نتحدث في هذا التقرير عن أثر اختراع الترانزستور إذ صارت الترانزستورات من أهم وأبرز المكونات الرئيسية للتكنولوجيا الحديثة؛ بسبب أهمية جهاز التبديل الخاصة بعمل التيار الكهربائي في كل أنواع المعالجات الدقيقة، ومن ثم فإنها صارت تدخل في تكوين وتركيب الهواتف النقالة ، والكاميرات الرقمية، والألعاب الإلكترونية، ومن ثم في أجهزة الكمبيوتر النقالة والمكتبية ، وفي العادة يحتوي المعالج الدقيق الحديث على عدد كبير للغاية من الترانزستورات، بالرغم من أن التصميمات الأكثر تقدماً تشتمل على ما أكثر من 2 مليار ترانزستور.
مبدأ عمل الترانزستور
يتشكل الترانزستور من 3 مكونات، القاعدة والمجمع والمشع، حيث يجرى توصيل أحد أطرافه بشارة الدخول وبالنسبة للطرف الثاني فهو يكون قد جرى توصيله بشارة الخروج، وبالنسبة للطرف الثالث فيكون مشتركا ما بين إشارتي الخروح والدخول، وبالنسبة للقاعدة فهي تعمل كمفتاح للإطفاء والتشغيل، وعندما يكون التيار الكهربائي ساريًا في اتجاه القاعدة سيسري التيار من المجمع إلى المشع، في هذه الحالة يكون المفتاح بوضع التشغيل، وإذا لم يكون التيار ساريًا إلى القاعدة، عندها سيكون المفتاح في وضع الإطفاء، حيث لا يمر أي تيار.
مزايا الترانزستور
الترانزستور له الكثير من المميزات التي تجعل منه جهازا في غاية الأهمية، وهي كالتالي، التبديل، Switching، إذ أن صناعة مفاتيح إلكترونية ممتازة من الترانزستورات ممكنة للغاية، لأنها تمتلك المقدرة على إغلاق وتشغيل التيارات مليارات المرات في الثانية الواحدة، ومن ثم فهي تستعمل أجهزة الكمبيوتر الرقمية الترانزستورات مثل آلية أساسية لنقل وتخزين البيانات.
التضخيم Switching، يمكن أن تكون الترانزستورات عاملة كمكبرات أو مضخمات، ومن ثم فإن غالبية مكبرات الصوت عبارة عن ترانزستورات، وهناك تصميم أجهزة إلكترونية صغيرة، إذ أن صناعة ترانزستورات صغيرة أمر ممكن للغاية، ما يتيح إنشاء مشغلات Mp3 بحجم الجيب وإنشاء هواتف محمولة.
الكفاءة، يمكن أن نصمم الترانزستورات لاستعمال أقل كمية ممكنة من الطاقة، إذ يكون عمل ملايين الترانزستورات في 60 دقيقة أو آلة حاسبة لعدة سنوات بالاعتماد على بطارية صغيرة، وهناك معيار المتانة، إذ أن الترانزستورات تتحمل أقصى درجات الإهتزاز والصدمة، ما يسمح باستعمالها في التطبيقات الفضائية والعسكرية والصناعية.
اختراع الترانزستور
أُخترع الترانزستور في سنة 1948م في مختبرات بيل الهاتفية على يد كل من وليام شوكلي، وجون باردين، وولتر براتين من أجل التغلب على مشكلات الصمام المفرغ، وحصلوا على جائزة نوبل بسبب هذا الاختراع، ويعد اختراع الترانزستور تطوراً غير مسبوق، حيث يمثل بداية العصر الحالي في قطاع الإلكترونيات، فبعد أن أُخترع صار التقدم في التكنولوجيا أكثر تطورًا، ويعد الحاسوب من أهم التكنولوجيا التي جرى إيجادها بفضل اختراع الترانزستور، وبالنظر إلى الاختراعات التي مهد لها الترانزستور الطريق لكي تكون موجودة، فلا يمكن لأحد إلا أن يقول أن الترانزستور كان الاختراع الأكثر أهمية في القرن الماضي.
آلية عمل الترانزستور
يمكن أن نشرح آلية عمل الترانزستور بشكل سهل للغاية، وذلك عن طريق التفكير في الأمر وكأنه صنبور ماء، كما يكون التيار الكهربائي مثل الماء، إذ يشتمل الترانزستور على 3 مفاتيح، القاعدة The Base، والمجمع The Collector، والباعث The The Emitter، إذ أن القاعدة تؤدي عملها مثل مقبض الصنبور، ويشبه المجمع أنابيب المياه التي تصل الماء إلى الصنبور، أما الباعث فيكون مشابهًا الفتحة التي يصب الصنبور الماء منها، حيث يمكن أن نتحكم في تدفق المياه من خلال تدوير مقبض الصنبور، فكلما كان التدوير أقوى زاد تدفق المياه، وإذا أغلق نهائيًا فإن تدفق المياه يتوقف، أما عند نفتحه تماماً فإن الماء فسيتدفق بأكبر كمية، ويجرى قياس هذا على مفاتيح الترانزستور.
أنواع الترانزستور
يجرى تقسيم الترازستور إلى أكثر من فئة، وفق الموصل، ترانستور زرنخيي وترانستور جاليومي، وكربيدي سليكوني وغيرها، وهناك تقسيم وفق البناء، ويحتوي على ثنائي القطب، وتأثير المجال، وترانزستور بوابته معزولة، وهناك تقسيم وفق القطبية، وهو عبارة عن الأنواع التالية، سالب، أي أنه يبدأ بالسالب ثم الموجب ثم السالب وهكذا.، وهناك موجب، إذ يبدأ بالموجب ثم السالب ثم الموجب وهكذا.
وهناك تقسيم وفق قدرة التشغيل، وهو عبارة عن ترانزسوتر كبير وآخر متوسط والأخير صغير، وهناك تقسيم وفق أقصى تردد تشغيل، حيث أن موجات راديوية أو موجات الميكرومترية، ويعطي أقصى تردد، وهو فعال وفق جهد الثقل، ويعتبر FT رمزه حيث ينتج نسبة تكبير مساوية للوحدة، وهناك تقسيم وفق التطبيق المستعمل فيه، حيث أن هناك ما هو صوتي عالي الجهد منه، وهناك مفتاح، وهناك زوجي متماثل، ومتعدد الأغراض، وعال نسبة التكبير، وهناك تقسيم التغليف الفيزيائي، ذو ثقب بلاستيكي، وذو ثقب معدني، ومحمل سطحي، ومغير القدرة، وسلسلة شبكة الكور.
أثر اختراع الترانزستور
يمكن أن نستعمل الترانزستور كمفتاح إلكتروني في الدوائر التي تمتلك قدرة قليلة أو أكبر، فمثلًا فإننا لو افترضنا أن هناك دائرة كهربائية تتكون من مصدر للجهد يتصل بمقاومة، والمقاومة تكون موصلة بمفتاح الإرث، وإذا كان المفتاحُ مفتوحاً، تكون قيمة الجهد على طرفي المقاومة، تساوي قيمة جهد المصدر، ومن ثم لا يسري التيار.
وبالنسبة لو كان المفتاح مغلقاً، فتصير قيمة الجهد على طرف المقاومة الذي اتصل بالمفتاح عديمًا، إذ أن يكون فرق جهد، ومن ثم فإن هذا سيعمل على أن يسير التيار، وبمبدأ المفتاح نفسه يعمل الترانزستور، وإذا كان التيار في القاعدة B يساوي للصفر، تكون مقاومة الترانزستور عاليةً، ما يمنع التيار من أن يمر عن طريقها ، ومن ثم فإنها تقوم بتشكيل دائرة مفتوحة، ومن ثم لا يتشكل فرق جهد، أيْ يكون الترانزستور بمثابة مفتاح مفتوح.
وبالنسبة إذا كان التيار في القاعدة في حالةِ امتلاء، ومن ثم فإنه سيجرى السماح بمرور التيار من المجمع إلى الباعث، ما يعمل على إيصال الدائرة الكهربائية، وتشكل فرق جهد بين طرفي المقاومة، وسريان التيار، وفي تلك الحالة يكون الترانزستور بمثابة مفتاح مغلق.
