טרנזיסטורים

טרנזיסטורים יכולים לשמש כמגבר לשלוט במהירות של מנוע חשמלי כגון מנוע מפוח של יחידת מיזוג אוויר, או כמתגים ללא תזוזה

מכאנית על-מנת לשלוט במפעילים כמו מזרקי דלק.

בפרק זה נעסוק בארבעת האזורים הבאים:

· אופן הפעולה של הטרנזיסטור

· יישומי טרנזיסטור ברכב

· הגברה באמצעות טרנזיסטור

· מעגלים משולבים

טרנזיסטורים עשויים מאותם חומרים בעלי קוטביות חיובית או שלילית כמו דיודה ומשתמשים באותו עקרון פעולה. אולם

לטרנזיסטורים יש שני צמתי קוטביות במקום אחד בלבד שיש לדיודה. שני הצמתים מאפשרים לטרנזיסטור לבצע יותר פעולות

מדיודה, כמו לפעול בתור מתג או מגבר.

הטרנזיסטור הדו-קוטבי מורכב משלושה חלקים:אמיטר, בסיס, וקולקטור. ישנם שני סוגים של טרנזיסטורים דו-קוטביים:

PNP ו-NPN. בטרנזיסטור PNP האמיטר עשוי מחומר חיובי P, הבסיס מחומר שלילי N והקולקטור מחומר חיובי P. כדי

שטרנזיסטור PNP יעבוד, האמיטר חייב להיות מחובר לקוטב חיובי, הבסיס והקולקטור להארקה.

בטרנזיסטור NPN האמיטר עשוי מחומר שלילי N, הבסיס מחומר חיובי P והקולקטור מחומר שלילי N. כדי שטרנזיסטור

NPN יעבוד, האמיטר חייב להיות מחובר להארקה, הבסיס והקולקטור לקוטב חיובי. למעט הדרך שהם מחוברים חשמלית,

טרנזיסטור PNP ו-NPN עובדים אותו הדבר. לשני הטרנזיסטורים יש צומת קדמית ואחורית ושלושת הרכיבים של

הטרנזיסטור מסודרים בשלוש שכבות.

הזרם שזורם בין האמיטר לבסיס שולט בזרם שבין האמיטר לקולקטור. האמיטר הוא החלק הגדול ביותר ולכן הוא מכיל הכי

הרבה אלקטרונים עודפים או חורים תלוי אם הטרנזיסטור הוא PNP או NPN. הקולקטור הוא השני בגודלו הפיזי ולכן מכיל מעט

פחות אלקטרונים עודפים. הבסיס הוא החלק הדק ביותר ומכיל הכי פחות אלקטרונים עודפים. כתוצאה ממבנה העודפים הזה, זרימת הזרם

בין האמיטר לקולקטור היא הרבה יותר גדולה מאשר בין האמיטר לבסיס. על-ידי ויסות של הזרם בצומת האמיטר-בסיס, ניתן לשלוט

בכמות הזרם שעוברת בין האמיטר לקולקטור.

הסימון של הטרנזיסטורים PNP ו-NPN הוא מאוד דומה. מה שמבדיל בינם הוא כיוון החץ ברגל של האמיטר שתמיד מצביע

בכיוון זרימת הזרם הקונבנציונאלי. הבסיס הוא החלק שנראה כמו T, והקו הנוסף, הנגדי לאמיטר הוא הקולקטור. בסימון PNP החץ

של האמיטר יצביע לתוך הסמל כך שהזרם זורם מהאמיטר לבסיס ומהאמיטר לקולקטור. בטרנזיסטור NPN החץ מצביע החוצה

מהמרכז כך שהזרם זורם מהבסיס לאמיטר ומהקולקטור לאמיטר.

אחד השימושים הנפוצים ביותר לטרנזיסטור בתעשיית הרכב הוא בתור מתג. טרנזיסטור מיתוג SOLID STATE יכול להימצא

ביחידות בקרה ומחשבים. הם שולטים באביזרים ברכב כמו מזרקי דלק או ממסר מכאני שמפעיל את המנוע של אורות מתכווננים לדוגמא.

כאשר משתמשים בטרנזיסטור מסוג NPN כמתג, האמיטר מחובר להארקה והבסיס לקוטב החיובי.אם אין מתח על הבסיס, אין

זרם בין האמיטר והקולקטור והטרנזיסטור מכובה. כאשר הבסיס מקבל מתח גבוה מספיק, יזרום זרם מהאמיטר לקולקטור.

למעשה, משתמשים בטרנזיסטור לשלוט בזרם גדול באמצעות זרם נמוך כמו בממסר התנעה. זרם נמוך לממסר משלים מעגל

כך שזרם גדול יוכל לזרום.

אנו יודעים שהזרם בין האמיטר לבסיס שולט בזרם בין האמיטר לקולקטור. כמו-כן, כמות הזרם בין האמיטר לבסיס משפיעה

על כמות הזרם בין האמיטר לקולקטור. היחס בין שני הזרמים האלו ידוע בתור ה"הגבר" של הטרנזיסטור (GAIN). ההגבר הזה

מאפשר להשתמש בטרנזיסטור לשלוט על זרמים גדולים באמצעות זרמים קטנים, בדומה לפעולת ממסר. בדוגמא למטה ניתן לראות:

טרנזיסטור בעל הגבר של פי 100, הזרם בין האמיטר לבסיס הוגבר ב-10 מילי אמפר, הזרם בין האמיטר לקולקטור עלה פי 100 והגיעה

לאלף מילי אמפר, שהם 1 אמפר. סוג זה של עלייה יתרחש עד שהטרנזיסטור יגיע שלב שנקרא רוויה, בשלב הזה הגברת הזרם בין האמיטר

לבסיס אינה מגבירה את הזרם בין האמיטר לקולקטור. טרנזיסטורים המשמשים למיתוג בדרך-כלל מגיעים לנקודת הרוויה כאשר

מפעילים אותם, בעוד שטרנזיסטורים המשמשים להגברה פועלים בטווח בין היותם מכובים ועד לנקודת הרוויה.

שימוש נוסף לטרנזיסטורים הוא הגברה. שימוש זה מנצל את היחס בין הזרם בקו האמיטר-בסיס ובין הזרם בקו האמיטר-קולקטור.

מכיוון שלשינוי קטן בזרם בין האמיטר לבסיס יש השפעה פרופורציונאלית גדולה על הזרם בקו האמיטר-קולקטור, אנו יכולים להשתמש

בטרנזיסטורים כדי להגביר אות רדיו או לספק שליטה משתנה במנוע חשמלי.

ברכבים מסוימים, משתמשים בטרנזיסטורים לשלוט במהירויות של מנועי מפוח פנימיים, ואפילו שליטה ביחס ההגברה של ההגה

החשמלי ברוב המכוניות מתבססת על טרנזיסטורים.

מעגלים משולבים

למעשה מעגלים משולבים הם לא יותר מאוסף של מספר טרנזיסטורים, דיודות, קבלים ונגדים המחוברים ביחד באמצעות מוליכים

וממוקמים על שבב סיליקון יחיד. מעגל משולב יחיד הוא למעשה מערכת בתוך מערכת, המשלב עד כמה אלפי מעגלים חשמליים הבנויים בתוך

שבב סיליקון בגודל של מספר מ"מ רבועים בתוך מעטפת קראמית או פלסטית. היתרונות של מעגלים משולבים הם הגודל והעלות הנמוכה שלהם

בייצור המוני, יחד עם צריכת מתח נמוכה ואמינות גבוהה. מעגל משולב יכול להיות כל דבר משער לוגי פשוט דרך מיקרו-מעבד ועד לכמעט מחשב

שלם על שבב אחד.

מעגלים משולבים יותר אמינים ממעגלים לא משולבים מכיוון שכל האלמנטים בנויים על שבב אחד, מה שמפחית את כמות החיבורים.

בנוסף, מספר החלקים הכללי יורד.

מעגלים משולבים מסווגים לפי מספר הרכיבים הכלולים בשבב אחד. רכיב קטן (Small Scale Integration- SSI)

מכיל עד 100 אלמנטים שונים. רכיב בינוני (Medium Scale Integration-MSI) מכיל בין 100 ל-1000 אלמנטים שונים, רכיב גדול

(Large Scale Integration – LSI) מכיל עד 100,000 אלמנטים ואילו הרכיב הגדול מאוד (Very Large Scale Integration)

מכיל למעלה מ-100,000 רכיבים שונים.