توضیحات
آموزش ویدیویی پروژه مدلسازی و شبیه سازی ترانزیستور دوقطبی پیوندی(BJT) نوع NPN در نرم افزار کامسول(COMSOL)+فایل های پروژه
شرح پروژه:
در این محصول آموزشی، علاوه بر آموزش ویدیویی مدلسازی و شبیه سازی ترانزیستور دوقطبی پیوندی(BJT) نوع NPN، فایل های کامل پروژه(کامسول) گزارش فارسی کامل پروژه و تصاویر مرحله به مرحله از اجرای پروژه را نیز دریافت خواهید کرد. این پروژه در نرم افزار کامسول نسخه COMSOL Multiphysics 6.0 انجام شده است.
مدت فیلم آموزشی 2 ساعت
**توجه**
**تمامی فیلم های آموزشی با کیفیت بالا و بدون رکورد صدا توسط پژوهشگران مجموعه انسیس سی اف دی ضبط و تهیه شده اند**
انواع ترانزیستور:
ترانزیستورها را می توان به دو نوع کلی ترانزیستورهای اثر ولتاژ(PET) و ترانزیستورهای اثر میدان(FET) تقسیم بندی نمود. تفاوت بین این دو نوع را می توان به تفاوت در نوع کنترل کانال در آنها اشاره کرد.
شکل ساختار کلی دو دسته ترانزیستور.
از جمله مهمترین نوع ترانزیستورهای اثر ولتاژ می توان به ترانزیستور دوقطبی پیوندی(BJT) اشاره کرد. در ترانزیستور دو قطبی پیوندی با اعمال یک جریان به پایه بیس جریان عبوری از دو پایه کلکتور و امیتر کنترل میشود. ترانزیستورهای دوقطبی پیوندی در دو نوع npn و pnp ساخته می شوند. بسته به حالت بایاس این ترانزیستورها ممکن است در ناحیه قطع، فعال و یا اشباع کار کنند. سرعت بالای این ترانزیستورها و بعضی قابلیت های دیگر باعث شده که هنوز هم از آنها در بعضی مدارات خاص استفاده شود. امروزه بجای استفاده از مقاومت و خازن در مدارات مجتمع تماما از ترانزیستور استفاده می کنند.
ترانزیستورهای اثر میدان را می توان به صورت زیر تقسیم نمود.
شکل دسته بندی ترانزیستور اثر میدان.
تفاوت این سه دسته در نوع شکل گیری خازن گیت آنها است. در IGFET خازن در عایق شکل می گیرد. در JFET خازن توسط ناحیه تخلیه پیوندP-N شکل می گیرد. در MESFET خازن توسط ناحیه تخلیه یا سد شاتکی شکل می گیرد. در MOSFET عایق با رشددادن لایه اکسید شکل میگیرد. در حالی که در MISFET عایق با نشاندن دی الکتریک شکل می گیرد. در بخش HFET گیت از موادی با باند انرژی بزرگ به عنوان عایق شکل می گیرد.
فناوریBiCMOS ادغام فناوری سرعت بالا دوقطبی و فناوری توان مصرفی کم MOS است. در نتیجه گیتBiCMOS توانایی راه اندازی جریان بالاتری نسبت به CMOS دارد، در حالی که توان مصرفی پایین تر را حفظ می کند. BiCMOS توانایی دست یابی به مدارات VLSI با سرعت -توان-تراکمی که پیش از این با فناوری های دوقطبی و CMOS دست نیافتنی بود. در فناوریBiCMOS، فناوریCMOS ستون اصلی مدارات دیجیتال است و فناوری دوقطبی برای ساخت کاربردهای رادیو فرکانسی (RF) و آنالوگ استفاده می شود.
ترانزیستور دوقطبی پیوندی:
ترانزیستور پیوندی دوقطبی(BJT) در سال ۱۹۴۸ اختراع شد. با معرفی دستگاه هایی که با ترانزیستور نیم رسانا کار می کردند انقلابی در دنیا پدید آمد. ترانزیستورBJT برای سال های متمادی انتخاب اول برای انواع دستگاههای دیجیتال و آنالوگ بود اما در دهه های اخیر به سرعت با MOSFET جایگزین گشته است. BJT امروزه در مدارات آنالوگ و بخصوص فرکانس بالا کاربرد زیادی دارد .
ترانزیستور پیوندی دوقطبی نوعی ترانزیستور است که دارای سه پایه به نام های بیس(B)، امیتر (E) و کلکتور (C) است و چون در این قطعه اثر الکترون ها و حفره ها هر دو مهم است، به آن ترانزیستور دو قطبی گفته میشود و در مقابل ترانزیستورهای تک قطبی، مانند ترانزیستور اثر میدان و ترانزیستور اتصال نقطه ای، قرار میگیرد که تنها یک نوع حامل باردارند. با توجه به نحوه قرار گرفتن نیمه رساناهای مثبت و منفی در ترانزیستور، آنها را به دو دسته PNP و NPN تقسیم می کنند.
ترانزیستور دوقطبی پیوندی از نوع PNP:
شامل سه لایه نیمه رسانا که دولایه کناری از نوع p و لایه میانی از نوع n است، است و مزیت اصلی آن در تشریح عملکرد ترانزیستور این است که جهت جاری شدن حفره ها با جهت جریانیکی است.
یک ترانزیستورBJT از نوع PNP از سه قطعه نیمه هادی متصل به هم تشکیل می شود:
شکل ساختار ترانزیستورBJT نوع PNP.
۱- یک نیمه هادیP با نام امیتر
۲- یک نیمه هادیN با نام بیس
۳- یک نیمه هادیP با نام کلکتور
ترانزیستور پیوندی دو قطبی از نوع NPN:
شامل سه لایه نیم رسانا که دولایه کناری از نوع N و لایه میانی از نوع P است. و مزیت اصلی آن سرعت بالاتر حامل ها در سیلیکون است. یک ترانزیستورBJT از نوع NPN از سه قلعه نیمه هادی متصل به هم تشکیل می شود:
۱- یک نیمه هادیN با نام امیتر
۲- یک نیمه هادیP با نام بیس
۳- یک نیمه هادیN با نام کلکتور
شکل ساختار ترانزیستورBJT نوع NPN.
نرم افزار شبیه ساز کامسول:
همگام با احساس نیاز به شبیه سازی ادوات الکترونیکی جدید، نرم افزارهایی جهت انجام این شبیه – سازی ها طراحی شده اند. عموما در این نرم افزارها، ساختار و ابعاد قطعه، نوع ماده به کار رفته و خصوصیات فیزیکی آن، با قواعد خاص، در یک فایل متنی نوشته می شود و خود نرم افزار با توجه به ابعاد، نوع ماده بکار رفته، مدل های فیزیکی و …، معادلات اصلی حاکم بر قطعه را تخمین زده و حل می نماید. البته دانستن پدیده های فیزیکی ای که بر قطعه حاکم خواهد بود، از سوی شخصی که فایل متنی قطعه را تعریف می کند و می نویسد، لازم و ضروری است. زیرایک قسمت از فایل متنی تعریف قطعه، به مشخص کردن مدل های فیزیکی اختصاص دارد که در صورتی می توان نحوه درست عملکرد قطعه را به دست آورد که این مدل های فیزیکی به درستی مشخص شده باشند.
از جمله این نرم افزارها، می توان به نرم افزار COMSOL اشاره کرد که قادر به شبیه سازی قطعات دوبعدی و سه بعدی است. شبیه سازی های انجام شده در این پروژه شبیه سازی سه بعدی ترانزیستور دوقطبی پیوندی از نوع NPN کمک نرم افزار کامسول(COMSOL) انجام شده است.
ترانزیستور دو قطبی پیوندی از نوع NPN شامل سه لایه نیم رسانا که دولایه کناری از نوع N و لایه میانی از نوع P است. و مزیت اصلی آن سرعت بالاتر حامل ها در سیلیکون است. یک ترانزیستورBJT از نوع NPN از سه قلعه نیمه هادی متصل به هم تشکیل می شود:
۱- یک نیمه هادیN با نام امیتر(emitter)
۲- یک نیمه هادیP با نام بیس(base)
۳- یک نیمه هادیN با نام کلکتور(collector)
نمونه نتایج شبیه سازی:
