ما هو الجهد المطلوب لتشغيل الترانزستور؟

1- تعريف جهد التشغيل للترانزستورات
يشير جهد التشغيل للترانزستور، باختصار، إلى الحد الأدنى لقيمة الجهد المطلوبة لتحويل الترانزستور من حالة الإيقاف إلى حالة التشغيل. يختلف تعريف وقياس جهد التشغيل لأنواع مختلفة من الترانزستورات، مثل ترانزستورات الوصلة ثنائية القطب (BJTs) وترانزستورات التأثير الميداني (FETs)، قليلاً.
ترانزستور الوصلة ثنائية القطب (BJT): في ترانزستور الوصلة ثنائية القطب، يشير جهد التشغيل عادةً إلى اللحظة التي يصل فيها جهد باعث القاعدة (Vbe) إلى قيمة حرجة معينة، حيث يبدأ الترانزستور في التوصيل. تعتمد هذه القيمة الحرجة على مادة الترانزستور وعملية تصنيعه، وعادةً ما تكون بين 0.6 فولت و0.7 فولت (بالنسبة لترانزستورات الوصلة ثنائية القطب القائمة على السيليكون)، ولكنها قد تختلف أيضًا وفقًا للطراز المحدد.
ترانزستور التأثير الميداني (FET): يشير جهد التشغيل لترانزستور التأثير الميداني إلى قيمة محددة يجب أن يصل إليها جهد مصدر البوابة (Vgs) حتى تبدأ القناة في التشكل أو التعزيز، مما يتسبب في انتقال ترانزستور التأثير الميداني من حالة الإيقاف إلى حالة التشغيل. يشار إلى هذه القيمة عادةً باسم جهد العتبة (Vth)، ويتأثر حجمها أيضًا بنوع ترانزستور التأثير الميداني (مثل قناة N أو قناة P)، والمادة (مثل السيليكون أو زرنيخيد الجاليوم)، وعملية التصنيع.
2- العوامل المؤثرة على جهد تشغيل الترانزستورات
إن جهد تشغيل الترانزستور ليس ثابتًا ويتأثر بعوامل مختلفة
درجة الحرارة: مع ارتفاع درجة الحرارة، يزداد تركيز الناقل الجوهري للمواد شبه الموصلة، مما يتسبب في تغيير جهد تشغيل الترانزستورات. بشكل عام، سينخفض ​​جهد تشغيل الترانزستور BJT قليلاً مع زيادة درجة الحرارة، بينما قد يرتفع أو ينخفض ​​جهد العتبة لـ FET، اعتمادًا على نوع عملية تصنيع FET.
عملية التصنيع: يمكن لعمليات التصنيع المختلفة أن تسبب تغييرات في الأبعاد الهندسية وتركيز المنشطات وغيرها من معلمات الترانزستورات، مما يؤثر على جهد التشغيل الخاص بها. مع التقدم المستمر لتكنولوجيا أشباه الموصلات، فإن جهد تشغيل الترانزستورات يتناقص باستمرار لتلبية متطلبات الأداء العالي واستهلاك الطاقة المنخفض.
المواد: بالإضافة إلى السيليكون، تُستخدم مواد أخرى مثل زرنيخيد الغاليوم وكربيد السيليكون وما إلى ذلك في تصنيع الترانزستورات. تتمتع هذه المواد بخصائص فيزيائية وكيميائية مختلفة، والتي يمكن أن تؤثر أيضًا على جهد تشغيل الترانزستورات.
3- طريقة قياس جهد التشغيل للترانزستورات
يتطلب قياس جهد التشغيل للترانزستورات استخدام معدات اختبار احترافية، مثل أجهزة تحليل معلمات أشباه الموصلات أو أجهزة قياس الذبذبات. فيما يلي مثال مبسط لخطوة القياس (باستخدام MOSFET ذي القناة N كمثال):
قم بتوصيل منفذ الصرف (D) الخاص بـ MOSFET بالقطب الموجب لمصدر الطاقة والمصدر (S) بالقطب السالب لمصدر الطاقة لتشكيل قناة مصدر الصرف.
قم بتطبيق جهد متزايد تدريجيًا (Vgs) على البوابة (G) باستخدام مولد إشارة أو مصدر جهد.
في هذه الأثناء، استخدم مقياس التيار لمراقبة التغيرات في تيار الصرف (Id). عندما يبدأ Id في الزيادة بشكل كبير (عادةً ما يصل إلى تيار عتبة محدد مسبقًا)، فإن Vgs المقابل هو جهد العتبة (Vth) لـ MOSFET.
تجدر الإشارة إلى أنه بسبب الأخطاء المختلفة وعدم اليقين في عملية القياس (مثل مقاومة التلامس، وانحراف درجة الحرارة، وما إلى ذلك)، قد يكون لجهد الفتح المقاس الفعلي بعض الانحراف عن القيمة النظرية أو القيمة الاسمية في دليل البيانات.
4- أهمية جهد تشغيل الترانزستور في التطبيقات العملية
يؤثر جهد تشغيل الترانزستورات بشكل كبير على تصميم الدائرة وتحسين الأداء. على سبيل المثال، في الدوائر الرقمية، لضمان التبديل الصحيح للبوابات المنطقية وتقليل استهلاك الطاقة، من الضروري التحكم بدقة في جهد تشغيل الترانزستورات. بالإضافة إلى ذلك، في الدوائر التناظرية، يحدد جهد تشغيل الترانزستورات أيضًا معلمات رئيسية مثل مكسب الدائرة وعرض النطاق الترددي. لذلك، عند تصميم وتصنيع الترانزستورات، من الضروري مراعاة خصائص ومتطلبات جهد تشغيلها بالكامل.
https://www.trrsemicon.com/transistor/npn-silicon-transistor-bcx55.html