ترانزیستور و رگولاتور و کاربرد آن در گوشی موبایل

اگر بخواهیم یکی از انقلابی ترین قطعات را در دنیای الکترونیک نام ببریم، می توان به ترانزیستورها اشاره کرد، زیرا این قطعه گوشی از اهمیت بالایی برخوردار است. در گذشته، بعد از عصرهای زیادی همچون، عصر آهن، کشاورزی، مواد شیمیایی و غیره، عصری را به نام عصر ترانزیستور نام گذاری کردند که این نشان دهنده ی اهمیت بالای این قطعه از گذشته تا به امروز است.

ترانزیستور و رگولاتور و کاربرد آن در گوشی موبایل: آشنایی

در مقاله معرفی دیود و کاربرد آنها در گوشی های موبایل، این گونه بیان شد که دیود دارای دو ناحیه ی مثبت و منفی می باشد و بین این دو ناحیه سیلیکون وجود دارد. سیلیکون ماده ای بسیاری مهمی در دیودها و ترانزیستورها می باشد. این عنصر بسیار با اهیمت می باشد به طوری که در گذشته، مهم ترین قسمت آمریکا در صنعت الکترونیک را سیلیکون ولی (Silicon Valley) یا دره ی سیلیکون نامیدند که بسیاری از مهندسان مشهور و انسان های برجسته تمایل به کار کردن در آنجا را دارند. این مورد گفته شد تا خواندگان مقاله ی ما پی به اهمیت سیلیکون ببرند.

ترانزیستور چیست؟

ترانزیستور قطعه ای نیمه هادی است که برای تقویت کردن سیگنال های ورودی استفاده می شوند. ترانزیستور متشکل از قطعات جامد هستند و دارای سه ترمینال «اEmitter»، «Collector» و «Base» هستند که به دیگر اجزای مدار الکتریکی متصل می ‌شوند. ترانزیستور که یک عنصر اکتیو است وظیفه تقویت ولتاژ یا سوئیچ کردن و تامین ولتاژ اولیه برای راه اندازی مدار را بر عهده دارد.

در ترانزیستورها تصور کنید دو دیود به هم چسبیده اند، به این حالت که سه ناحیه را ایجاد کنند، که یک ناحیه ی مثبت و دو ناحیه منفی را بوجود آورده است و بین ناحیه مثبت و منفی نیز ناحیه ی تهی قرار گرفته است که در شکل زیر با رنگ زرد نشان داده شده است.

ترانزیستور

اگر به ناحیه ی مثبت، ولتاژ کمی وارد کنیم، مقداری الکترون به این ناحیه داده شده و باعث وصل شدن ناحیه های داخل ترانزیستور خواهد شد و کل مسیر با سوئیت و انتخاب ما وصل می گردد.

در دیودها گفته می شد که اگر به دو سر دیود، ولتاژ داده شود، سد بین دو ناحیه شکسته می شود و الکترون ها از سد عبور کرده و به قسمت کم الکترون می روند ولی در اینجا ما همانند کلید عمل کرده و به آنها اعلام می شود که مسیر را وصل کنید. پس مهمترین بحث ترانزیستورها بحث کلید زنی آن می باشد.

ساختار ترانزیستور

در دنیای ترانزیستورها دو مدل و یا حالت وجود دارند که عبارتند از: NPN و PNP

ترانزیستور NPN: اگر در ترانزیستور در قسمت بالا ناحیه ی منفی وجود داشته باشد بعد ناحیه ی مثبت با آن چسبیده باشد و بعد از آن مجدداً ناحیه منفی قرار بگیرد، به آن ترانزیستور NPN گفته می شود یا اصطلاحاً ترانزیستور منفی نامیده می شود.

ترانزیستور NPN

ترانزیستور PNP: در حالت دیگر اگر در دو طرف ترانزیستور دو ناحیه مثبت وجود داشته باشد و در بخش میانی ناحیه منفی قرار بگیرد به آن ترانزیستور PNP گفته خواهد شد، که اصطلاحاً ترانزیستور مثبت نامگذاری می شود.

ترانزیستور PNP

در ادامه به شما خواهیم گفت که این دو نوع ترانزیستورها چه تفاوت هایی دارند و کاربرد هر کدام در چه جاهایی بیشتر است.

در هر ترانزیستور سه پایه ی خروجی وجود دارد که یکی از آنها پایه امیتر (emitter) است که به معنی منتشر کننده می باشد و بعدی پایه بیس (base) است که پایه ترازیستور بوده و بعدی نیز جمع کننده یا کلکتور (collector) نام دارد. پس در مدارها پایه ی امیتر را با حرف E و پایه ی بیس را با حرف B و پایه ی کلکتور را با حرف C نشان می دهند

شکل زیر مربوط به ترازیستور NPN، PNP است که کاربردهای متفاوتی دارند ولی NPN طرفداران بیشتری دارد. بخش های مختلف آنها در این شکل مشخص شده است.

بخش های مختلف ترازیستور NPN، PNP

همانطور که در تصویر بالا می بینید، اگر فلشی که بر روی امیتر است به سمت بیرون باشد ترانزیستور NPN است و اگر فلش به سمت داخل باشد ترانزیستور PNP است. پس این فلش تعیین کننده نوع ترانزیستور می باشد که باید به آن دقت شود.

اگر بخواهیم به زبان ساده بیان کنیم، باید گفت: در هر ترانزیستور دو کار صورت می گیرد که اگر ولتاژ کوچکی به پایه base داده شود، ارتباط بین دو بخش امیتر و کلکتور وصل می گردد. و در حالت بعدی وقتی ولتاژ کوچکی به base داده می شود، بین دو پایه تقویت می گردد.

انواع ترانزیستورها

ترانزیستور‌ها انواع مختلفی دارند که هر کدام کاربرد‌های متفاوتی دارند و به طور کلی به چهار طبقه زیر تقسیم می شوند:

1. ترانزیستور دو قطبی پیوندی (BJT)
2. ترانزیستور پیوند اثر میدانی (JEFT)
3. ترانزیستور اثر میدانی (EFT)
4. ترانزیستور اثر میدانی (MOSFET)

ترانزیستور دو قطبی پیوندی (BJT)

این ترانزیستور از دسته ترانزیستورهای BJT است که از دو نیمه‌ هادی نوع N تشکیل شده است و بین آنها لایه نازکی از نیمه ‌هادی نوع P قرار گرفته است که آن ‌ها را از هم جدا می‌ کند. در ترانزیستورهای دو قطبی، الکترون ها، اکثریت حامل ‌های بار هستند و جریان از پایه ‌های بیس و کلکتور به سمت امیتر منتشر می شود. ساختار آن شبیه این است که دو دیود از آند به یکدیگر متصل شوند.

ترانزیستور پیوند اثر میدانی (JEFT)

این ترانزیستور جزء اولین و ساده ترین نوع ترانزیستور FET هستند که کاربرد آنها به عنوان سوئیچ، تقویت ‌کننده و مقامت می باشد. این نوع ترانزستورها با ولتاژ کنترل می ‌شوند و به جریان بایاس نیز احتیاجی ندارند. ولتاژ اعمال شده بین گیت و منبع، جریان الکتریکی بین تخلیه و منبع را کنترل می‌کند.

ترانزیستور پیوند اثر میدانی (JEFT)

شکل های مختلف ترانزیستور در تصویر زیر آمده است:

نکته قابل توجه: همانطور که در شکل زیر مشخص شده است، ترانزیستور دو پایه دارد، زیرا بدنه، خود به جای کلکتور عمل می کند. پس هر جا دیدیم که در ترانزیستور دو پایه وجود دارد باید بدانید بدنه کلکتور می شود و اگر سه پایه داشت گاهی اوقات بدنه به کلکتور وصل است.

ترانزیستور دو پایه دارد

ولی باید یاد بگیریم که برای شناسایی دیودها و ترانزیستورها از طریق دیتا شیت آنها تشخیص دهیم که کلکتور و بیس کجاست، در قانون کلی ترانزیستورها، base در وسط قرار می گیرد ولی همانطور که در این شکل مشخص شده است، base در کنار و کلکتور در وسط قرار گرفته است.

base در کنار و کلکتور در وسط قرار گرفته است

در ترانزیستورهای دیگر جای پایه ها متفاوت است. پس باید از روی دیتا شیت آنها از نحوه قرارگیری پایه اطلاع پیدا کرد. بدین صورت که شماره فنی که بر روی ترانزیستور است را درگوگل سرچ کرده و دیتاشیت آن بالا می آید و از روی آن ببینید در این مدلی که شما دارید، پایه ها به چه صورت قرار گرفته اند. پس اینطور نیست که همیشه base وسط باشد و حالت های دیگری نیز وجود دارد.

کاربردهای اصلی ترانزیستور در مدارهای الکترونیکی

در زیر به برخی از کاربردهای اصلی ترانزیستور در مدارهای الکترونیکی اشاره شده است

1. سوئیچ کردن یا همان قطع و وصل کردن: به این معنی ست که دادن ولتاژ به base باعث وصل شدن دو پایه دیگر می شود.
2. تقویت کردن ولتاژ در کلکتور
3. تثبیت کننده ولتاژ
4. نوسان ساز: ترانزیستور با ترکیب خازن، سلف و غیره باعث نوسان سازی می شود.

در همه ی مدارها ترانزیستور را با شکل V و یا Q نشان می دهند.

پس اگر بخواهیم دو نکته مهم و با اهمیت را در بحث ترانزیستورها نام ببریم، یکی تشخیص نوع NPN یا PNP بودن آنهاست (به کمک فلش روی امیتر) و دومی نوع کاربرد آنها می باشد.

نکات قابل توجه در مورد ترانزیستورها

در زیر به برخی از نکاتی که هنگام استفاده و کار با ترانزیستورها باید رعایت کرد اشاره شده است:

• ترانزیستور با جریان کار می کند نه با ولتاژ
• نقطه ی کار ترانزیستور (یعنی در چه مواردی کاربرد بهتر و مفیدتری دارد). برای مثال در یک بلندگو با یک ترانزیستور با دادن ولتاژ 0.5ولت، آن را تقویت کرده و 10 ولت خروجی دارد.
• به ولتاژ دادن به پایه ها اصطلاحاً بایاس ترانزیستور گفته می شود.
• ناحیه اشباع: این اصطلاح در بخش قطع و وصل کردن استفاده می شود یعنی اگر به base ولتاژ دهیم و دو پایه ی دیگر به صورت کامل وصل شوند و همه ولتاژ باتری به آنها وارد شود، آن ناحیه را اشباع می گویند.
• ناحیه قطع: در حالتی که ولتاژ کافی به پایه داده نشود و دو پایه وصل نشده است، ناحیه قطع گفته می شود
• برای اینکه بتوان از ترانزیستور به عنوان سوئیچ و تقویت کننده و غیره استفاده کرد باید ترانزیستور را از نظر ولتاژ DC تغذیه کرد. به این عمل تغذیه ولتاژ پایه های ترانزیستور، بایاس ترانزیستور گفته می شود.
• در حالت سوئیچ کردن در ترانزیستور NPN وقتی جریان کمی به base داده می شود، ولتاژ زیادی از کلکتور به امیتر وارد می شود. (شکل سمت چپ)
• در حالت تقویت ترانزیستور، که کاربرد بیشتری دارد جریان به base داده شد و بعد باعث می شود ولتاژ بیشتری به کلکتور برود. (شکل سمت راست)

آزمایش ترانزیستورها

برای آزمایش ترانزیستور، ابتدا باید پایه های آن را از اهم تشخیص داد. برای این امر مولتی متر را در حالت دیود قرار می دهیم، یکی از پایه ها را نسبت به دو پایه دیگر تست می کنیم، هر کدام از پایه ها که به دو پایه دیگر راه داد و عدد نشان داد، آن پایه بیس (B) است. هرکدام که نسبت به دیگری عدد بیشتری نشان دهد امیتر (E) و پایه دیگرکلکتور (C) است.

در یک ترانزیستور سالم، پایه بیس به دو پایه امیتر و کالکتور راه می دهد و در حالت آزمایش دیود مقاومتی بین 200 تا 700 نشان خواهد داد؛ در غیر این صورت ترانزیستور خراب و باید تعویض شود. چنانچه هیچکدام از پایه ها راه نداد و یا مقاومت هر سه پایه یکسان بود ترانزیستور معیوب است.

آزمایش ترانزیستورها

برای اندازه گیری و تست ترانزیستور در تعمیرات موبایل از مولتی متر دیجیتال VC97 ویکتور استفاده می شود. نسخه جدید این مولتی متر تحت عنوان مولتی متر اتورنج دیجیتال مدل VC97 2021 نیز موجود است. اگر قصد خرید این مولتی متر را دارید، می توانید هر دو مدل آنها از فروشگاه سایت کوک موبایل با قیمت بسیار مناسب تهیه کنید.

رگولاتور

در ادامه به بحث رگولاتور و کاربرد آن در برد گوشی های موبایل می پردازیم.

رگولاتور به عنوان تنظیم کننده و تثبیت کننده ولتاژ در طراحی مدارات برد موبایل استفاده می شود.

همان طور که می دانید ولتاژ ورودی مدارات مختلف موبایل همان ولتاژ باطری است که حدود 4 ولت می باشد، اما در بعضی قسمت ها ممکن است این میزان ولتاژ کمتر از ولتاژ نامی باطری باشد، در آن حالت است که از رگولاتور استفاده می شود تا آن میزان مصرف قطعه به وسیله رگولاتور تنظیم شود.

رگولاتور

رگولاتور SMD به کار رفته در مدار موبایل معمولاً به صورت یک آی سی کوچک 4 الی 9 پایه استفاده می شود.

در مورد رگولاتورها پایه ورودی و خروجی ولتاژ از اهمیت بیشتری برخوردار است. در شکل زیر یک رگولاتور دوربین آیفون 6 را میبینیم که پایه ورودی ولتاژ(VDD) معادل ولتاژ باتری (V-BAT یا Vcc Main) اعمال شده و در پایه خروجی (VOUT) ولتاژ 2.85 ولت برای تغذیه دوربین فراهم گردیده است. در صورتی که در خروجی رگولاتور خازن متصل به مسیر خروجی میزان ولتاژ مد نظر را نداشت، رگولاتور خراب است و باید تعویض شود.

رگولاتور دوربین آیفون 6

امیدوارم از این مطلب آموزشی در مورد ترانزیستورها و رگولاتورها و کاربرد آنها در مدارات الکتریکی و گوشی های موبایل بهره برده باشید. در قسمت بالای همین صفحه ویدئو مربوط به این مبحث آورده شده است که در صورت تمایل می توانید روی لینک آن کلیک کنید و مطالب تکمیلی را مشاهده کنید. از اینکه وقت گذاشتید و حوصله کردید تا آخر این مطلب با ما بودید سپاسگزاریم.