈ 0.99 I_E
      یعنی تقریباً تمام جریان امیتر به کلکتور می‌رسد.

📊 نسبت جریان‌ها:
ضریب تقویت جریان ترانزیستور به صورت زیر تعریف می‌شود:

β=ICIB\beta = \frac{I_C}{I_B}

عدد β معمولاً بین 20 تا 400 است، بسته به نوع ترانزیستور.

🔄 نحوه عملکرد کلی ترانزیستور BJT

ترانزیستور مثل یک کلید کنترل‌شونده با جریان عمل می‌کند.
یعنی با مقدار کمی جریان در بیس، می‌توان جریان بزرگ‌تری را بین کلکتور و امیتر کنترل کرد.

🔹 در حالت NPN:
وقتی به بیس جریان کوچکی تزریق شود، مسیر بین کلکتور و امیتر باز می‌شود و جریان بزرگی از کلکتور عبور می‌کند.

🔹 در حالت PNP:
وقتی جریان کوچکی از بیس به سمت امیتر برود (در جهت مخالف NPN)، مسیر بین کلکتور و امیتر باز می‌شود و جریان از امیتر به کلکتور جاری می‌شود.

⚡ تفاوت بین ترانزیستورهای NPN و PNP

ویژگی NPN PNP
نوع حامل‌های اصلی الکترون‌ها حفره‌ها
جهت جریان در مدار از کلکتور به امیتر از امیتر به کلکتور
بایاس بیس-امیتر بیس مثبت‌تر از امیتر بیس منفی‌تر از امیتر
جهت جریان بیس وارد بیس خارج از بیس
جهت فلش در نماد شماتیکی به سمت بیرون بیس به سمت داخل بیس
سرعت عملکرد سریع‌تر (به دلیل تحرک بالای الکترون‌ها) کندتر

🧠 نتیجه‌گیری

ترانزیستور BJT یکی از پرکاربردترین قطعات در الکترونیک است که پایه‌ی بسیاری از مدارهای تقویت‌کننده، سوئیچینگ و دیجیتال را تشکیل می‌دهد.
با درک تفاوت بین NPN و PNP و شناخت نحوه عبور جریان بین پایه‌ها، می‌توان مدارهای مختلف را به‌درستی طراحی و تحلیل کرد.

🧰 نکته آموزشی برای دانش‌آموزان

  • همیشه پایه‌ها را بشناسید: E (Emitter)، B (Base)، C (Collector).

  • جهت فلش در نماد ترانزیستور، همیشه از امیتر به سمت جریان مثبت واقعی نشان داده می‌شود.

  • اگر ترانزیستور کار نکرد، ابتدا بایاس‌ها را چک کنید (ولتاژ بیس نسبت به امیتر).