علم الکترونيک با اختراع ترانزيستور وارد فاز جديدي از تحقيق و اختراع شد. هر روز اخباري را مبني بر اختراعات جديد در زمينه الکترونيک مي شنويم که مطمئنا در کالبد شکافي اين اختراعات به نقش پر اهميت ترانزيستور پي خواهيم برد.
ترانزيستور يک قطعه سه پايه است که ساختار فيزيکي آن بر اساس عملکرد نيمه هادي ها مي باشد. ترانزيستور را از دو نوع نيمه هادي با نام سلسيوم و ژرمانيوم مي سازند. عموما در يک تقسيم بندي ترانزيستور ها را به دو دسته ترانزيستور هاي BJT و FET تقسيم مي کنند. ترانزيستور هاي BJT با نام ترانزيستور هاي پيوند دو قطبي و ترانزيستور هاي FET با نام ترانزيستور هاي اثر ميدان شناخته شده­اند. FETها داراي سرعت سوئيچينگ کمتر از BJT هستند.
 

معمولا ترانزيستور را با دو ديود مدل سازي مي کنند از اين مدل براي تشخيص سالم بودن ترانزيستور استفاده مي کنند. عملکرد ترانزيستور هابه عنوان يک طبقه در مدار بستگي به نظر طراح دارد اما در صورتي که ترانزيستور را يک جعبه سياه در نظر بگيريم که داراي دو ورودي و دو خروجي است با توجه به اينکه ترانزيستور داراي سه پايه است بايد يکي از پايه ها را به عنوان پايه مشترک بين ورودي و خروجي در نظر بگيريم. اين پايه مشترک اساس آرايش هاي مختلف ترانزيستور است.

يکي از پايه هاي ترانزيستور با نام Base و پايه ديگر با نام اميتر (تزريق کننده) و پايه آخر با نام کالکتور (جمع کننده ) شناخته شده است. بسته به اينکه کداميک از پايه هاي مذکور به عنوان پايه مشترک در نظر گرفته شود آرايش هاي بيس مشترکCommon Base – کالکتور مشترکCommon Collector- اميتر مشترک Common Emitter – ممکن خواهد بود. هر کدام از اين آرايش ها داراي يک خصوصيت خواهند بود که متفاوت با ديگر آرايش ها است مثلا اميتر مشترک داراي بهره توان بسيار زياد است و يا بهره ولتاژ بيس مشترک زياد است و. . .

◄   انواع ترانزيستور ها:
دو دسته مهم از ترانزيستورها BJT (ترانزيستور دوقطبي پيوندي) (Bypolar Junction Transistors) و FET (ترانزيستور اثر ميداني) (Field Effect Transistors) هستند. FET ‌ها نيز خود به دو دستهٔ Jfet‌ها (Junction Field Effect Transistors) و MOSFET‌ها (Metal Oxide SemiConductor Field Effect Transistor) تقسيم مي‌شوند.

      +   ترانزيستور دوقطبي پيوندي
در ترانزيستور دو قطبي پيوندي با اعمال يک جريان به پايه بيس جريان عبوري از دو پايه کلکتور و اميتر کنترل مي‌شود. ترانزيستورهاي دوقطبي پيوندي در دونوع npn و pnp ساخته مي‌شوند. بسته به حالت باياس اين ترانزيستورها ممکن است در ناحيه قطع، فعال و يا اشباع کار کنند. سرعت بالاي اين ترانزيستورها و بعضي قابليت‌هاي ديگر باعث شده که هنوز هم از آنها در بعضي مدارات خاص استفاده شود.

      +   ترانزيستور اثر ميداني(JFET)
در ترانزيستور اثر ميداني با اعمال يک ولتاژ به پايه گيت ميزان جريان عبوري از دو پايه سورس و درين کنترل مي‌شود. ترانزيستور اثر ميداني بر دو قسم است: نوع n يا N-Type و نوع p يا P-Type. از ديدگاهي ديگر اين ترانزيستورها در دو نوع افزايشي و تخليه‌اي ساخته مي‌شوند.نواحي کار اين ترانزستورها شامل "فعال" و "اشباع" و "ترايود" است اين ترانزيستورها تقريباً هيچ استفاده‌اي ندارند چون جريان دهي آنها محدود است و به سختي مجتمع مي‌شوند.

      +   ترانزيستور اثر ميداني(MOSFET)
اين ترانزيستورها نيز مانند Jfet‌ها عمل مي‌کنند با اين تفاوت که جريان ورودي گيت آنها صفر است. همچنين رابطه جريان با ولتاژ نيز متفاوت است. اين ترانزيستورها داراي دو نوع PMOS و NMOS هستند که تکنولوژي استفاده از دو نوع آن در يک مدار تکنولوژي CMOS نام دارد. اين ترانزيستورها امروزه بسيار کاربرد دارند زيرا براحتي مجتمع مي‌شوند و فضاي کمتري اشغال مي‌کنند. همچنين مصرف توان بسيار ناچيزي دارند. به تکنولوژي‌هايي که از دو نوع ترانزيستورهاي دوقطبي و Mosfet در آن واحد استفاده مي‌کنند Bicmos مي‌گويند. البته نقطه کار اين ترانزيستورها نسبت به دما حساس است وتغيير مي‌کند. بنابراين بيشتر در سوئيچينگ بکار مي‌‌روند.

◄   کاربرد ترانزيستورها در مدارها:

ترانزيستور در هر مداري مي تواند متفاوت از قبل ظاهر شود- منبع ولتاژ يا منبع جريان و يا تقويت کننده ولتاژ و. . . . - اين تفاوت را المانهاي همراه ترانزيستور که اکثرا مقاومت و خازن (ديود و. . . ) هستند تعيين مي کنند نحوه قرار گيري اين المانها به همراه ترانزيستور و منبع تغذيه را باياس ترانزيستور گويند. در مدار هاي باياس براي ترانزيستور يک ولتاژ مثبت به همراه زمين يا يک ولتاژ مثبت به همراه ولتاژ منفي را براي ترانزيستور بسته به کاربرد در نظر مي گيرند. عملکرد ترانزيستور ها(BJT) در سه ناحيه تعريف مي شود.

      ●   ناحيه قطع

      ●   ناحيه فعال

      ●   ناحيه اشباع
 

اين سه ناحيه بر اساس باياس پايه هاي ترانزيستور و ولتاژ آن ها تعريف مي شود.

◄   ترانزيستور در مدارات عمدتا به صورت زير ظاهر مي شود:

1-به عنوان کليد به منظور قطع و وصل قسمتي از مدار
از ترانزيستور در ناحيه قطع و اشباع به عنوان کليد ديجيتال و سوئيچ استفاده مي کنند. ولتاژ VCE در حالت اشباع کمتر از 0. 2 است. در حالت اشباع توان تلف شده ترانزيستور بسيار کم است زيرا توان تلف شده ترانزيستور از حاصلضرب ولتاژ VCE و IC بدست مي ايد که هردو مقدار کوچکي هستند.

2-به عنوان تقويت کننده ولتاژ

3-به عنوان تقويت کننده جريان

4-به عنوان منبع جريان ثابت

5-به عنوان منبع ولتاژ ثابت

در 4 مورد بعدي بالا از ترانزيستور در ناحيه فعال که همان ناحيه خطي عملکرد ترانزيستور است استفاده مي شود.

◄   آرايش هاي مداري مشهور:

      +   اميتر فالوور (Emitter follower) :
شکل موج خروجي دنبال کننده شکل موج ورودي است (وجه تسميه) مقاومت کوچک موجود در بيس به منظور جلوگيري از نوسانات ناخواسته قرار گرفته است.

      +   زوج دارلينگتون :
هر ترانزيستور داراي يک خصوصيت با نام بتا β است که بهره جريان ترانزيستور است در زوج دارلينگتون بتاي زوج ترانزيستور از ضرب 2β1*β حاصل مي شود که مقداري نزديک به چند هزار خواهد شد. البته در اين آرايش ترانزيستور خروجي بايد تحمل اين جريان کالکتور را داشته باشد که مسئله مهمي در طراحي است.

      +   منبع جريان ثابت :
در اين آرايش ولتاژ هر کدام از ديود ها 0. 7 است و در نتيجه ولتاژ بيس ترانزيستور 1. 4 خواهد شد ولتاژ VBE (ولتاژ بيس – اميتر) هم در حدود 0. 7 است پس جريان عبوري از اميتر مقدار 0. 7/RE خواهد بود با انتخاب مناسب RE مي توان مقدار جريان را به دلخواه انتخاب کرد.

      +   منبع ولتاژ ثابت:
در اين مدار ولتاژ خروجي توسط ديود زنر تامين مي شود. ولتاژ خروجي تقريبا 0. 7 کمتر از ولتاژ شکست زنر است.