الترانزستور – فيزياء السادس الإعدادي – شرح شامل

الترانزستور – فيزياء السادس الإعدادي – شرح شامل في 900 كلمة

يُعد الترانزستور من أهم الابتكارات في عالم الإلكترونيات، حيث غيّر طريقة تصميم الأجهزة والدوائر، ويُستخدم كمضخم للإشارات أو كمفتاح كهربائي. في منهج الفيزياء للصف السادس الإعدادي، يُدرس الترانزستور من حيث تركيبه، أنواعه، طريقة عمله، ووظائفه الأساسية.

🔷 أولًا: ما هو الترانزستور؟

الترانزستور هو عنصر إلكتروني يتكوّن من وصلة ثلاثية من أشباه الموصلات، يستخدم للتحكم في تدفق التيار أو تضخيمه. يتمتع بقدرة على تحويل تيارات صغيرة إلى تيارات أكبر، ما يجعله عنصرًا رئيسيًا في جميع الأجهزة الإلكترونية الحديثة.

🔷 ثانيًا: أنواع الترانزستور

يوجد نوعان رئيسيان من الترانزستورات:

1. الترانزستور ثنائي القطبية BJT (Bipolar Junction Transistor):
   • يتكوّن من ثلاث طبقات من أشباه الموصلات: إما NPN أو PNP.
   • يعتمد في عمله على تدفق كل من الإلكترونات والفجوات.
2. الترانزستور الحقلي FET (Field Effect Transistor):
   • يعتمد فقط على نوع واحد من حاملات الشحنة (إلكترونات أو فجوات).
   • لا يُدرس بشكل تفصيلي في منهج السادس، لذا نركز على BJT.

🔷 ثالثًا: تركيب الترانزستور BJT

يتكون الترانزستور من ثلاث مناطق رئيسية:

يُرمز للترانزستور عادةً بالحروف:
B → Base
E → Emitter
C → Collector

🔷 رابعًا: أنواع التوصيل في الترانزستور

1. ترانزستور NPN:
   • إلكترونات هي الحاملات الأساسية.
   • يسمح بمرور التيار عندما يكون الجهد عند القاعدة أعلى من الباعث.
2. ترانزستور PNP:
   • الفجوات هي الحاملات الأساسية.
   • يعمل عند تطبيق جهد سالب على القاعدة.

✅ النوع NPN هو الأكثر شيوعًا في التطبيقات العملية.

🔷 خامسًا: طريقة عمل الترانزستور

📌 في حالة الانحياز المناسب (التشغيل):

• وصلة القاعدة والباعث (BE): تُوصل بانحياز أمامي.
• وصلة القاعدة والمجمع (BC): تُوصل بانحياز عكسي.

عندما يُطبّق تيار صغير جدًا على القاعدة، فإنه يسمح بمرور تيار كبير من الباعث إلى المجمع.

✅ النتيجة: تيار القاعدة الصغير يتحكم في تيار المجمع الكبير → التضخيم أو التبديل.

🔷 سادسًا: العلاقة بين التيارات في الترانزستور

$$I_E = I_B + I_C$$

حيث:

• $I_E$: تيار الباعث.
• $I_B$: تيار القاعدة.
• $I_C$: تيار المجمع.

كما يُستخدم معامل التكبير (β) للتعبير عن قدرة الترانزستور على تضخيم التيار:

$$\beta = \frac{I_C}{I_B}$$

📌 تكون قيمة β عادة بين 20 و200.

🔷 سابعًا: استخدامات الترانزستور

🔷 ثامنًا: رموز الترانزستور في الدوائر

✅ ترانزستور NPN:

السهم يشير إلى خروج التيار من الباعث.

     C
     |
     |
     |
     B →——
     |
     E

✅ ترانزستور PNP:

السهم يشير إلى دخول التيار إلى الباعث.

     C
     |
     |
     |
     B ←——
     |
     E

🔷 تاسعًا: شروط عمل الترانزستور

لكي يعمل الترانزستور بشكل صحيح:

• يجب أن يكون الانحياز الأمامي بين القاعدة والباعث.
• ويجب أن يكون الانحياز العكسي بين القاعدة والمجمع.
• يجب أن يُطبق تيار قاعدة صغير لفتح “المفتاح” بين المجمع والباعث.

🔷 عاشرًا: التطبيقات الواقعية للترانزستور

• الهواتف الذكية: تحتوي على ملايين الترانزستورات الدقيقة.
• الحواسيب: الترانزستورات تشكل البنية الأساسية للمعالجات.
• الروبوتات: تتحكم في المحركات والحساسات.
• الدوائر الصوتية: لتضخيم الصوت في المكبرات.

✅ خلاصة

الترانزستور عنصر محوري في عالم الإلكترونيات، يقوم بوظيفتين أساسيتين: تضخيم التيار الكهربائي والتحكم به كمفتاح إلكتروني. فهم تركيبه وأنواعه وآلية عمله يُعد ضروريًا لكل طالب في المرحلة الإعدادية، خاصة في الفيزياء، لأنه أساس معظم الأجهزة الإلكترونية الحديثة.