درسنامه آموزشی دانش فنی پایه کلاس دهم الکترونیک

واحد یادگیری 13: دیود

نیمه‌هادی‌ها

به عناصری که اتم‌های آن در مدار آخر خود چهار الکترون دارند «نیمه‌هادی» گویند. نیمه‌هادی‌ها در صفر مطلق ($ - {273^\circ }C$) تقریباً عایق هستند. در درجه حرارت معمولی ($ {25^\circ }C$) انرژی حرارتی محیط باعث آزاد شدن تعدادی از الکترون‌های لایه ظرفیت می‌شود و هدایت الکتریکی در جسم بالا می‌رود. البته افزودن ناخالصی هم می‌تواند هدایت الکتریکی جسم را بالا ببرد. عناصری نظیر کربن، سیلیکون و ژرمانیوم جزء نیمه‌هادی‌ها به شمار می‌آیند. دو عنصر نیمه‌هادی سیلیکون و ژرمانیوم در برق و الکترونیک کاربرد فراوان دارند.

ساختمان اتمی سیلیکون و ژرمانیوم

سیلیکون دارای عدد اتمی 14 است. یعنی دارای 14 پروتون و 14 الکترون است. ژرمانیوم دارای عدد اتمی 32 است، یعنی 32 پروتون و 32 الکترون دارد. در شکل 1-13 ساختمان اتمی‌سیلیکون $(Si)$ و ژرمانیوم $(Ge)$ نشان داده شده است. هر دو عنصر سیلیکون و ژرمانیوم در لایه ظرفیت دارای چهار الکترون هستند.

پیوند‌ اشتراکی (کووالانس) در اتم‌های سیلیکون و ژرمانیوم

هرگاه اتمی در مدار آخر خود دارای هشت الکترون باشد مدار آن کامل بوده، از نظر شیمیایی حالت پایداری پیدا می‌کند. نیمه‌هادی‌ها و عایق‌ها تمایل به دریافت الکترون و تکمیل مدار آخر خود دارند. 

چون اتم سیلیکون و ژرمانیوم در مدار آخر خود چهار الکترون دارند، می‌خواهند مدار آخر خود را کامل کنند. برای این منظور هر اتم یک الکترون با اتم مجاور به اشتراک می‌گذارد. (الکترون‌های ظرفیت هر اتم علاوه بر اینکه به دور هسته خود در گردش هستند، به دور هسته اتم مجاور هم گردش می‌کنند). این نوع پیوند بین اتم‌ها را "پیوند اشتراکی" یا "کووالانس" گویند. در شکل 2-13 پیوند اشتراکی بین اتم‌های سیلیکون را مشاهده می‌کنید. 

البته پیوند بین اتم‌های ژرمانیوم نیز مشابه اتم‌های سیلیکون است. چون هر اتم در مدار آخر خود هشت الکترون دارد و دارای حالت پایدار بوده و در صفر مطلق کریستال سیلیکون و ژرمانیوم الکترون آزاد ندارند و عایق هستند.

ایجاد حفره (Hole)

انرژی‌های خارجی نظیر حرارت می‌توانند باعث شکسته شدن پیوند شوند و در نتیجه الکترون از قید هسته آزاد گردد. آزاد شدن یک الکترون از مدار ظرفیت، یک جای خالی الکترون ایجاد می‌کند که به این جای خالی الکترون حفره می‌گویند. در شکل 3-13 الکترون آزاد و محل خالی آن یعنی حفره نشان داده شده است. چون محل خالی الکترون می‌تواند یک الکترون آزاد نزدیک به خود را جذب کند، مانند یک بار مثبت عمل می‌کند.

جریان الکترون‌های آزاد

الکترون‌های آزاد شده در کریستال به صورت نامنظم حرکت می‌کنند. اگر بصورت اتفاقی الکترونی به حفره‌ای نزدیک شود جذب حفره می‌گردد. به این ترتیب تا زمانی که نیرویی از خارج اعمال نشود، حرکت الکترون‌ها و جذب آن‌ها به وسیله حفره‌ها در کریستال به طور نامنظم ادامه می‌یابد. در شکل 4-13 چگونگی تولید زوج «الکترون- حفره» و ترکیب مجدد الکترون با حفره نشان داده شده است.

وقتی مطابق شکل 5-13 ولتاژی به دوسر کریستال متصل شود، الکترون‌های آزاد به طرف قطب مثبت باتری حرکت می‌کنند و شارشی را در مدار بوجود می‌آورند که ناشی از حرکت الکترون‌هاست و به این شارش جریان الکترون‌ها گویند.

جریان حفره‌ها

وقتی در اتم حفره‌ای وجود دارد به دلیل آنکه حفره گرایشی به جذب الکترون دارد از اتم مجاور الکترونی را جذب می‌کند، اما جای الکترون جذب شده حفره جدیدی ایجاد می‌گردد. به این ترتیب به نظر می‌رسد وقتی الکترون از چپ به راست حرکت می‌کند حفره از راست به چپ در حرکت است. این جریان فرضی را جریان حفره‌ها می‌نامند.

افزودن ناخالصی به کریستال نیمه‌هادی

چون تعداد الکترون‌های آزاد و حفره‌های ایجاد شده در کریستال نیمه‌هادی سیلیکون و ژرمانیوم در اثر انرژی گرمایی به اندازه کافی نیست و از این نیمه‌هادی‌ها نمی‌توان برای ساختن قطعاتی نظیر دیود یا ترانزیستور استفاده کرد. برای افزایش هدایت نیمه‌هادی به آن ناخالصی اضافه می‌کنند. ناخالص کردن نیمه‌هادی به دو شکل با اتم پنج ظرفیتی و سه ظرفیتی صورت می‌گیرد.

ناخالص کردن کریستال نیمه‌هادی با اتم پنج ظرفیتی (نیمه‌هادی نوع $N$)

هرگاه یک عنصر پنج ظرفیتی مانند ارسنیک $(As)$، آنتیموان $(Sb)$ یا فسفر $(P)$ را که در لایه ظرفیت خود پنج الکترون آزاد دارند، به کریستال سیلیسیوم یا ژرمانیوم اضافه کنیم، اتم ناخالص با چهار اتم سیلیسیوم مجاور خود تشکیل پیوند اشتراکی می‌دهد. از طرفی در لایه ظرفیت آنتیموان $(Sb)$ یک الکترون می‌تواند به راحتی از قید هسته آزاد شود و به صورت الکترون آزاد درآید، به این ترتیب با افزودن هر اتم ناخالصی یک الکترون آزاد در کریستال ایجاد می‌شود. پس با تغییر تعداد اتم‌های ناخالصی، می‌توان تعداد الکترون‌های آزاد کریستال را کنترل کرد.

علاوه بر الکترون‌های آزادی که در اثر افزودن اتم‌های ناخالصی پنج ظرفیتی به کریستال به وجود می‌آیند، تعداد کمی الکترون نیز در اثر انرژی گرمایی محیط از قید هسته آزاد می‌شوند و جای خالی آنها حفره ایجاد می‌گردد. در این فرآیند، اتم ناخالص 5 ظرفیتی که یک الکترون آزاد به کریستال می‌دهد، به صورت یون مثبت در می‌آید. لذا به این اتم کریستال «اهداکننده» یا «Donor» می‌گویند، (شکل 6-13).

به این کریستال که حامل‌های اکثریت برای هدایت الکتریکی در آن الکترون‌ها هستند، کریستال نوع $N$ می‌گویند. در شکل 7-13 الکترون‌ها و حفره‌های کریستال نوع $N$ نشان داده شده است.

یادآور می‌شود که در مجموع کریستال $N$ از نظر بار الکتریکی خنثی است، زیرا مجموع بارهای مثبت و منفی موجود در آن با هم برابرند.

اتصال $PN$ (دیود پیوندی-Junction Diode)

هرگاه دو کریستال نیمه‌هادی نوع $N$ و $P$ به هم اتصال یابند، الکترون‌های آزاد نیمه‌هادی نوع $N$ که در نزدیک محل اتصال $PN$ قرار دارند به منطقه $P$ نفوذ کرده و با حفره‌های کریستال نوع $P$ ترکیب می‌شوند. به این ترتیب تعدادی از حفره‌ها و الکترون‌ها از بین می‌روند و شرایط خاصی را به وجود می‌آورند. در شکل 8-13 ترکیب الکترو‌ن‌ها با حفره‌ها نشان داده شده است.

عبور یک الکترون از محل اتصال سبب ایجاد یک جفت یون می‌شود. هنگامی که ناحیه $N$ یک اتم پنج ظرفیتی، الکترونی از دست می‌دهد، آن اتم به یون مثبت تبدیل می‌شود. در مقابل در ناحیه $P$ اتم‌های سه ظرفیتی الکترون دریافت می‌کنند و تبدیل به یون منفی می‌شوند. ترکیب پی‌درپی الکترون‌ها با حفره‌ها در محل پیوند، تعداد زیادی یون مثبت و منفی را ایجاد می‌کند. این یون‌ها در کریستال ثابت هستند و نمی‌توانند مانند الکترون‌های آزاد حرکت کنند. بنابراین در محل پیوند ناحیه‌ای به نام لایه تخلیه به وجود می‌آید که در آن حامل‌های هدایت الکتریکی یعنی الکترون‌ها و حفره‌ها، وجود ندارد. به ناحیه تخلیه ناحیه سد هم گفته می‌شود. 

یون‌های مثبت و منفی در ناحیه تخلیه سبب ایجاد میدان الکتریکی می‌شود و نمی‌گذارد الکترون‌های آزاد از محل اتصال عبور کند. هرگاه میدان ایجاد شده به حدی برسد که مانع عبور الکترون از محل اتصال شود، ولتاژی بین دو کریستال $P$ و $N$ به وجود می‌آید. ولتاژ ایجاد شده در ناحیه تخلیه، پتانسیل سد نام دارد و مقدار آن برای دیود سیلیکونی حدود $0/7$ و برای دیود ژرمانیومی حدود $0/2$ ولت است. در شکل 9-13 ناحیه تخلیه و پتانسیل سد نشان داده است. به پیوند $PN$، دیود (Diode) یا دو قطبی می‌گویند زیرا از دو کریستال $P$ و $N$ تشکیل شده است. 

ولتاژ بندی یا بایاس (Bias) دیود

اتصال ولتاژ به دیود را ولتاژبندی یا بایاس کردن (Biasing) دیود می‌نامند.اتصال ولتاژ به دیود به دو صورت امکان‌پذیر است. 

الف-دیود در بایاس مستقیم (موافق-Forward Bias):

اگر نیمه‌هادی نوع $P$ را به قطب مثبت باتری و نیمه‌هادی نوع $N$ را به قطب منفی آن متصل کنیم، دیود دربایاس مستقیم قرار می‌گیرد. (شکل 10-13). 

ب-دیود در بایاس معکوس (مخالف-Reverse Bias)

در صورتی که نیمه‌هادی نوع $P$ را به قطب منفی باتری و نیمه‌هادی نوع $N$ را به قطب مثبت آن وصل نماییم، این حالت را بایاس معکوس می‌نامند. (شکل 11-13).

رفتار دیود در بایاس مستقیم:

شکل 12-13 تصویر پیوند دیود $(PN)$ را در هنگام اتصال باتری در بایاس مستقیم نشان می‌دهد.

منحنی مشخصه ولت آمپر دیود در بایاس مستقیم

اگر دیودی را در بایاس مستقیم قرار دهیم و ولتاژ متصل شده به آن را به تدریج از صفر ولت افزایش دهیم و جریان عبوری از دیود را به وسیله میلی‌آمپرمتر اندازه بگیریم، در ولتاژ صفر جریان عبوری از دیود صفر است. (شکل 14-13)

با افزایش ولتاژ جریان عبوری از دیود هم افزایش می‌یابد. هنگامی که ولتاژ بایاس برای یک دیود سیلیکونی کم‌تر از 0/7 ولت است، جریان بسیار ناچیزی از دیود عبور می‌کند. (شکل 15-13)

اگر ولتاژ بایاس زیاد شود (یعنی پتانسیل خارجی بیشتر از 0/7 ولت شود)، این پتانسیل بر پتانسیل سد غلبه می‌کند و سد شکسته می‌شود و سرانجام جریان عبوری از دیود به طور ناگهانی افزایش می‌یابد. برای محدود کردن جریان عبوری از دیود لازم است مقاومتی را با آن به صورت سری ببندیم، شکل (16-13).

چنان‌چه در محورهای مختصات، به محور $x$ مولفه ولتاژ و به محور $y$ مؤلفه جریان را اختصاص دهیم، با استفاده از مقادیر مختلف اندازه‌گیری شده، می‌توانیم منحنی مشخصه دیود را ترسیم کنیم. شکل 17-13 منحنی ولت‌آمپر دیود در بایاس موافق نشان داده شده است.

منحنی مشخصه ولت‌آمپر دیود در بایاس معکوس

اگر دیود را به طور معکوس بایاس کنیم جریان بسیار ناچیز نشتی از دیود می‌گذرد. با افزایش ولتاژ معکوس، در یک ولتاژ معین که «ولتاژ شکست دیود» (breakdown) نامیده می‌شود. در این حالت جریان عبوری از دیود به سرعت افزایش می‌یابد و دیود آسیب می‌بیند.

شکل 18-13 حالتی را نشان می‌دهد که ولتاژ بایاس دیود به حد ولتاژ شکست رسیده است. در این حالت جریان عبوری از دیود به شدت افزایش یافته است.

در شکل 19-13 منحنی مشخصه ولت‌آمپر دیود در گرایش معکوس نشان داده شده است.

علامت اختصاری و شکل ظاهری دیو معمولی

در شکل 20-13 ساختمان کریستالی و علامت اختصاری یک دیود معمولی نشان داده شده است.

نیمه‌هادی نوع $P$ آند و نیمه‌هادی نوع $N$ کاتد نام دارد. همان‌گونه که دیده می‌شود علامت اختصاری دیود مانند یک پیکان از سمت آند به جانب کاتد بوده که معرف این نکته است که جریان قرار دادی به راحتی از سمت آند به کاتد عبور می‌کند. در شکل 21-13 شکل ظاهری چند نمونه دیود را مشاهده می‌کنید. در این شکل پایه‌های آند و کاتد برخی از دیودها روی شکل ظاهری آنها نشان داده شده است.

بررسی دیود در حالت ایده‌آل

چون دیود در بایاس مستقیم جریان را به راحتی عبور می‌دهد و در بایاس معکوس جریان بسیار ناچیز از دیود عبور می‌کند، پس در حالت ایده‌آل در بایاس مستقیم مانند هادی و در بایاس معکوس مانند عایق عمل می‌کند. عملکرد دیود را در حالت ایده‌آل در بایاس موافق می‌توان با یک کلید وصل مقایسه کرد. در بایاس معکوس یک دیود اید‌ه‌آل مانند یک کلید باز عمل می‌کند. در شکل 22-13 دیود ایده‌آل در بایاس موافق نشان داده شده است. مقاومت $R$ در مدار به عنوان محدودکننده جریان بکار رفته است.

هم چنین در شکل 23-13 معادل دیود ایده‌آل در بایاس مخالف نشان داده شده است.

انواع دیودهای نیمه‌هادی و نمایشگرها

انواع متعددی از دیودهای پیوند $PN$ وجود دارند که از لحاظ نوع کار، مشخصّه و زمینه کاربرد با هم متفاوت اند. از انواع این دیودها، می‌توان دیود اتصال نقطه‌ای، دیود زنر، دیود نوردهنده (LED) و دیود واراکتور، فتو دیود، دیود شاتکی، دیود منتشرکننده اشعه مادون قرمز، دیود لیزری و دیود جریان ثابت را نام برد.

دیود یک‌سوکننده معمولی (Rectifiers Diods)

این نوع دیود برای یک سوسازی یا یک طرفه کردن ولتاژهای متناوب (معمولاً سینوسی) به کار می‌رود و با جریان متوسط $({I_F})$ حدود $50mA$ تا $1000$ آمپر ساخته می‌شود. دیودهای یک‌سو کننده معمولی در محدوده فرکانس 50 تا 60 هرتز کار می‌کنند. لذا برای یک‌سوسازی فرکانس‌های بالاتر باید از دیودهای سریع استفاده شود. شکل 24-13 شکل ظاهری چند نمونه از دیود یک‌سوکننده معمولی را نشان می‌دهد.

دیود اتصال نقطه‌ای (Point Contact Diode)

اگر بخواهیم دیودها را در فرکانس‌های بالا به کار ببریم، باید ظرفیت خازنی آنها را در بایاس مخالف کم کنیم. برای کم کردن ظرفیت خازن، ساده‌ترین راه، کم کردن سطح اتصال هادی‌ها و سطح اتصال محل پیوند است. بر این اساس دیودهای اتصال نقطه‌ای برای فرکانس‌های بالا ساخته می‌شود. شکل 25-13 ساختمان ساده یک دیود اتصال نقطه‌ای را نشان می‌دهد.

دیود زنر (Zener Diode)

ساختمان دیود زنر: دیود زنر، مانند دیود معمولی از دو نیمه‌هادی نوع $P$ و $N$ ساخته می‌شود. اگر یک دیود معمولی را در بایاس معکوس اتصال دهیم و ولتاژ معکوس را اضافه نماییم، در یک ولتاژ خاص، دیود در بایاس معکوس به حد ولتاژ شکست می‌رسد و دیود آسیب می‌بیند. دانشمندی به نام زنر (zener) اقدام به ساخت نوعی دیود نمود که می‌تواند در ولتاژ شکست کار کند و دوباره به حالت اولیه برگردد. در این دیودها ولتاژ شکست را ولتاژ «زنر» می‌نامند.

شکل 26-13 منحنی مشخصه «ولت-آمپر» یک دیود زنر را نشان می‌دهد.

دیود زنر، در بایاس معکوس استفاده می‌شود. با توجه به این که ولتاژ زنر تقریباً در جریان‌های مختلف معکوس ثابت است. از این خاصیت جالب زنر، برای تثبیت ولتاژ استفاده می‌کنند. نمادهای فنی دیود زنر در شکل 27-13 و شکل ظاهری چند نمونه دیود را در شکل 28-13 ملاحظه می‌کنید.

دیود جریان ثابت (Constant Current Diode)

این دیود که به آن رگولاتور جریان گفته می‌شود برعکس دیود زنر که ولتاژ دوسرآن ثابت و جریان عبوری از آن تغییر می‌کند، جریان را ثابت نگه می‌دارد. به عبارت دیگر از این دیود می‌توان به عنوان رگولاتور جریان استفاده کرد. نماد فنی دیود در شکل 29-13 رسم شده است.

دیود نور دهنده (LED) :Light Emitting Diode

همان‌طور که از نام LED پیداست این دیود مولد نور است. دیود نوردهنده، ازدو قطعه نیمه‌هادی نوع $N$ و $P$ تشکیل شده است. هرگاه این دیود، در بایاس مستقیم قرار گیرد و شدت جریان عبوری از آن به اندازه کافی باشد، دیود از خود نور پخش می‌کند. نور LED در محل پیوند $PN$ به‌وجود می‌آید. در شکل‌های 30-13 و 31-13 چند نمونه LED و ساختمان داخلی و نماد فنی آن‌ها نشان داده شده است.

چنانچه مطابق شکل 32-13 LED را در بایاس مستقیم قرار دهیم به شرط عبور جریان نامی از دیود، LED از خود نور پخش می‌کند. همواره برای محدود کردن جریان و ممانعت از سوختن دیود باید مقاومتی را با LED سری کنیم. 

در شکل 33-13 چند نمونه LED نمایش داده شده است.

LEDها در انواع گوناگون ساخته می‌شوند که به تشریح برخی از آنها می‌پردازیم:

LEDهای دو رنگ

ساختار این نوع LEDها معمولاً ترکیبی از دو LED مجزا به رنگ‌های سبز و قرمز است که در داخل قطعه معمولی جاسازی شده است. LEDهای دو رنگ دارای سه پایه هستند، یکی از پایه‌ها مشترک و دو پایه دیگر هر کدام مربوط به LEDهای قرمز و سبز است. (شکل 34-13)

LEDهای سه رنگ

نوع دیگری از LED وجود دارد که دارای دو پایه هستند و سه رنگ مختلف را تولید می‌کنند. شکل 35-13 یک نمونه LED دو پایه و چگونگی اتصال ولتاژ را به آن نشان می‌دهد.

LED با نور فوق‌العاده زیاد

LEDهای با نور فوق‌العاده زیاد نوع دیگری از LED است که با نام Ultra Bright LED ساخته شده است. میزان نوردهی آنها فوق‌العاده زیاد است و ده‌ها برابر یک LED معمولی نور تولید می‌کنند. این LEDها در رنگ‌های آبی، سبز، قرمز و سفید در بازار یافت می‌شود. (شکل 36-13)

استفاده از LEDهای پر نور امروزه در سطح بسیار گسترده‌ای توسعه یافته است. استفاده از ریسه‌های LED، ترمز اتومبیل، تابلوی روان و نور تزئینی، تعدادی از موارد کاربرد LEDهای پرنور است. آرایه‌های LED پرنور سفید به تدریج جایگزین لامپ‌های فلورسنت می‌شوند، زیرا این نوع LEDها به راحتی در هوای بد نورافشانی می‌کنند و نور آنها صدبرابر بیشتر است. LEDهای پرنور سفید و رنگی به خانه‌ها، مغازه‌ها و مراکز تجاری نیز وارد شده‌اند و جای لامپ‌های کنونی را گرفته‌اند. همچنین این نوع LEDها وارد صنایع اتومبیل‌سازی نیز شده‌اند. در چراغ‌های جلوی خودروها از LEDهای پرنور استفاده می‌شود.

LEDهای ارگانیک (OLED) Organic LED

کلمه ارگانیک به معنای سازگاری با محیط و بدن انسان است. LEDهای ارگانیک از دو یا سه لایه مواد ارگانیک پلی‌مری ساخته شده‌اند که در اثر اعمال ولتاژ می‌توانند نور تولید کنند. در صورتی که آند و پایه اصلی نیز از مواد شفاف ساخته شوند، نور از هر دو طرف پخش می‌شود. در این حالت می‌توانیم از OLEDها برای صفحات نوردهنده دوطرفه استفاده کنیم. برای ساختن OLEDها امروزه به راحتی می‌توان مانند پخش جوهر روی یک صفحه، OLEDها را روی یک پایه اصلی قرار داد. این تکنولوژی باعث شده است که بتوانند صفحات بزرگ نمایشگر را با لایه‌های بسیار نازک طراحی و تولید کنند.

نمایشگر هفت قطعه‌ای (7-Segment)

اگر هفت قطعه LED را به فرم خاص کنار هم قرار دهند، به شکل عدد 8 انگلیسی در می‌آید که به وسیله آن می‌توان اعداد از 0 تا 9 انگلیسی و نیز برخی حروف نظیر، $B$ ،$A$ ، $E$ ، $D$ ، $C$ و $F$ را نمایش داد. شکل ظاهری نمایشگر 7 قطعه‌ای با نقطه اعشار را در شکل 37-13 مشاهده می‌کنید.

نمایشگر 7 قطعه‌ای به دو صورت

آند مشترک (CommonAnode)
کاتد مشترک (Common Cathode)

ساخته می‌شوند. شکل 38-13 نمایشگر 7 قطعه‌ای آند مشترک را نشان می‌دهد.

نمایشگرهای ترکیبی LED

امروزه LEDها به طور گسترده برای نمایش پیام‌ها، علائم بزرگ و کوچک در فضاهای داخلی و خارجی و به عنوان تلویزیون صفحه بزرگ به کار می‌رود. نمایش سیگنال‌ها می‌تواند به صورت چند رنگ و تمام رنگی باشد. در نمایشگرهای تمام رنگی ازگروه‌های LED فشرده با نور زیاد که تشکیل نقطه نورانی رنگی را می‌دهند استفاده می‌شود. این نقاط رنگی را پیکسل (Pixel) می‌گویند. پیکسل‌ها از سه رنگ قرمز $(R - \operatorname{Re} d)$ سبز $(G - Green)$ و آبی $(B - Blue)$ شکل می‌گیرند که اصطلاحاً آن را $RGB$ می‌نامند. (شکل 39-13)

فتو دیود (Photo Diode)

ساختمان فتو دیود، مانند یک دیود معمولی با پیوند PN است، با این تفاوت که محل پیوند PN را، جهت تابانیدن نور به آن از مواد پلاستیکی سیاه، نمی‌پوشانند. این ناحیه توسط شیشه یا پلاستیک شفاف پوشیده می‌شود تا نور بتواند به آسانی به آن بتابد. روی اکثر فتودیودها، یک لنز بسیار کوچک نصب می‌شود تا نور تابانیده شده به آن را متمرکز کند و به محل پیوند برساند. (شکل 40-13)

فتودیود همیشه در بایاس معکوس به کار می‌رود و با تابش نور به محل پیوند آن، جریان معکوس آن افزایش می‌یابد. افزایش جریان به علت شکستن پیوندها با انرژیِ نور است. شکل 41-13 نماد فنی و چگونگی بایاس کردن دیود را نشان می‌دهد.

در شکل 42-13 شکل ظاهری چند نمونه فتودیود نشان داده شده است. از این دیود برای مواردی مانند تشخیص نور، سنجش نوردر دستگاه‌های نورسنج، شمارش سریع یا سوئیچ کردن استفاده می‌شود.

دیود لیزری (Laser Diode):

دیود لیزری دیودی است که می‌تواند نور تک رنگ تولید کند. نور لیزر را نور ذاتی یا نورخالص نیز می‌نامند. زیرا نور پخش شده یک نور با طول موج مشخص است. ساختمان داخلی و نماد فنی دیود لیزری را در شکل 43-13 مشاهده می‌کنید.

دیود خازنی (واراکتور) (Varactor)

دیود خازنی، مانند یک دیود معمولی است و از دو قطعه نیمه‌هادی نوع P و N، که معمولاً از جنس سیلیسیوم است، ساخته می‌شود. همان طور که قبلاً یاد گرفتیم، یک دیود معمولی، بدون بایاس در محل پیوند، یک لایه سد دارد. این لایه به صورت یک عایق بین نیمه‌هادی P و N قرار می‌گیرد. اگر دو نیمه‌هادی P و N را به عنوان دو هادی و لایه سد را به عنوان عایق به حساب بیاوریم، این مجموعه عملاً یک خازن است که در منطقه تخلیه به وجود می‌آید. ظرفیت خازن منطقه تخلیه حدود پیکوفاراد (PF) است. (شکل 44-13)

از دیودهای واراکتور، در مدارهای رادیو و تلویزیون به صورت یک خازن متغیر استفاده می‌شود، زیرا حجمی بسیار کم، ظریف و محکم دارند. شکل 45-13 منحنی تقریبی ظرفیت خازن نسبت به ولتاژ معکوس و نماد دیود خازنی را نشان می‌دهد.

دیود شاتکی (Schottky)

دیودهای معمولی اتصال PN، نمی‌توانند خیلی سریع قطع و وصل شوند. برای بالا بردن سرعت قطع و وصل در یک دیود در حد چند میلیارد بار در ثانیه، ازدیود شاتکی استفاده می‌کنند. ساختمان دیود شاتکی و نماد فنی آن در شکل 46-13 نشان داده شده است.

الگوی پرسش (ارزشیابی واحد یادگیری 13 از پودمان پنجم):

1- خصوصیات و اصول کار دیود زنر را توضیح دهید.

2- ولتاژ شکست و درصد خطای دیود زنر با شماره فنی $BZX32/C3V9$ چقدر است؟

3- دیود واراکتور در چه بایاسی کار می‌کند؟ عامل متغیر در دیود واراکتور را نام ببرید.

4- فتودیود در چه بایاسی کار می‌کند؟

5- چه المانی می‌تواند جایگزین فتو دیود شود؟ نام ببرید.

6- برای نوشتن هر یک از اعداد و حروف شکل 47-13 کدام LEDها در هفت قطعه‌ای باید روشن شود؟

7- در شکل 48-13 در صورتی که ولتاژ تغذیه $E = 12$ ولت باشد، مقدار $R$ را طوری محاسبه کنید که LED نور مناسب داشته باشد.

8- در شکل 49-13، در صورتی که فیوز بسوزد یا سالم باشد، در نور LED چه تغییری به وجود می‌آید؟ شرح دهید.

9- در مدار شکل 50-13 اگر فیوز سوخته یا سالم باشد، در نور LED چه تغییری ایجاد می‌شود؟ شرح دهید. دو LED که به طور معکوس بسته شده‌اند چه نقشی در مدار دارند؟

10- در شکل 51-13 چنانچه کلید $SW$ بسته شود، در صورتی که دیودهای ${D_1}$ و ${D_2}$ ازنظر نوری به هم کوپل شده باشند، چه تغییری در جریان میکروآمپرمتر رخ می‌دهد؟

11- هریک از دیودهای شکل 52-13 در چه بایاسی می‌توانند عمل کنند (موافق یا مخالف)؟

کاربرد دیودها

در مطالب گذشته به شرح ساختمان، مشخصات و معرفی انواع دیودهای نیمه‌هادی پرداختیم. در ادامه با کاربرد دیود در مدارهای مختلف، از جمله یک‌سو کننده‌های دیودی، چند برابر کننده‌ها و تغییر دهنده‌های شکل موج آشنا خواهید شد. هر چند محدوده کاربرد دیودها زیاد است ولی اصول کار آن در زمینه‌های مختلف یکسان است.

مدارهای یک‌سو کننده دیودی

مدارهای یک‌سو کننده دیودی، مدارهایی هستند که ولتاژ متناوب را به ولتاژ مستقیم (یک طرفه) تبدیل می‌نمایند.

به طور کلی سه نوع مدار یک‌سو کننده یک فازه وجود دارد.
1- مدار یک‌سو کننده نیم موج Half wave rectifier
2- مدار یک‌سو کننده تمام موج با ترانس سر وسط full wave rectifier
3- مدار یک‌سو کننده تمام موج‌پل Bridge rectifier

الف- مدار یک‌سو کننده نیم‌موج:

یک‌سو کننده‌های نیم‌موج، نیم سیکل مثبت یا نیم سیکل منفی را یک‌طرفه (یک سو) می‌کنند. شکل 53-13 مدار یک‌سو کننده نیم‌موج را نشان می‌دهد. در این مدار یک‌سو کننده و مدارات دیگر، فرض می‌شود که دیودهای به کار برده شده ایده‌آل هستند، یعنی، هیچ‌گونه افت ولتاژی در دو سر آنها به وجود نخواهد آمد، ولی در عمل حدود 0/7 تا 1/5 ولت (بسته به جریان عبوری از دیود) در دو سر دیود افت می‌کند.

در مدار شکل 53-13، در مدت نیم‌سیکل مثبت ورودی، دیود در بایاس مستقیم قرار می‌گیرد و هادی است. لذا، جریان در نیم سیکل مثبت از دیود و مقاومت بار عبور می‌کند و مسیر خود را می‌بندد. بنابراین، تمام ولتاژ ثانویه ترانسفورماتور در نیم سیکل مثبت دو سر بار، ظاهر خواهد شد. (54-13)

در مدت نیم سیکل منفی، دیود در بایاس معکوس قرار دارد و قطع است. لذا از مدار جریان عبور نمی‌کند. بنابراین، ولتاژ دو سر بار در نیم سیکل منفی، صفر است.

متوسط ولتاژ دو سر بار: اگر ولت‌متر جریان مستقیم (dc) را در دوسر بار قرار دهیم، ولت‌متر چه ولتاژی را نشان می‌دهد؟ همان‌طور که می‌دانیم، ولت‌متر جریان مستقیم، مقدار ولتاژ متوسط را و ولت‌متر جریان متناوب، مقدار ولتاژ مؤثر را نشان می‌دهد. چون در این مدار نوع ولتاژ مستقیم (یک طرفه) است. در این حالت ولت‌متر مقدار ولتاژ متوسط سیکل‌های یک‌سو شده را نشان خواهد داد. مقدار متوسط این ولتاژ یک طرفه، برابر است با:

${V_{DC}} = \frac{{{V_m}}}{\pi } = 0/318{V_m}$

در شکل 55-13 مقدار ولتاژ متوسط $(dc)$ نشان داده شده است.

نوع دیگری از یک‌سوسازها وجود دارند که تمام موج، یعنی نیم سیکل مثبت و منفی را یک‌سو می‌کنند. در این یک‌سوسازها معدل ولتاژ دو سر بار، (مقدار ولتاژ متوسط خروجی) دو برابر ولتاژ یک‌سو شده نیم‌موج است، یعنی:

${V_{dc}} = 2\frac{{{V_m}}}{\pi } = 2 \times (0/318{V_m}) = 0/636{V_m}$

شکل 57-13 معدل ولتاژ دو سر بار را در یک‌سوساز تمام‌موج نشان می‌دهد.

مقادیر حد در دیودها: حداکثر ولتاژ معکوس دو سر دیود (Peak Inverse Voltage =PIV):

همان‌طور که می‌دانیم، یکی از پارامترهای مهم مشخصات الکتریکی دیود، تحمل حداکثر ولتاژی است که در بایاس معکوس دو سر دیود قرار می‌گیرد. باید دید در یک‌سو کننده نیم‌موج حداکثر ولتاژی که دو سر دیود در بایاس معکوس قرار می‌گیرد تا دیود نسوزد، چقدر است؟

با توجه به شکل 58-13 هنگامی‌که دیود در بایاس معکوس قرار دارد (در نیم سیکل منفی) جریان در مدار صفر و افت ولتاژ دو سر بار نیز صفر است. لذا، تمام ولتاژ نیم سیکل منفی در دو سر دیود قرار می‌گیرد.

حداکثر این ولتاژ برابر با حداکثر دامنه $(Vm)$ است. ولتاژ معکوسی که دو سر دیود قرار می‌گیرد با حروف $PIV$ و به صورت رابطه زیر برای یک‌سوساز نیم‌موج نشان داده شده است.

$PIV = {V_{\max }}$
$PIV = {\text{Peak Inverse Valtage}}$

ب-مدار یک‌سوساز تمام‌موج پل: نوع دیگری از یک‌سوکننده تمام‌موج، یک‌سو کننده پل است. شکل 59-13 یک مدار یک‌سو کننده پل را همراه با شکل موج یک‌سوشده، نشان می‌دهد. تصویر نرم‌افزاری این مدار را، که توسط مولتی سیم بسته شده است، در شکل 60-13 مشاهده می‌کنید.

همان‌طوری که از شکل 59-13 پیداست، در این مدار یک‌سو کننده، ازچهار دیود و یک سیم‌پیچ برای ولتاژ ثانویه ترانسفورماتور استفاده شده است. با توجه به شکل 61-13، در مدت نیم سیکل مثبت، دیودهای ${D_1}$ و ${D_2}$ در بایاس مستقیم و دیودهای ${D_3}$ و ${D_4}$ در بایاس معکوس قرار دارند. بنابراین، جریان از دیود ${D_1}$ و بار ${R_L}$ و دیود ${D_2}$ مسیر خود را می‌بندد. با توجه به اینکه دیودها ایده‌آل فرض شده‌اند، لذا تمام ولتاژ ثانویه ترانسفورماتور در دو سر بار ظاهر می‌شود.

مقدار ولتاژ متوسط یک‌سوساز پل نیز برابر با یک‌سو کننده تمام‌موج با ترانس سر وسط است.

${V_{dc}} = 0/636{V_m}$ 

معمولاً چهار عدد دیود مجزا از هم را که به صورت پل بسته می‌شوند، به صورت قطعه یکپارچه می‌سازند. شکل 63-13 نمونه‌هایی از این نوع پل دیود را نشان می‌دهد. این قطعه دارای چهار پایه است، دو پایه آن را با علامت ($ \sim $) مشخص می‌کنند (ولتاژ متناوب به این دو پایه وصل می‌شود). دو پایه دیگر پل، ولتاژ خروجی و یک‌سوشده را به ما می‌دهد که با علامت ($+$) (قطب مثبت) و ($-$) (قطب منفی) مشخص می‌شود.

صافی‌ها (Filters)

همان‌طورکه دیدیم، توسط دیودها می‌توان ولتاژ متناوب را به ولتاژ یک طرفه $(dc)$ تبدیل نمود، اما این ولتاژ یک‌سو شده دارای نوسان‌هایی است (فرکانس 100 هرتز در یک‌سوکننده تمام‌موج و 50 هرتز در یک‌سوکننده نیم‌موج). در الکترونیک بیشتر به یک ولتاژ ثابت نیاز داریم. برای این که بتوانیم این ولتاژ نوسان‌دار را به یک ولتاژ ثابت تبدیل کنیم، باید از قطعاتی استفاده کنیم که بتوانند انرژی الکتریکی را در خود ذخیره کنند و در زمان مناسب، انرژی ذخیره شده را به مصرف‌کننده پس بدهند. المان‌هایی که می‌توانند انرژی را در خود ذخیره کنند سلف و خازن هستند. در توان‌های کم از خازن و در توان‌های زیاد از سلف استفاده می‌شود. ضمن اینکه در توان‌های بالا یک‌سوکننده‌های چند فازه را به‌کار می‌برند.

در مدارهای الکترونیکی، برای ثابت کردن ولتاژ یک‌سو شده، کمتر از سلف استفاده می‌شود، زیرا سلف دارای حجم، وزن و قیمت زیاد است، لذا خازن را که دارای حجم کم و قیمت ارزان‌تر است به کار می‌برند.

صافی خازنی: زمانی که خازن به صورت صافی به کار می‌رود به طور موازی با بار قرار می‌گیرد. (شکل 64-13)

شکل 65-13 منحنی شارژ و دشارژ خازن را نشان می‌دهد. مشاهده می‌شود شکل موج دو سر بار دارای ضربان است.

چند برابرکننده‌های ولتاژ

با استفاده از دیود و خازن می‌توان، ضمن یک‌سو کردن ولتاژ متناوب، آن را چند برابر نیز نمود. کاربرد چند برابرکننده‌ها، در مواردی است که جریان زیاد مورد نیاز نباشد (حدود چند صد میکروآمپر). چند برابرکننده‌ها معمولاً در ولتاژهای بسیار بالا (حدود کیلوولت) به کار می‌روند. مواردی مانند قسمت ولتاژ زیاد (high voltage) تلویزیون‌ها و مانیتورهای قدیم، دستگاه‌های پزشکی و خودرو از مواردی هستند که نیاز به ولتاژ زیاد دارند. در این دستگاه‌ها ولتاژی در حدود 25 کیلو ولت مورد نیاز است. ابتدا ولتاژی حدود 5 کیلو ولت را توسط ترانسفورماتور ایجاد می‌کنند، سپس آن را توسط یک مدار 5 برابرکننده به مقدار حدود 25 کیلو ولت می‌رسانند. مزایای این عمل صرفه‌جویی در حجم و قیمت ترانسفورماتور افزاینده ولتاژ است. زیرا عایق کاری ترانسفورماتور 25 کیلو ولت مشکل است، ضمن اینکه میدان‌های مغناطیسی زیادی را در اطراف خود تولید می‌نماید. همچنین ولتاژ معکوس در دیودهای به کار رفته در مدارهای یک‌سو کننده در مقایسه با دیودهای چند برابر کننده، کاهش می‌یابد. در این قسمت جهت آشنایی به تشریح اجمالی مدارهای 2، 3 و 4 برابر کننده، می‌پردازیم.

الف- دو برابر کننده‌های ولتاژ: شکل 66-13 یک مدار دو برابرکننده ولتاژ نیم‌موج را نشان می‌دهد.

در این مدار، بعد از چند سیکل خازن ${C_1}$ تا ماکزیمم ولتاژ ثانویه ترانسفورماتور $({V_m})$ و خازن $({C_2})$ تا $2{V_m}$ شارژ می‌شود. از توضیح چگونگی شارژ خازن‌ها صرف‌نظر شده است. نوع دیگر مدار دو برابرکننده ولتاژ، در شکل 67-13 رسم شده است. این مدار، دو برابر کننده ولتاژ تمام‌موج نام دارد.

ب- مدارهای سه و چهار برابرکننده ولتاژ:
در شکل 68-13 یک مدار سه و چهار برابرکننده ولتاژ نشان داده شده است. در حقیقت این مدار، یک مدار دو برابرکننده ولتاژ است که در صفحات پیش مورد بررسی قرار گرفت. با این تفاوت که به ازای هر یک برابر افزایش ولتاژ، یک خازن و یک دیود به آن اضافه شده است. این مدار می‌تواند با اضافه شدن متوالی دیودها و خازن‌ها به عنوان مدارهای پنج و شش برابرکننده، به کار آید.

شکل 69-13، یک مدار $n$ برابرکننده را نشان می‌دهد. خازن‌های ردیف بالا، نمایشگر ضرایب فرد مقدار شارژ، نسبت به ابتدای مدار و خازن‌های ردیف پایین، نمایشگر ضرایب زوج مقدار شارژ، نسبت به ابتدای مدار است. امروزه اغلب مدارهای چند برابرکننده را به صورت یکپارچه (ماجول modular) می‌سازند.

برش‌دهنده‌ها (Clipper)

در بسیاری از موارد، از جمله در دیجیتال و کامپیوتر لازم می‌شود که دامنه سیگنال‌ها از قسمت مثبت یا منفی یا هر دو به اندازه معینی محدود شود. این عمل به وسیله مدارهای برش‌دهنده انجام می‌شود.

الف- مدار برش‌دهنده مثبت: مدار برش‌دهنده مثبت، قادر است قسمت مثبت سیکل‌ها را، به هرمقدار که لازم باشد، محدود کند. شکل الف- ب- 70-13 یک مدار برش‌دهنده مثبت را نشان می‌دهد. برای سادگی کار، دیود را ایده‌آل در نظر می‌گیریم.

مدارهای مهارکننده (Clampers)

در مدار مهارکننده، تنها کاری که انجام می‌گیرد، اضافه شدن مؤلفه $DC$ به سیگنال است. عمل مهارکنندگی در شکل 72-13 نشان داده شده است. توجه داشته باشید که در مهارکننده‌ها باید ولتاژ $DC$ باتری با ${V_M}$ (مقدار ماکزیمم دامنه موج $AC$) برابر باشد.

در حقیقت مهارکننده، فقط روی سیگنال، یک تغییر مکان عمودی می‌دهد. این تغییر مکان می‌تواند به سمت بالای خط صفر(مثبت) و یا زیر خط صفر (منفی) باشد، که به ترتیب مهارکننده مثبت و منفی نام دارد. شکل 37-13 ، مهارکننده را نشان می‌دهد. 

نام‌گذاری دیودها

برای نام‌گذاری دیودها، معمولاً سه روش وجود دارد. هرچند، برخی از کارخانجات سازنده در گوشه و کنار دنیا از روش‌های دیگری برای نام‌گذاری استفاده می‌نمایند. این سه روش مطابق شکل 74-13 عبارت‌اند از:
1- روش ژاپنی 2- روش اروپایی 3- روش آمریکایی

اینک چگونگی نام‌گذاری هر یک از سه روش فوق را توضیح می‌دهیم:

روش ژاپنی: در این روش نام‌گذاری از عدد 1 و حرف $S$، که به دنبال آن می‌آید استفاده می‌شود و به دنبال آن تعدادی شماره خواهد آمد که با مراجعه به جدول می‌توان مشخصات الکتریکی آن‌ها را به دست آورد. دراین روش، جنس و نوع دیود مشخص نمی‌شود. برای مثال، دیود $1SC10A$ دیود زنر است (در موارد زیادی برای دیودهای زنر حرف $A$ را در انتهای شماره‌ها می‌آورند) و دیود $1S310$ یک دیود معمولی و دیود $1S2049$ دیود واراکتور است.

روش اروپایی: در روش اروپایی تا سال 1960 تمامی دیودها را با حروف $OA$ با تعدادی شماره به دنبال آن مشخص می‌کردند، که با مراجعه به جدول می‌توانستیم مشخصات الکتریکی آنها را به دست آوریم. مانند دیود $OA34$. اما از سال1960 به بعد این روش نام‌گذاری تغییر کرد. نحوه تغییر به این صورت بود: دیودهایی که بیشتردر مدارات رادیو و تلویزیون به کار می‌روند، با دو حرف و سه شماره مشخص می‌شوند. و دیودهایی که کاربرد آنها در مدارات مخصوصی است با سه حرف و دو شماره معین می‌گردند.

در ذیل روش نام‌گذاری دو حرفی و سه شماره‌ای را شرح می‌دهیم. حرف اول، جنس نیمه‌هادی به کار رفته در دیود را مشخص می‌کند، اگر دیود از جنس ژرمانیوم باشد آن را با حرف $A$ و اگر از جنس سیلیسیم باشد با حرف $B$ مشخص می‌نمایند. حرف دوم نوع دیود را مشخص می‌کند. (شکل 75-13)

A دیود معمولی یک‌سوکننده
Y دیود یک‌سوکننده قدرت
B دیود واراکتور
Z دیود زنر

بعد از حروف، شماره‌هایی آورده می‌شود که می‌توان با مراجعه به جدول، مشخصات الکتریکی آن را به دست آورد. یادآوری می‌شود در اکثر مواقع در مورد نام‌گذاری دیود زنر، ولتاژ زنر را نیز روی آن قید می‌نمایند.

روش آمریکایی: در این روش از عدد 1 و حرف $N$ و تعدادی شماره، که به دنبال آن می‌آید، استفاده می‌شود. در این روش جنس و نوع دیود مشخص نیست. مانند $1N4006$ که یک دیود یک‌سوکننده است. با مراجعه به شماره‌ای که بعد از $1N$ می‌آید، می‌توان با مراجعه به جدول مربوطه، مشخصات الکتریکی و نوع دیود را تعیین کرد. بعضی مواقع نیز به جای ارقام بعد از $1N$، از کدهای رنگی استفاده می‌شود. زمانی که از کدهای رنگی استفاده می‌شود از چاپ حرف و عدد $1N$ صرف‌نظر می‌گردد. کدهای رنگی مانند مقاومت‌ها هستند، با این تفاوت که شماره رنگ‌ها به دنبال هم قرار می‌گیرند، مثلاً شکل 76-13 دیود $1N4148$ را نشان می‌دهد.

الگوی پرسش (ارزشیابی واحد یادگیری 13 از پودمان پنجم):

1- یک‌سوسازی را تعریف کنید و انواع آن را نام ببرید.

2- یک‌سوسازی نیم‌موج را با رسم شکل و شکل موج‌های ورودی و خروجی، توضیح دهید.

3- حداکثر ولتاژ معکوس دو سر دیود یک‌سوساز نیم‌موج، چقدر است؟

4- یک‌سوساز پل را توضیح دهید. شکل مدار و شکل موج‌های ورودی و خروجی آن را رسم کنید.

5- رابطه حداکثر ولتاژ معکوس دیود در یک‌سوکننده تمام‌موج را بنویسید.

6- صافی (فیلتر) را تعریف کنید و اثرات آن را در یک‌سوکننده‌های نیم‌موج، تمام‌موج و پل با هم مقایسه کنید.

7- اصول کار چند برابر کننده‌های ولتاژ را توضیح دهید.

8- مدار شکل 68-13 را توضیح دهید.

9- کاربرد چند برابرکننده‌های ولتاژ را نام ببرید.

10- اصول کار مدارهای محدودکننده را توضیح دهید.

11- برش‌دهنده‌های مثبت ومنفی را با رسم شکل توضیح دهید.

12- روش‌های نام‌گذاری دیود را نام ببرید.

13- با توجه به شکل 77-13 اگر نسبت دور ترانسفورماتور $22:1$ باشد میانگین ولتاژ دو سر بار و $PIV$ هر دیود چقدر است؟ (دیودها ایده‌آل هستند).

14- با توجه به مدار شکل 78-13 که مربوط به منبع تغذیه 9 ولت است، در صورت ایده‌آل بودن دیودها، ولتاژ کار خازن چند ولت باشد تا آسیب نبیند؟

15- $1N4148$ نام‌گذاری دیود با روش ............... و $OA90$ نام‌گذاری دیود با روش .............. است.

واحد یادگیری 14: ترانزیستور

ساختمان ترانزیستور

ترانزیستور معمولی یک المان سه پایه است که از سه کریستال نیمه‌هادی نوع $N$ و $P$، که در کنار هم قرار دارند، تشکیل شده است. ترتیب قرار گرفتن نیمه‌هادی‌ها در کنار هم، به دو صورت انجام‌پذیر است:
الف) دو قطعه نیمه‌هادی نوع $N$ در دو طرف و نیمه‌هادی نوع $P$ در وسط.
ب) دو قطعه نیمه‌هادی نوع $P$ در دو طرف و نیمه‌هادی نوع $N$ در وسط.

در حالت (الف)، ترانزیستور را $NPN$ و در حالت (ب) ترانزیستور را $PNP$ می‌نامند. شکل 1-14 ترتیب قرار گرفتن نیمه‌هادی‌ها را کنار هم نشان می‌دهد.

در شکل 2-14، لایه‌های ترانزیستور را مشاهده می‌کنید. پایه‌های خروجی ترانزیستور را به ترتیب امیتر (منتشرکننده = Emitter)، بیس (پایه = Base) و کلکتور (جمع‌کننده = Collector) نام‌گذاری کرده‌اند.

امیتر را با حرف $E$، بیس را با حرف $B$ و کلکتور را با حرف $C$ نمایش می‌دهند.

نیمه‌هادی نوع $P$ یا $N$ که به عنوان امیتر به کار می‌رود، نسبت به لایه بیس وکلکتور، ناخالصی بیشتری دارد. ضخامت این لایه حدود چند ده‌میکرون است (عملاً حدود $20 - 200\mu m$) و سطح تماس آن نیز به میزان فرکانس وقدرت ترانزیستور بستگی دارد.

لایه بیس، نسبت به کلکتور و امیتر، ناخالصی کمتری دارد و ضخامت آن نیز به مراتب از امیتر و کلکتور کمتر است و عملاً از چند میکرون تجاوز نمی‌کند.

ناخالصی لایه کلکتور از امیتر کمتر و از بیس بیشتر است. ضخامت این لایه به مراتب از امیتر بزرگ‌تر است، زیرا تقریباً تمامی تلفات حرارتی ترانزیستور در کلکتور ایجاد می‌شود. شکل 3-14 تصویری از نسبت تقریبی لایه‌ها را نشان می‌دهد. سطح تماس کلکتور با بیس، حدوداً 9 برابر سطح تماس امیتر با بیس است.

این نوع ترانزیستورهارا به اختصار ترانزیستور دو قطبی تک پیوندی یا (Bipolar Junction Transistor) یا BJT می‌نامند.

معادل دیودی ترانزیستور

هر ترانزیستور، دارای سه پایه و 2 پیوند است. هر پیوند را می‌توان به صورت یک دیود نشان داد. در نتیجه، معادل دیودی یک ترانزیستور به صورت شکل 4-14 نشان داده می‌شود.

قطعاتی مانند مقاومت، خازن، دیود و ترانزیستور که به صورت تکی ساخته می‌شوند، را قطعات مجزا از هم یا دیسکریت (Discrete) می‌نامند. امروزه از قطعات دیسکریت کمتر استفاده می‌شود و اغلب به صورت مدار مجتمع یا آی‌سی (IC - ntegrated Circuit) به بازار عرضه می‌گردد.

عملکرد ترانزیستور

بایاس ترانزیستور: برای اینکه بتوان از ترانزیستور به عنوان مدارهایی مانند تقویت‌کننده و سوئیچ استفاده نمود، ابتدا باید ترانزیستور را از نظر ولتاژ $DC$ تغذیه کرد، عمل تغذیه ولتاژ پایه‌های ترانزیستور را بایاس ترانزیستور می‌نامند.

با توجه به اینکه ترانزیستور دارای سه پایه مجزا است می‌توانیم یکی ازپایه‌ها را پایه مشترک و دو پایه دیگر را ورودی وخروجی آن در نظر بگیریم.

اتصال ولتاژ $DC$ به پایه‌های ترانزیستور، نحوه عملکرد آن را در مدار بیان می‌کند. نظر به اینکه تعداد پایه‌های ترانزیستور 3 عدد است، می‌توانیم ولتاژ $DC$ را به فرم‌های مختلف به ترانزیستور متصل کنیم. در این قسمت به شرح انواع اتصال ولتاژ $DC$ به ترانزیستور می‌پردازیم. با این توضیح که در این جا بیس بین ورودی و خروجی، مشترک گرفته شده است.

الف) هر دو اتصال بیس- امیتر و اتصال بیس- کلکتور نیز در بایاس مستقیم است. شکل الف 5-14 این نوع بایاس را نشان می‌دهد. مقاومت‌های ${R_1}$ و ${R_2}$ در این شکل برای کنترل جریان به کار رفته است.
شکل ب 5-14 مدار معادل شکل الف 5-14 است.

همان‌طوری که از شکل مدار معادل پیداست، در این حالت بایاس، دو جریان ${I_E}$ (جریانی که از امیتر عبور می‌کند) و ${I_C}$ (جریانی که از کلکتور عبور می‌کن) هر کدام مسیر جداگانه‌ای در دو حلقه طی می‌کنند، فقط در پایه بیس با یکدیگر جمع می‌شوند و دوباره تقسیم می‌گردند.

ب) هر دو اتصال بیس- امیتر و اتصال بیس- کلکتور نیز در بایاس معکوس است. این نوع اتصال در شکل الف- 6-14 نشان داده شده است. شکل ب- 6-14 مدار معادل شکل الف- 6-14 است. همان طوری که از مدار معادل پیداست، هردو دیود در بایاس معکوس قرار گرفته و قطع‌اند. لذا جریان ${I_E}$ و ${I_c}$ برابر صفر است. البته جریان بسیار ضعیفی در اثر شکستن پیوندها در دمای معمولی از مدار عبور می‌کند که از آن صرف‌نظر می‌کنیم. در این حالت نیز ترانزیستور هیچ عملی انجام نمی‌دهد.

پ) اتصال بیس - امیتر در بایاس مستقیم و اتصال بیس- کلکتور در بایاس معکوس است. شکل الف و ب- 7-14 این حالت بایاس را نشان می‌دهد.

همان‌طوری که از شکل 7-14 پیداست، اتصال بیس- امیتر در بایاس مستقیم است، لذا باید یک جریان در مدار بیس - امیتر داشته باشیم. (در این قسمت استثنائا جهت جریان را در جهت واقعی الکترون‌ها در نظر می‌گیریم). (شکل 8-14)

همان‌طوری که از شکل 8-14 پیدا است، الکترون‌های نیمه‌هادی نوع $N$، توسط ولتاژ منفی باتری به سمت بیس رانده می‌شوند. گفتیم که لایه بیس نسبت به امیتر وکلکتور ناخالصی کمتری دارد و ضخامت آن نیز، نسبت به دو لایه دیگر فوق العاده کم است. در اینجا سؤالی پیش می‌آید که آیا این جریان الکترون‌ها مسیر خود را از طریق امیتر بیس می‌بندد یا اتفاق دیگری می‌افتد؟

در نگاه اول چنین به نظر می‌آید که جریان الکترون‌ها مسیر خود را باید از طریق بیس- امیتر ببندد، ولی عملاً این‌طور نیست و قسمت اعظم این جریان از طریق کلکتور بسته می‌شود. دلیل این عمل به شرح زیر است:

- به کلکتور ولتاژ مثبت وصل شده است و این ولتاژ قادر است، الکترون‌ها را به طرف خود جذب کند.
- لایه بیس بسیار نازک است و الکترون‌ها به محض وارد شدن به لایه بیس به دلیل کم بودن این فاصله با کلکتور جذب می‌شوند. ثالثاً، سطح کلکتور حدود 9 برابر بزرگ‌تر از سطح امیتر است، لذا نسبت به ورود الکترون‌ها به لایه بیس احاطه کامل دارد و تقریباً تمام آنها را جذب می‌کند.
- ناخالصی بیس کم است و الکترون‌ها با حفره‌ها کمتر ترکیب می‌شوند. لذا تقریباً بیش از $95\% $ الکترون‌هایی که به لایه بیس وارد می‌شوند، مدار خود را از طریق کلکتور می‌بندند. شکل 9-14 ، نسبت تقسیم تقریبی الکترون‌ها بین کلکتور و بیس را نشان می‌دهد.

نماد فنی ترانزیستور

برای ساده‌تر نشان دادن ترانزیستورها در نقشه‌ها از علامت اختصاری استفاده می‌شود. شکل 10-14 ، نماد فنی ترانزیستورهای $PNP$ و $NPN$ را نشان می‌دهد.

جهت فلش در نماد فنی ترانزیستور نشان‌دهنده جهت دیود امیتر- بیس است. 

جهت جریان‌ها در ترانزیستور

جریانی که از کلکتور عبور می‌کند با ${{\text{I}}_C}$، جریانی که از بیس عبور می‌کند با ${{\text{I}}_B}$ و جریانی که از امیتر عبور می‌کند با ${{\text{I}}_E}$ نشان داده می‌شود. همان‌طوری که در شکل 11-14 نشان داده شده است، جریانی که از امیتر عبور می‌کند به دو انشعاب تقسیم می‌شود. قسمت بسیار کمی از جریان از بیس و قسمت اعظم آن از کلکتور عبور می‌کند، لذا جریان امیتر با مجموع جریان بیس و جریان کلکتور برابر است.

یعنی:

${I_E} = {I_C} + {I_B}$

برای سادگی و درک جهت جریان، معمولا جهت قراردادی را در نظر می‌گیرند. در جهت قراردادی، جریان از قطب مثبت باتری یا منب عتغذیه خارج و پس از عبور از مدار خارجی، به قطب منفی آن وارد می‌شود. در شکل‌های 11-14 و 2-14 جهت قراردادی جریان در ترانزیستورهای $NPN$ و $PNP$ نشان داده شده است. جهت قراردادی جریان، همیشه با جهت دیود بیس- امیتر مطابقت دارد.

نام‌گذاری ولتاژهای ترانزیستور

برای اینکه بتوان از ترانزیستور به عنوان مداری مانند تقویت‌کننده سیگنال‌های الکتریکی استفاده کرد، باید ترانزیستور با ولتاژ $DC$ تغذیه شود. در هر حالت، ولتاژهایی که به قسمت‌های مختلف ترانزیستور اعمال می‌شوند، با هم فرق می‌کنند در این قسمت به نام‌گذاری ولتاژ قسمت‌های مختلف می‌پردازیم.

ولتاژ که به پایه‌های بیس و امیتر وصل می‌شود با ${V_{BE}}$، ولتاژی که به پایه‌های کلکتور بیس داده می‌شود با ${V_{CB}}$، ولتاژی که بین کلکتور- امیتر وصل می‌شود با ${V_{CE}}$، ولتاژ منبع‌تغذیه کلکتور را با ${V_{CC}}$، و ولتاژی که انرژی بیس را تأمین می‌کند با ${V_{BB}}$ نشان می‌دهند.
در شکل 13-14، ولتاژهای قسمت‌های مختلف ترانزیستور را مشاهده می‌کنید. بین ولتاژهای ترانزیستور، رابطه ${V_{CE}} = {V_{CB}} + {V_{BE}}$ برقرار است.

ولتاژ هر پایه، را نسبت به زمین یا نسبت به هر مرجع دیگری، با حرف $V$ و نام پایه مورد نظر نشان می‌دهند. مثلاً ${V_C}$ پتانسیل (ولتاژ) پایه کلکتور نسبت به زمین است. در شکل 14-14 ولتاژ نقاط مختلف یک ترانزیستور نسبت به زمین نشان داده شده است.

ترانزیستور درحالت قطع

در شکل 15-14 یک ترانزیستور در حالت قطع نشان داده شده است. بیس در این حالت بایاس نشده است، از این رو ${I_B} = 0$ بوده، در نتیجه ${I_C}$ هم صفر است. در دو سر ${R_C}$ هیچ افت ولتاژی نداریم و همه ولتاژ منبع یعنی ${V_{CC}}$ در دو سر کلکتور- امیتر ترانزیستور افت می‌کند. در این حالت ترانزیستور مانند یک کلید باز است.

ترانزیستور در حالت اشباع

وقتی بیس امیتر ترانزیستور را بایاس موافق کنیم و ${I_B}$ را افزایش دهیم، ${I_C}$ هم افزایش می‌یابد، هرگاه ${I_C}$ به حداکثر مقدار خود برسد، $({I_{c\max }} = \frac{{{V_{CC}}}}{{{R_C}}})$ ولتاژ کلکتور امیترصفر و ترانزیستور در حالت اشباع است. ترانزیستور در حالت اشباع به طور ایده‌آل مانند یک کلید بسته عمل می‌کند. (شکل 16-14)

کاربرد ساده ترانزیستور به عنوان کلید

در شکل 17-14 کاربرد ساده ترانزیستور به عنوان کلید نشان داده شده است. به بیس ترانزیستور موجی مربعی با زمان تناوب 2 ثانیه اعمال شده است. در نیم پریودی که موج ورودی صفر و ترانزیستور قطع است، جریان کلکتور صفر و LED خاموش است. زمانی که موج مربعی دارای ولتاژ زیاد است، ترانزیستور وصل و در حالت اشباع قرار می‌گیرد. در این شرایط جریان کلکتور از LED عبور نموده، آن را روشن می‌کند. بدین ترتیب، LED یک ثانیه روشن و یک ثانیه خاموش بوده و چشمک می‌زند.

شکل ظاهری چند نمونه ترانزیستور و ‍‍پایه‌های آن

در شکل‌های 18-14 انواع ترانزیستور و پایه‌های آن را مشاهده می‌کنید. مانند سایر قطعات الکترونیکی مشخصات فنی ترانزیستور را نیز در برگه اطلاعات (Data Sheet) می‌نویسند. این اطلاعات قابل دسترسی در فضای مجازی است.

چگونگی عمل تقویت‌کنندگی در ترانزیستور

برای تقویت یک سیگنال الکتریکی توسط ترانزیستور، باید سیگنال را به ورودی ترانزیستور داد و از خروجی آن، سیگنال تقویت شده را دریافت نمود، در شکل 19-14 پایه بیس پایه مشترک بین ورودی و خروجی، امیتر- بیس ورودی ترانزیستور وکلکتور- بیس خروجی آن در نظر گرفته شده است. اتصال بیس امیتردر بایاس مستقیم و اتصال بیس- کلکتور در بایاس معکوس است.

نظر به اینکه اتصال بیس- امیتر در بایاس مستقیم است، مقاومت آن کم است و اتصال بیس- کلکتور در بایاس معکوس و در نتیجه مقاومت آن زیاد است.

حال یک مقاومت مثلاً 100 اهم، را جهت کنترل جریان در ورودی ترانزیستور با اتصال بیس- امیتر سری می‌نماییم. از آن جایی که اتصال کلکتور بیس در بایاس معکوس است، سری کردن یک مقاومت زیاد، مثلا یک کیلو اهم، اثر چندانی روی ترانزیستور ندارد. شکل 20-14 معادل دیودی ترانزیستور را که در حالت $DC$ بایاس شده است، نشان می‌دهد.

ولتاژ بایاس- امیتر بیس را حدود 0/7 ولت (زیرا ولتاژ 0/7 ولت، دیود- امیتر - بیس را کاملا هادی می‌سازد) و ولتاژ باتری کلکتور- بیس را حدود 10 ولت انتخاب می‌نماییم. چون دیود کلکتور- بیس در بایاس معکوس است، هیچ‌گونه اشکالی در مدار به وجود نمی‌آید. (شکل 21-14) 

یک سیگنال متناوب با دامنه مثلاً 0/1 ولت را به ورودی ترانزیستور اعمال می‌کنیم. می‌خواهیم ببینیم آیا این سیگنال تقویت خواهد شد یا نه؟ اگر مقاومت دیود امیتر- بیس را به هنگام اعمال سیگنال، معادل $20\Omega $ فرض کنیم در حلقه ورودی، جریان ناشی از سیگنال متناوب برابر است با:

$I = \frac{{0/1V}}{{100 + 20}} = 0/00083A = 0/83mA$

همان‌گونه که بیان شد، قسمت اعظم جریان امیتر از طریق کلکتور مسیر خود را می‌بندد. از این رو، این جریان تقریباً از مقاومت ${R_2} = 1K\Omega $، که با کلکتور سری شده است، عبور می‌کند ودر دو سر مقاومت $1K\Omega $ افت ولتاژ متناوبی با دامنه ${U_{R2}} = 0/83mA \times 1K\Omega  = 0/83V$ ایجاد می‌کند. افت ولتاژ متناوب دو سر ${R_2}$ به مراتب از ولتاژ متناوب ورودی بیشتر است. در نتیجه ولتاژ ورودی تقویت می‌شود. اگر ضریب تقویت ولتاژ را با ${A_V}$ نشان دهیم، رابطه و مقدار ${A_V}$ برابر است با: نسبت دامنه سیگنال خروجی به دامنه سیگنال ورودی

${A_V} = \frac{{0/83}}{{0/1}} = 8/3$

پس سیگنال متناوب ورودی 8/3 مرتبه تقویت شده است. با طراحی مدارهای ترانزیستوری و با تغییر مقدار مقاومت‌ها می‌توان دامنه سیگنال خروجی را روی مقدار مورد نظر تنظیم نمود. همان‌گونه که مشاهده شد، تمام جریانی که از مقاومت ${R_1}$ می‌گذرد تقریباً از مقاومت ${R_2}$ هم عبور می‌کند.

این عمل تنها به وسیله ترانزیستور صورت گرفته است. به این ترتیب می‌توان گفت ترانزیستور عمل انتقال مقاومت را انجام داده است. نام ترانزیستور هم از همین عمل انتخاب شده است. Transistor از ترکیب دو کلمه Transfer of resistor گرفته شده است.

معرفی دو نمونه آی‌سی آمپلی فایر

همان‌طور که اشاره شد امروزه مدارهای الکترونیکی را به صورت مدار مجتمع یا $IC$ می‌سازند. در شکل 22-14 بلوک دیاگرام یک نمونه تقویت‌کننده صوتی (Audio amplifier) را مشاهده می‌کنید.

در سال‌های اخیر تعداد متنوعی از تقویت‌کننده‌های قدرت که توانایی تحویل تا چند وات را به مقاومت‌های بارکوچک (مانند بلندگو) دارند، به صورت تراشه ساخته شده‌اند. یکی از تراشه‌ها $LM380$ است که شکل ظاهری و نماد آن را در شکل‌های 23، 24-14 مشاهده می‌کنید. $LM380$ در بسته‌بندی‌های 14 و 8 پایه وجود دارد. در بسته‌بندی نوع 14 پایه، تعدادی ازپایه‌ها به زمین وصل شده‌اند و نقش رادیاتور را بر عهده دارند.

مشخصات فنی مدارهای مجتمع را مانند سایر قطعات در برگه اطلاعات (Data Sheet) می‌آورند.

آی‌سی $LM386$ نوعی تقویت‌کننده صوتی است که می‌تواند تا چند صد میلی‌وات توان را به خروجی تحویل دهد، این آی‌سی می‌تواند در ولتاژهای کم تا $4V$ کار کند. در زیر تعدادی از مشخصات $LM386$ داده شده است.

توجه: ارزشیابی این اطلاعات با استفاده از Data Sheet صورت می‌گیرد، لذا نیازی به حفظ کردن و به خاطر سپردن اطلاعات نیست.
- توان خروجی $325 - 700mW$
- بهره ولتاژ $20 - 200$
- ولتاژ تغذیه $4 - 12v$
- مقاومت ورودی $50k\Omega $
- پهنای باند $300KHz$
نقشه یک مدار ساده با استفاده از $LM386$، نماد فنی و شکل ظاهری آی‌سی را در شکل‌های 25، 26، 27-14 مشاهده می‌کنید.

نام‌گذاری ترانزیستورها

برای نام‌گذاری ترانزیستورها، سه روش مشهور در دنیا وجود دارد. گرچه تعدادی از کارخانجات در گوشه و کنار دنیا از نام‌گذاری خاصی استفاده می‌نمایند.

این سه روش، عبارت‌اند از:
- نام‌گذاری به روش ژاپنی
- نام‌گذاری به روش اروپایی
- نام‌گذاری به روش امریکایی

شکل 28-14 نموداری از نام گذاری‌ها را نشان می‌دهد.

فرایند نام‌گذاری قطعات مانند ترانزیستورها و آی‌سی‌ها در کتاب اطلاعات (Data Book) درج می‌شود و هنرجویان باید قادر باشند این اطلاعات را از منابع مربوطه استخراج و استفاده کنند.

نام‌گذاری به روش ژاپنی

نام‌گذاری ترانزیستورها با روش ژاپنی با عدد 2 شروع می‌شود و به دنبال آن حرف $S$ می‌‌آید. بعد از $2S$ ، یکی از چهار حرف $A$ ،$B$ ، $C$ و $D$ قرار می‌گیرد، که با توجه به کتاب اطلاعات مفاهیمی‌به شرح زیر دارد:
1- حرف $A$ نشان‌دهنده ترانزیستور از نوع $PNP$ در فرکانس‌های بالا، نیز می‌تواند کار کند.

High frequency = HF

2- حرف $B$ نشان‌دهنده ترانزیستور از نوع $PNP$ است در فرکانس‌های کم می‌تواند کار کند.

Low frequency = LF

3- حرف $C$ نشان‌دهنده ترانزیستور از نوع $NPN$است و در فرکانس‌های بالا، نیز می‌تواند کار کند.
4- حرف $D$ نشان‌دهنده ترانزیستور از $NPN$ است و در فرکانس‌های کم نیز می‌تواند کار کند.
بعد از این حروف تعداد 2 یا 3 یا 4 رقم عدد قرار می‌گیرد که با مراجعه به جدول می‌توان مقادیر مشخصه‌های الکتریکی آن را به دست آورد. در این سیستم، حروف روی ترانزیستور، مشخص‌کننده جنس نیمه‌هادی به کار رفته (ژرمانیوم یا سیلیسیم) و همچنین حدود قدرت آن نیست. مثلاً المان سه پایه به شماره $2S30829$ نشان‌دهنده ترانزیستور از نوع $NPN$ با محدوده فرکانسی بالا است. بر روی اکثر ترانزیستورها، حرف $2S$ را قید نمی‌نمایند، مثلاً $C829$ همان $2SC829$ است. (شکل 29-14)

نام‌گذاری به روش اروپایی

در نام‌گذاری روش اروپایی، تا سال 1960، ترانزیستور را با حرف $OC$ و $OD$ و با 2، 3 یا 4 عدد به دنبال آن مشخص می‌کردند که $OC$ برای ترانزیستورهای کم قدرت و $OD$ برای ترانزیستورهای پرقدرت به کار می‌رفت. مانند  $OC72$، در این روش نام‌گذاری، نوع ترانزیستور $(PNP\_NPN)$ یا جنس نیمه‌هادی به کار رفته یا محدوده فرکانسی آن مشخص نبود.

از سال 1960 به بعد، سیستم نام‌گذاری ترانزیستورها تغییر کرد. به این طریق که ترانزیستورهای به کار رفته در رادیو و تلویزیون و یا در وسایل الکترونیکی عمومی بیشتر با دو حرف و سه شماره و ترانزیستورهای خاص، با سه حرف و دو شماره مشخص می‌شوند. مانند ترانزیستور شماره $BUX38$، که این ترانزیستور در فرکانس‌های رادیویی با جریان و ولتاژ زیاد به کار برده می‌شود. در این مبحث روش نام‌گذاری با دو حرف و سه شماره گفته خواهد شد. (شکل 30-14)

معمولاً مفاهیم مربوط به هر یک از حروف و اعداد را در جایگاه خود در کتاب اطلاعات ترانزیستور می‌نویسند و برای استخراج آن باید به منابع مربوطه مراجعه کنید.

حرف اول در این روش، نشان‌دهنده جنس نیمه‌هادی است که اگر ژرمانیوم باشد آن را با حرف $A$ و اگر سیلیسیم باشد با حرف $B$ مشخص می‌نمایند.

حرف دوم را ار حروف $C$ ، $D$ ، $F$ ، $L$ ،‌ $S$ یا $U$ استفاده می‌نمایند که معانی هر یک از این حروف به شرح زیر است:

$C$ ترانزیستور کم قدرت-فرکانس کارکم.
$D$ ترانزیستورقدرت-فرکانس کار کم
$F$ ترانزیستور کم قدرت-فرکانس کارزیاد
$L$ ترانزیستور قدرت-فرکانس کارزیاد
$S$ ترانزیستور کم قدرت که به صورت سوئیچ به کار می‌رود.
$U$ ترانزیستور قدرت، به صورت سوئیچ به کار می‌رود.

سه شماره بعد، نشان‌دهنده سری ترانزیستور است، که با استفاده از این سه شماره و جدول مشخصات، می‌توان مشخصات الکتریکی ترانزیستور را به دست آورد. برای مثال مشخصات ترانزیستور $BC107$ در شکل 31-14 نشان داده شده است:

همچنین برخی از مشخصات فنی ترانزیستور $BF480$، ترانزیستور کم قدرت بوده، و جنس آن از سیلیسیم است و با فرکانس زیاد $(1GHZ)$ نیز می‌تواند کار کند. در این سیستم نام‌گذاری نوع ترانزیستور $(NPN - PNP)$ از روی حروف ترانزیستور مشخص نیست.

نام‌گذاری به روش آمریکایی

دراین روش نام‌گذاری، ترانزیستور و المان‌های 3 قطبی را با حرف و عدد $2N$ مشخص می‌کنند و تعدادی رقم را برای شماره سری به دنبال آن می‌آورند. حرف $N$ و عدد 2 فقط المان‌های 3 قطبی را از المان‌های 2 قطبی (مانند دیود) مشخص می‌سازد. با توجه به شماره‌های بعدی که به دنبال آن می‌آورند و با توجه به جدول مشخصات المان‌ها، نوع المان و همچنین مشخصات الکتریکی آنها را باید به دست آورد. برای مثال مشخصات ترانزیستور $2N2219$ و چند المان سه قطبی را در شکل 32-14 مشاهده می‌کنید.

الگوی پرسش (ارزشیابی واحد یادگیری 14 از پودمان پنجم):

1- ساختمان ترانزیستور را شرح دهید.

2- بایاسینگ ترانزیستور را شرح دهید.

3- در مورد انتخاب نام ترانزیستور توضیح دهید.

4- شمای مداری و معادل دیودی ترانزیستور $NPN$ و $PNP$ را رسم کنید.

5- پایه‌ها و جهت قراردادی جریان و ولتاژهای ترانزیستورهای شکل 33-14 را تعیین کنید.

6- ترانزیستور شکل 34-14 آیا معادل یک کلید باز است یا کلید بسته؟

7- ترانزیستور شکل 35-14 معادل یک کلید باز است یا بسته؟