دراسة الهندسة الكهربية والالكترونية للمبدعين التقنيين - العام الأول - الصفحة 9

F.Abdelaziz · 17-10-2012, 02:57 AM

الترانزستور PNPThe PNP Transistor
الترانزستور PNP عكس الترانزستور NPNتماما . أساسا , فى هذا النوع من بناء الترانزستور يتم عكس الدايودان لكى نحصل على التركيب "موجب – سالب – موجب" Positive-Negative-Positiveحيث يشير السهم , والذى يحدد أيضا طرف المشع , فى هذه الحالة إلى الداخل فى رمز الترانزستور .
أيضا , يتم عكس جميع القطبيات للترانزستور PNP وهذا يعنى أنه "مصب أو بالوعة" "sink" للتيار على عكس الترانزستور NPN الذى يعتبر "مصدر أو منبع " source لتتيار . الاختلاف الرئيسى بين النوعين هو أن "الفجوات" holes تكون هى الحاملات الأكثر أهمية للترانزستورات PNP , بينما تكون الإلكترونات electrons هى الحاملات الأكثر أهمية فى الترانزستورات NPN . نتيجة لذلك , تستخدم الترانزستورات PNP تيار قاعدة صغير الخرج و جهد قاعدة سالب للتحكم فى تيار " المشع – المجمع" الأكثر بكثير. يتكون بناء الترانزستور PNP من طبقتين من مادة شبه موصلة موجبة على جانبى طبقة من مادة شبه موصلة سالبة كما هو مبين بالشكل التالى :

ملحوظة : السهم يحدد المشع واتجاه مرور التيار الاصطلاحى (دخل) للترانزستور PNP .
الترانزستور PNP له خواص مشابهة جدا للترانزستور NPN فيما عدا عكس اتجاه قطبيات (أو انحياز) التيار والجهد .

وصلات الترانزستور PNPPNP Transistor Connections

الجهد بين القاعدة والمشع ( VBE ) , يكون الآن سالب عند القاعدة وموجب عند المشع لأنه للترانزستور PNP يكون طرف القاعدة دائما سالب الانحياز بالنسبة للمشع . أيضا جهد تغذية المشع يكون موجب بالنسبة للمجمع ( VCE ) . ومن ثم , لكى يوصل الترانزستور PNP فإن المشع يكون دائما أكثر إيجابية بالنسبة لكل من القاعدة والمجمع .
يتم توصيل مصدر القدرة للترانزستور PNP كما هو مبين بالشكل . فى هذه الحالة يتم توصيل المشع بجهد المنبع VCC بمقاومة الحمل RL والتى تحدد التيار الأقصى المار خلال الجهاز المتصل بطرف المجمع . جهد القاعدة VB والذى يكون انحيازه سالب بالنسبة للمشع ويتصل بمقاومة القاعدة RB والتى تستخدم فى تحديد التيار الأقصى للقاعدة .
حتى يمر تيار بقاعدة الترانزستور PNP فإن القاعدة تحتاج أن تكون أكثر سالبية من المشع ( التيار يجب أن يغادر القاعدة) بحوالى 0.7 volts لأجهزة السليكون و حوالى 0.3 volts لأجهزة الجرمانيوم .
الصيغة التى تستخدم فى حساب مقاومة القاعدة , وتيار القاعدة , أو تيار المجمع (كما فى الترانزستور NPN ) هى كما يلى :

عامة يمكن استبدال الترانزستور PNP بالترانزستور NPN فى معظم الدوائر الإلكترونية , الاختلاف الوحيد هو قطبيات الجهود واتجاه مرور التيار . أيضا يمكن استخدام الترانزستور PNP كأجهزة تحويل (مفاتيح) كما فى الشكل التالى :

منحنيات الخواص للترانزستور PNP تشبه إلى حد كبير منحنيات الترانزستور NPN المكافىء فيما عدا أنها تدور 180 درجة للأخذ فى الاعتبار عكس قطبية الجهود والتيارات , ( مرور التيارات خارجة من القاعدة ومن المجمع فى الترانزستور PNP يكون بالسالب ) .يمكن أيضا رسم خط الحمل الديناميكى على المنحنيات I-V curves لإيجاد نقط العمل للترانزستورات PNP .

الترانزستورات المتطابقة(المتوائمة) Transistor Matching

الترانزستورات المتكاملة (المتتامة) Complementary Transistors

قد تتساءل , ما هو الهدف من وجود الترانزستور PNP , عندما يكون هماك الكثير من الترانزستورات NPN المتاحة والتى يمكن استخدامها كمكبرات للصوت أو كمفتاح من أشباه الموصلات ؟ حسنا , إن وجود نوعين مختلفين من الترانزستورات PNP و NPN تكون ميزة كبيرة عند تصميم دوائر مكبر الصوت مثل الفئة "ب" Class B Amplifier والذى يستخدم الترانزستورات "المتكاملة أو المتتامة" "Complementary" أو "الزوج المتطابق" "Matched Pair" فى مرحلة خرجها أو فى دوائر التحكم فى عكس حركة المحركات التى على شكل " جسر إتش " H-Bridge حيث يتطلب التحكم مرور التيار بالتساوى فى كلا الاتجاهين .
يطلق على الزوج المتناظر من الترانزستورات NPN و PNP بخصائص تقريبا متماثلة لبعضها البعض "الترانزستورات المتكاملة أو المتتامة" Complementary Transistors , على سبيل المثال الترانزستور TIP3055 (NPN transistor والترانزستور TIP2955 (PNP transistor) أمثلة جيدة لترانزستورات القدرة المتكاملة أو الزوج المتطابق (المتوائم). فكلاهما له كسب للتيار المستمر
Beta, ( Ic/Ib ) متطابق فى حدود 10% وتيار مجمع مرتفع حوالى 15A مما يجعلها مثالية للتحكم العام فى المحركات أو فى تطبيقات الربوت .
أيضا , مكبرات الفئة "ب" تستخدم ترانزستورات NPN و PNP متكاملة فى مرحلة خرجها . الترانزستور NPN يوصل فقط النصف الموجب للإشارة بينما الترانزستور PNP يوصل النصف السالب للإشارة . وهذا يسمح للمكبر بدفع القدرة المطلوبة خلال حمل السماعة فى كلا الاتجاهين عند المعاوقة الاسمية وتسبب القدرة تيار خرج والذى من المرجح أن يكون فى حدود عدة أمبيرات تتشارك بالتساوى بين الترانزستورات المتكاملة.

التعرف على الترانزستور PNPIdentifying the PNP Transistor

لقد رأينا أن الترانزستورات تصنع أساسا من دايودين متصلة مع بطريقة معكوسة (خلف خلاف) . يمكننا استخدام هذا التمثيل فى تحديد نوع الترانزستور PNP أو NPN عن طريق اختبار مقاومته بين الأطراف الثلاثة المشع والقاعدة والمجمع . باختبار كل زوج من أطراف الترانزستور فى كلا الاتجاهين بواسطة مقياس الأوم ينتج أجمالى 6 اختبارات , وبقيم متوقعة للمقاومة بالأوم كما يلى :
1- أطراف المشع – القاعدة : من المشع للقاعدة يجب أن تعمل كدايود عادى وتوصل فى اتجاه واحد فقط.
2- أطراف المجمع – القاعدة : وصلة المجمع – القاعدة يجب أن تعمل كدايود عادى وتوصل فى اتجاه واحد فقط .
3- أطراف المشع – المجمع : لا يجب أن يكون هناك توصيل فى أى من الاتجاهين .

لذلك يمكننا تحديد الترانزستور PNP على أنه فى الوضع العادى يكون فى حالة "فصل" OFF ولكن تيار خرج صغير وجهد سالب على القاعدة بالنسبة للمشع سوف يجعله فى حالة "توصيل" ON حيث يسمح بمرور تيار أكبر بكثير بين المشع والمجمع . يقوم الترانزستور PNP بالتوصيل عندما يكون Ve أكبر بكثير من Vc .
فى الجزء القادم سوف نتناول عمل الترانزستور فى منطقة التشبع وفى منطقة القطع بغرض استخدامه
" كمفتاح حالة صلبة " solid-state switch . تستخدم مفاتيح الترانزستور ثنائى القطبية فى الكثير من التطبيقات لتحويل التيار المستمر بين حالة "التوصيل" ON وحالة "الفصل" OFF مثل الليدات التى تحتاج فقط قليل من الملى أمبير عند جهود مستمرة منخفضة أو الريلاى الذى يحتاج لتيارات مرتفعة عند جهود مرتفعة .

الترانزستور كمفتاح The Transistor as a Switch

F.Abdelaziz · 17-10-2012, 02:58 AM

الترانزستور كمفتاح The Transistor as a Switch

عند الاستخدام كمكبر لإشارة تيار متردد , يتم تطبيق جهد انحياز قاعدة الترانزستورات بطريقة بحيث تعمل دائما فى مدى منطقتها الغعالة , أى يتم استخدام الجزء الخطى من منحنيات خواص الخرج . ومع ذلك يمكن جعل كل من الترانزستورات ثنائية القطبية من النوع NPN و PNP أن تعمل كمفاتيح "توصيل / فصل" من نوع " الحالة الصلبة" عن طريق انحياز قاعدة الترانزستور بطريقة تختلف عن حالة العمل كمكبر إشارة . مفاتيح الحالة الصلبة solid state switches هى واحدة من التطبيقات الرئيسية لاستخدام الترانزستورات , ويمكن استخدام مفاتيح الترانزستور فى التحكم فى أجهزة القدرة المرتفعة مثل المحركاتmotors والملفات (السلونويد) solenoids أو المصابيح lamps , ولكن يمكن استخدامها أيضا فى الإلكترونيات الرقمية digital electronics وفى دوائر البوابة المنطقية logic gate .
إذا كانت الدائرة تستخدم الترانزستور ثنائى القطبية كمفتاح , عندئذ فإن انحياز الترانزستور , سواء أكان NPN أو PNP يرتب ليعمل الترانزستور عند كلا جانبى منحنيات الخواص I-V التى تناولناها سابقا . مناطق عمل الترانزستور كمفتاح تعرف "بمنطقة التشبع" Saturation Region و"منطقة القطع"
Cut-off Region . هذا يعنى أننا يمكن أن نتجاهل انحياز نقطة العمل ودائرة مقسم الجهد المطلوبة للتكبير ونستخدم الترانزستور كمفتاح عن طريق دفعه (قيادته) driving للخلف وللأمام بين منطقة "الفصل الكامل أو القطع " ومنطقة "التوصيل الكامل أو التشبع" كما هو مبين بالشكل أدناه .

المنطقة المظللة بالوردى pink فى الجزء السفلى من المنحنيات تمثل منطقة "القطع" "Cut-off" , فى حين أن المنطقة المظللة باللون الأزرق blue فى اليسار تمثا منطقة "التشبع" "Saturation" للترانزستور , ويتم تعريف كل من هذه المناطق للترانزستور على النحو التالى :

1- منطقة القطع Cut-off Region

فى هذه المنطقة : ظروف تشغيل الترانزستور تكون تيار دخل القاعدة ( IB ) بصفر zero , وتيار خرج ( IC ) بصفر zero وأقصى جهد للمجمع ( VCE ) والذى ينتج طبقة نضوب أو استنزاف depletion كبيرة ومن ثم لا يمر تيار خلال الجهاز .
لذلك يكون الترانزستور كمفتاح فى حالة "فصل كامل" "Fully-OFF" .
خصائص الفصل Cut-off Characteristics

الدخل واقاعدة متصلة بالأرضى (0V) .
جهد القاعدة – المشع VBE < 0.7V
وصلة القاعدة – المشع تكون منحازة عكسيا .
وصلة القاعدة – المجمع تكون منحازة عكسيا .
الترانزستور يكون فى حالة "الفصل الكامل" (منطقة القطع) .
لا يمر تيار بالمجمع ( IC = 0 ) و VOUT = VCE = VCC = "1" (واحد منطقى).
الترانزستور يعمل " كمفتاح مفتوح " "open switch" .

لذلك يمكن تعريف "منطقة القطع" أو "نظام الفصل" عند استخدام الترانزستور ثنائى القطبية كمفتاح بأن عندها يكون كلا الوصلتين منحازين عكسيا VBE < 0.7V و IC = 0 .بالنسبة للترانزستور PNP يجب أن يكون جهد المشع سالب بالنسبة للقاعدة .
2- منطقة التشبع Saturation Region .
فى هذه المنطقة ينحاز الترانزستور بحيث يتم تطبيق أقصى كمية من تيار القاعدة ومن ثم ينتج أقصى تيار للمجمع وأقصى هبوط فى الجهد بين المجمع والمشع والذى ينتج عنه أصغر طبقة استنزاف أو نضوب ممكنة ومرور أقصى تيار خلال الترانزستور .
لذلك يكون الترانزستور كمفتاح فى حالة "التوصيل الكامل" .

خصائص التشبع Saturation Characteristics :

· الدخل والقاعدة متصل بالجهد VCC .

جهد القاعدة المشع VBE > 0.7V

· وصلة القاعدة المشع منحازة انحياز أمامى .

· وصلة القاعدة – المجمع منحازة انحياز أمامى .
· الترانزستور فى حالة التوصيل الكامل (منطقة التشبع) .
· أقصى تيار يمر (IC = Vcc/RL) على أساس الحالة المثالية للتشبع VCE = 0 .

VOUT = VCE = "0" (صفر منطقى" .

· الترانزستور يعمل كمفتاح "موصل أو مغلق " "closed switch" .

لذلك يمكننا تعريف "منطقة التشبع" أو "نظام التوصيل " عند استخدام الترانزستور الثنائى كمفتاح على أنه المنطقة التى يكون فيها كل من الوصلتين منحازين انحياز أمام و ى VBE > 0.7V و IC = Maximum . بالنسبة للترانزستور PNP يجب أن يكون جهد المشع موجب بالنسبة للقاعدة .
لذلك يمكن أن يعمل الترانزستور كمفتاح حالة صلبة " ذو قطب واحد ودائرة واحدة " "single-pole single-throw" (SPST) . عند تطبيق إشارة بصفر على قاعدة الترانزستور يتحول إلى حالة الفصل OFF ويعمل كمفتاح مفتوح ولا يمر تيار بالمجمع . عند تطبيق إشارة موجبة على قاعدة الترانزستور يتحول إلى حالة التوصيل ON ويعمل كمفتاح مغلق ويمر أقصى تيار خلال الجهاز .
الشكل التالى يبين مثال لترانزستور NPN كمفتاح يستخدم فى تشغيل ريلاى . فىى الأحمال الحثية مثل الريلاى أو ملفات السلونويد يوضع دايود على التوازى مع الحمل لتشتيت القوة الدافعة المغناطيسية EMF المتولدة بالحمل الحثى عندما فصل مفتاح الترانزستور ومن ثم حماية الترانزستور من التلف . إذا كان الحمل ذات تيار أو مرتفع جدا , مثل المحركات والسخانات و..ألخ , عندئذ يمكن التحكم فى تيار الحمل من خلال ريلاى مناسب كما فى الشكل .

الدائرة تشبه دائرة المشع المشترك التى درسناها سابقا . الفرق هذه المرة هو أن تشغيل الترانزستور كمفتاح يحتاج أن يتم فصله بالكامل أو توصيله بالكامل . مفتاح الترانزستور المثالى يجب أن تكون مقاومة الدائرة بين المجمع والمشع لا نهائية عندما يتحول إلى حالة الفصل الكامل ومن ثم لا يمر تيار خلاله و المقاومة بين المجمع والمشع بصفر عندما يتحول إلى حالة التوصيل الكامل ولذلك يمر أقصى تيار . عمليا عندما يتحول الترانزستور إلى حالة الفصل الكامل , يمر تيار "تسريب" leakage صغير خلال الترانزستور , وعندما يتحول إلى حالة التوصيل الكامل يكون له مقاومة بقيمة صغيرة تنتج " جهد تشبع" صغير (VCE) عبره . على الرغم من أن الترانزستور ليس بمفتاح مثالى إلا أنه فى كل من منطقة القطع ومنطقة التشبع تكون القدرة المبددة عند حدها الأدنى .
حتى يمر تيار بالقاعدة , يجب جعل طرف دخل القاعدة أكثر إيجابية من المشع بقيمة 0.7V اللازمة لأجهزة السليكون . عن طريق تغيير جهد القاعدة –المشع VBE يتم أيضا تغيير تيار القاعدة والذى بدوره يتحكم فى كمية تيار المجمع المار خلال الترانزستور . عندما يمر بالترانزستور أقصى تيار مجمع يقال أن الترانزستور "مشبع" . قيمة مقاومة القاعدة تحدد قيمة جهد اتلدخل المطلوب وتيار القلعدة المناظر لتحويل الترانزستور إلى حالة التوصيل الكامل .
مثال رقم 1 :
استخدم قيم الترانزستور التالية : = 200, Ic = 4Ma و Ib = 20uA .
أوجد قيمة مقاومة القاعدة (Rb) المطلوبة لتوصيل ON الحمل عندما يتعدى جهد طرف الدخل 2.5v .

أقرب أقل قيمة عملية هى 82k وهى تضمن أن يكون الترانزستور دائما متشبع .
مثال رقم 2 :
استخدم نفس القيم , أوجد أدنى تيار قاعدة مطلوب لتحويل الترانزستور لحالة التوصيل الكامل (التشبع) لحمل يحتاج لتيار 200mA عندما يزيد جهد الدخل إلى 5.0V . أيضا إحسب القيمة الجديدة للمقاومة Rb .
تيار قاعدة الترانزستور :

مقاومة قاعدة الترانزستور :

تستخدم مفاتيح الترانزستور فى مجموعة واسعة من التطبيقات مثل ربط interfacing أجهزة التيار المرتفع أو الجهد العالى مثل المحركات والريلايات والمصابيح بالدوائر المتكاملة المنطقية الرقمية ذات الجهد المنخفض او البوابات مثل بوابة AND أو بوابة OR , حيث يكون الخرج من بوابة المنطق الرقمى فقط +5V ولكن قد يتطلب التحكم فى الجهاز مصدر بجهد 12 أو حتى 24 فولت . أو قد يحتاج حمل مثل محرك التيار المستمر لكى يتم التحكم فى سرعته إلى استخدام سلسلة من النبضات ( التعديل بعرض النبضة PWM), تسمح لنا مفاتيح الترانزستور بالقيام بذلك بشكل أسرع وأكثر سهولة من المفاتيح التقليدية الميكانيكية .

مفتاح الترانزستور والمنطق الرقمى Digital Logic Transistor Switch

F.Abdelaziz · 17-10-2012, 02:59 AM

مفتاح الترانزستور والمنطق الرقمى Digital Logic Transistor Switch

مقاومة القاعدة Rb مطلوبة لتحديد تيار الخرج من البوابة المنطقية .
الترانزستور PNP كمفتاح :
أيضا يمكننا استخدام الترانزستور PNP كمفتاح , الفرق فى هذه الحالة هو أن الحمل يكون متصل بالأرضى (0V) ويقوم مفتاح الترانزستور PNP بإمداده بالقدرة . لتحويل مفتاح الترانزستور PNP لحالة التوصيل ON يتم توصيل طرف القاعدة بالأرضى أو بصفر الجهد ( الحالة المنطقية المنخفضة) LOW كما هو مبين بالشكل .

معادلات حساب مقاومة القاعدة وتيار المجمع والجهود تماما مثل مفتاح الترانزستور NPN . الفرق فى هذه الحالة هو أننا نحول القدرة بترانزستور PNP ( مصدر للتيار source) بدلا من تحويل الأرضى بالترانزستور NPN (مصب أو بالوعة للتيار sink ) .

مفتاح الترانزستور الدارلنجتون Darlington Transistor Switch

أحيانا يكون كسب التيار المستمر للترانزستور ثنائى القطبية صغير جدا لتتحويل المباشر لتيار الحمل أو الجهد لذلك يم استخدام مفاتيح ترانزستور متعددة . فى هذه الحالة يستخدم أحد ترانزستورات الدخل الصغيرة لتوصيل ON وفصل OFF ترانزستور خرج قادرة على تناول تيار أكبر بكثير . لتعظيم كسب الإشارة يتم توصيل الترانزستورين على شكل " متكامل بكسب مضاعف" أو ما هو أكثر شيوعا باسم "تكوين الدارلنجتون""Darlington Configuration" حيث يكون عامل التكبير هو ناتج (حاصل ضرب) تكبير الترانزستورين كل على حدة .
تحتوى ترانزستورات الدارلنجتون ببساطة على ترانزستورين ثنائى القطبية مفردين من النوع NPN أو PNP متصلة معا بحيث يتضاف كسب التيار للترانزستور الأول بقيمة كسب التيار للترانزستور الثانى لإنتاج جهاز يعمل كترانزستور مفرد بكسب تيار مرتفع جدا لتيار قاعدة أصغير بكثير . قيمة الكسب الكلى Beta () أو Hfe لجهاز الدارلنجتون هو حاصل ضرب كسبى الترانزستورات ويعطى بالعلاقة :

على سبيل المثال , إذا كان ترانزستور الدخل الأول له كسب تيار بالقيمة 100 وترانزستور التحويل الثانى له كسب تيار بالقيمة 50 فإن كسب التيار الكلى سوف يكون 100 x 50 = 5000 .الشكل التالى يبين النوعين الأساسيين لترانزستور الدارلنجتون :

الشكل يبين تكوين مفتاح ترانزستور الدارلنجتون حيث يتم توصيل مجمعى الترانزستورين ببعضهما مع توصيل مشع الترانزستور الأول بقاعدة الترانزستور الثانى , لذلك يصبح تيار مشع الترانزستور الأول هو تيار قاعدة الترانزستور الثانى . يستقبل ترانزستور "الدخل" أو "الأول" إشارة الدخل ويكبرها ويستخدمها فى قيادة (دفع) ترانزستور "الخرج" أو"الثانى" حيث يتم تكبيرها مرة أخرى وينتج كسب تيار كبير جدا . بالإضافة إلى إمكانيات زيادة التيار ةالجهد يوجد ميزة أخرى لمفتاح ترانزستور الدارلنجتون وهى سرعاته المرتفعة فى التحويل switchingمما يجعلها مثالية للاستخدام فى دوائر الإنفرتر inverterوفى تطبيقات التحكم فى محرك الخطوة stepper motor .
إختلاف يجب أخذه فى الاعتبار عندما نستخدم ترانزستورات الدارلنجتون كمفتاح , وهو جهد الدخل بين القاعدة والمشع ( VBE ) يحتاج أن يكون أكبر وعند حوالى 1.4V لأجهزة السليكون , نتيجة للتوصيل على التوالى لوصلتين PN .
تلخليص لعمل الترانزستور كمفتاح :
· يمكن اسخدام مفاتيح الترانزستور للتحويل switch والتحكم فى المصابيح و الريلايات أو حتى المحركات .
· عند استخدام الترانزستور ثنائى القطبية كمفتاح يجب أن تكون إما فى حالة "فصل كامل" "fully-OFF"أو فى حالة "توصيل كامل" "fully-OFF".
· الترانزستورات التى فى حالة التوصيل الكامل يقال أنها فى منطقة تشبعها Saturation.
· الترانزستورات التى فى حالة الفصل الكامل يقال أنها فى منطقة قطعها Cut-off .
· عندما يستخدام الترانزستور كمفتاح فإن تيار قاعدة صغير يتحكم فى تيار أكبر بكثير بحمل المجمع .
· عندما يستخدم الترانزستور كمفتاح تحويل لأحمال حثية مثى الريلايات وملفات السلونويد يستخدم دايود على التوازى مع الحمل .
· عندما نحتاج للتحكم بتيارات أو جهود مرتفعة يمكن استخدام ترانزستورات الدارلنجتون .
فى الجزء القادم سوف نتناول عمل ترانزستور تأثير المجال ذات الوصلة والمعروف باسم JFET . سوف نتناول أيضا منحنيات خواص الخرج المرتبطة بدوائر التكبير بالترانزستور JFET كعلاقة بين جعد المنبع وجهد البوابة .

ترانزستور تأثير المجال ذات الوصلة Junction Field Effect Transistor

F.Abdelaziz · 17-10-2012, 09:05 PM

الترانزستور وحيد الوصلة UNIJUNCTION TRANSISTORUJT

الأهداف:

مناقشة الاختلافات بين الترانزستورات متعددة الوصلات والترانزستورات أحادية الوصلة .
وصف مبدأ العمل للترانزستور UJT .
التعرف (تحديد) على أطراف UJT .
رسم رمز مخطط الدائرة الكهربية للترانزستور UJT .
اختبار UJT بواسطة الأوم ميتر .
توصيل UJT فى الدائرة .

1- الترانزستور UJT هو ترانزستور خاص له قاعدتين two bases ومشع emitter , هو جهاز رقمى لأن له حالتين فقط : حالة التوصيل on و حالة الفصل (القطع) off .ويصنف عادة مع مجموعة من الأجهزة المعروفة باسم عائلة الثيرستورات thyristors . الثيرستورات هي الأجهزة التي يتم توصيلها تماما أو فصلها (قطعها) تماما , وتشمل الأجهزة مثل موحد السليكون المحكوم SCR والترياك triac والداياك diac والترانزستور وحيد الوصلة UJT و.....

يصنع الترانزستور UJT عن طريق المزج بين ثلاث طبقات من مواد أشباه الموصلات ، كما هو موضح في الشكل رقم 1 .

2- الشكل رقم 2 يوضح رمز مخطط الدائرة الكهربية للترانزستور UJT وشكل قاعدته .

3- يمر التيار فى مسارين خلال UJT . أحد الممرات من القاعدة رقم 2 إلى القاعدة رقم 1 . الممر الآخر من خلال المشع والقاعدة رقم 1 . فى حالته العادية لا يمر تيار من أى من الممرين حتى يصبح الجهد المطبق على المشع أعلا بحوالى 10 فولت من الجهد المطبق على القاعدة رقم 1 , عندئذ يتحول UJT إلى حالة التوصيل ويمر التيار من ممر القاعدة رقم 1- القاعدة رقم 2 ومن الممر المشع – القاعدة رقم 1. يستمر مرور التيار حتى يهبط الجهد المطبق على المشع إلى النقطة التى يكون فيها اعلا بحوالى 3 فولت من الجهد المطبق على القاعدة رقم 1 . عندما يصل المشع إلى هذه النقطة يتحول UJT إلى حالة الفصل (القطع) ويظل مفصول حتى يرتفع مرة أخرى الجهد المطبق على المشع ويصل إلى مستوى أعلا من الجهد المطبق على القاعدة رقم 1 بحوالى 10 فولت .

4- عادة ما يوصل الترانزستور UJT كما هو موضح بالشكل رقم 3 .

المقاومة المتغيرة تتحكم فى المعدل الزمنى لشحن المكثف . عندما يتم شحن المكثف إلى 10 فولت يتحول UJT إلى حالة التوصيل on حيث يتم تفريغ المكثف خلال ممر المشع – القاعدة رقم 1 . عندما يتم تفريغ المكثف حتى 3 فولت يتحول UJT إلى حالة القطع off بما يسمح للمكثف بالبدأ فى الشحن مرة أخرى . بتغيير المقاومة المتصلة على التوالى مع المكثف يتم التحكم فى الزمن اللازم لشحن المكثف وبالتالى معدل نبضات الترانزستور UJT (T = RC) .
ويمكن للترانزستور UJT أن يعطى نبضه إخراج كبيرة لأن نبضة الخرج تنتج نتيجة تفريغ المكثف كما فى الشكل رقم 4 . هذه النبضة الكبيرة عادة تستخدم لإشعال (بدء) triggering بوابة الموحد السليكونى المتحكم SCR .

يتحدد معدل النبضات بقيم المقاومة والمكثف المتصلة بمشع UJT . ومع ذلك فإن قيمة المكثف مقيدة حيث لا يمكن استخدام مكثف أكبر من 10 ميكروفاراد لأن الترانزستور UJT قد لا يكون قادرا على التعامل مع الارتفاعاتspike فى التيار الناتجة عن المكثف الكبير وقد يتلف الترانزستور UJT.

5- يمكن اختبار الترانزستور UJT بالأوم ميتر بطريقة مماثلة لاختبار الترانزستزر العادى .
عند اختبار UJT بالأوم ميتر فإنه يبدو كدائرة تحتوى على مقاومتين كما هو موضح بالشكل رقم 5 .

إذا تم توصيل الطرف الموجب للأوم ميتر بمشع UJT يلاحظ وجود مقاومة بين المشع – القاعدة رقم 1 و مقومة بين المشع – القاعدة رقم 2 .

إذا تم توصيل الطرف السالب للأوم ميتر بالمشع فلن تكون هناك مقاومة ملحوظة بين المشع وكل من القاعدة رقم 1 والقاعدة رقم 2 .

إذا تم توصيل طرفى الأوم ميتر إلى القاعدتين يلاحظ وجود إستمرارية (مقاومة) شريطة أن يكون جهد طرفى الأوميتر كبير بما يكفى للعمل .

F.Abdelaziz · 17-10-2012, 09:10 PM

ترانزستورات تأثير المجال الالتصاقى JFET :

يصنع ترانزستور JFET من قناة موجبة P أو سالبة N , وله أطراف ثلاثة , وهى : المصرف Drain (D) , والمصدر أو المنبع Source (S) والبوابة Gate (G) . وفيما يلى رموز JFET :

الرمز 1 لترانزستور JFET بقناة N , والرمز 2 لترانزستور JFET بقناة P . الفرق بين الرمزين فى اتجاه السهم الموضوع على البوابة , فالسهم الداخل يعنى ترانزستور بقناة N والسهم الخارج يعنى ترانزستور بقناة P . والجدير بالذكر أن ترانزستور JFET ذا القناة N هو الأكثر انتشارا .
ويؤدى المصدر والمصرف والبوابة نفس وظائف الباعث والمجمع والقاعدة للترانزستور ثنائى القطبيةBJT.
علما بأن ترانزستور JFET يتم التحكم فيه بجهد الدخل وليس بالتيار , كما هو الحال فى الترانزستور ثنائى القطبية . فعند تعريض بوابة ومصرف ترانزستور JFET بقناة N لفرق جهد يساوى صفرا , يصبح الترانزستور فى حالة توصيل كامل (تشبع) ويمر أقصى تيار للمصرف , ويكون فرق الجهد بين المصرف والمصدر أقل ما يمكن .
وعندما يصبح فرق الجهد بين البوابة والمصرف بالسالب يقل تيار المصرف , ويقل التيار كلما ازداد انخفاض الجهد عن الصفر حتى ينعدم . لذلك يهتبر ترانزستور JFET ذو قناة N فى حالة وصل طبيعى
Normally on . وعادة يستخدم ترانزستور JFET كعنصر إشارة .

F.Abdelaziz · 17-10-2012, 09:11 PM

ترانزستور تأثير المجال أكسيد المعدن شبه الموصل MOSFET :

أحيانا يطلق على ترانزستور MOSFET بترانزستور تأثير المجال ذات البوابة المعزولة IGFET .
يوجد نوعان من ترانزستور MOSFET وهما :
1- ترانزستور نوع النضوب Depletion type .
2- ترانزستور نوع التعزيز Enhancement type .
وكلاهما له ثلاثة أطراف تشبه أطراف ترانزستور JFET .وفيما ياى رموز ترانزستورات MOSFET :

الرمز 1 لنرانزستور نوع النضوب بقناة N . والرمز 2 لترانزستور نوع النضوب بقناة P , والرمز 3 لترانزستور نوع التعزيز بقناة N والرمز 4 لترانزستور نوع التعزيز بقناة P . الفرق بين ترانزستور MOSFET نوع النضوب وترانزستور MOSFET نوع التعزيز فى قطبية فرق الجهد بين البوابة والمصدر VGS والذى يعمل عنده كلاهما , فيعمل ترانزستور النضوب بقناة N عندما يكون فرق الجهد VGS بالموجب أو بالسالب , ويزداد تيار المصرف ID بزيادة فرق الجهد عند القطبية الموجبة ويقل بزيادة فرق الجهد عند القطبية السالبة , ولذلك يمكن اعتبارة ترانزستور فى حالة توصيل طبيعى .

والجدير بالذكر أن ترانزستور MOSFET نوع التعزيز بقناة N هو أغلب أنواع ترانزستورات MOSFET انتشارا , حيث يستخدم عادة كعنصر قدرة . ولقد استطاعت ترانزستورات MOSFET التغلب على مشكلة كبيرة موجودة فى الترانزستورات الثنائية القطبية وهى كبر تيار تشغيلها (تيار القاعدة) . فمثلا : يبيلغ تيار التشغيل لترانزستور دارلنجتون معامل كسبه 100 وتيار مجمعه 300A فيكون تيار قاعدته 3A , ويظهر هذا العيب بصورة أوضح فى ترانزستورات القدرة Power transistor المنفردة لانخفاض معامل كسبها , فقد يصل تيار قاعدة ترانزستور قدرة تيار مجمعه 300A ومعامل كسبه 10 حوالى 30A .
فى حين يتم التحكم فى ترانزستور MOSFET نوع التعزيز بقناة N وذلك بتسليط فرق جهد موجب بين البوابة والمصدر , ونظرا لمقاومة الدخل الكبيرة لترانزستور MOSFET فإن تيار بوابة الترانزستور يكون بالميكرو أمبير .
ومن أهم المعاملات Parameters التى تؤخذ فى الاعتبار عند التعامل مع ترانزستورات المجال هو الموصلية الانتقالية Transconductance (gfs) وتساوى :

حيث إن :
IDΔ التغير فى تيار المصرف والناتج عن التغير فى فرق الجهد بين البوابة والمصدر .
ويوجد أنواع من ترانزستورات القدرة MOSFET تصل جهود تشغيلها إلى 650V وتيار تشغيلها إلى 100A .
وتتميز ترانزستورات MOSFET بالسرعات العالية جدا مقارنة بالترانزستورات ثنائية القطبية , فقد تصل سرعة ترانزستورات MOSFET إلى 5nS . كما يمكن توصيل أكثر من ترانزستور MOSFET بالتوازى لزيادة سعة التيار , وهذا بالطبع لا يمكن تنفيذه مع ترانزستورات BJT .
وهذه المميزات العظيمة دفعت المصممين للاتجاه إلى ترانزستورات MOSFET نوع التعزيز فى التحكم فى القدرة .
ويعاب على ترانزستورات MOSFET حساسيتها العالية التى قد تؤدى لتلفها قبل الاستخدام إذا لم يتم التعامل معها بحذر .
وفيما يلى أهم الملاحظات التى تراعى عند التعامل مع ترانزستورات تأثير المجال :
1- يجب فصل التيار الكهربى عن الدائرة أثناء رفع الترانزستور من الدائرة , وذلك لمنع تولد الجهود العابرة التى تتلف الترانزستور .
2- يتم توصيل معصم اليد للقائم بإصلاح الدوائر التى تحتوى على ترانزستورات MOSFET بأرضى الدائرة أو أرضى الشاسيه .
3- يتم تأريض كاوية اللحام جيدا ولا تستخدم كاوية اللحام التى على شكل مسدس .
والجدير بالذكر أن معظم الأنواع الجيدة من ترانزستورات MOSFET الموجودة بالأسواق تحتوى على ثنائى زينر بين البوابة والمصدر لمنع ارتفاع VGS لقيم غير آمنة 15V , وبالتالى تحمى الترانزستور من الجهود العابرة بالدائرة , وكذلك عند النقل والتداول نتيجة لانتقال الشحنات الاستاتيكية من الاجسام الخارجية إلى أرجل الترانزستور بفعل الاحتكاك . عادة تقوم الشركات المصنعة بقصر أرجل الترانزستور بحلقة معدنية أو سلك أو صفيحة رقيقة لحماية الترانزستور .
وفيما يلى رموز ترانزستورات MOSFET التى تحتوى على ثنائى زينر :

الرمز 1 الترانزستور MOSFET نوع التعزيز . والرمز 2 لترانزستور MOSFET نوع النضوب .

F.Abdelaziz · 17-10-2012, 09:13 PM

الموحد السليكونى المحكوم (الثايرستور) SCR :
يستخدم الثايرستور عادة كعنصر قدرة , وللثايرستور ثلاثة أطراف , وهى المصعد (Anode) A والمهبط (Cathode) K والبوابة (Gate) G . وفيما يلى رمز الثايرستور :

ويعمل الثايرستور كثنائى إذا كان منحازا أماميا ووصلت إشارة جهد موجبة بين البوابة والمهبط , ولذلك سمى بالموحد السليكونى المحكوم . الشكل التالى يعرض نماذج مختلفة للثايروستورات :

والشكل التالى يعرض منحنى الخواص , والذى يبين العلاقة بين تيار المصعد وفرق الجهد بين المصعد والمهبط IA – VAK عند قيم مختلفة لتيار البوابة IG .

وفيما يلى شرح منحنى الخواص للثايرستور :
1- إذا كان تيار البوابة يساوى صفرا , ويرمز له بالرمز IG0 , فإن الثايرستور يكون فى حالة قطع (فصل) OFF , ويكون هناك مقاومة كبيرة جدا بين المصعد والمهبط , ولكن إذا زاد الجهد بين المصعد والمهبط وصولا لجهد الانهيار الأمامى VB0 ففى هذه الحالة يتحول الثايرستور لحالة الوصل ويمر تيار المصعد , علما بأن الثايرستور غير مصمم للعمل بهذه الطريقة فمن المحتمل انهياره
2- عند وصول إشارة جهد موجبة بين البوابة والمهبط يمر تيار فى بوابة الثايرستور , وبالتالى فإن الجهد اللازم لتحويل الثايرستور لحالة الوصل يوف يقل عن VB0 , فكلما ازداد تيار البوابة IG قل VAK اللازمة لإشعال الثايرستور ( لتحويل الثايرستور لحالة الوصل) .
3- بعد تحويل الثايرستور لحالة الوصل يظل على هذه الحالة حتى بعد انخفاض قيمة تيار البوابة IG للصفر , ولكن بمجرد انخفاض تيار المصعد IA عن تيار الإمساك IH (وهو تيار المصعد الأدنى الذى يحافظ على الثايرستور فى حالة وصل بعد إشعاله) يتحول الثايرستور لحالة الفصل .
والجدير بالذكر أنه يجب توافر شرطين فى إشارة الجهد اللازمة لإشعال الثايرستور VGK , وهما :
1- أن يكون زمن الإشارة كافيا لإحداث إشعال , ويجب ألا يقل عن 10S .
2- أن يكون التيار IG المتولد نتيجة لتسليط إشارة الجهد VGK كافيا لإحداث إشعال عند قيمة VAK , علما بأنه يطلق على أدنى جهد لازم لإشعال الثايرستور VGT وأدنى تيار بوابة لإشعال الثايرستور IGT .
ويتحول الثايرستور لحالة الوصل فى زمن يتراوح ما بين (1 : 5 S ) , ويجب ألا يقل تيار البوابة اللازم لإشعال الثايرستور عن ( 2 : 4 IG ) .

طرق إطفاء الثايرستور :
من المشاكل التى نتعرض لها فى دوائر الثايرستور مشكلة إطفاء الثارستور , أى تحويله لحالة القطع , حيث يبقى الثايرستور فى حالة وصل طالما أن تيار المصعد IA أكبر من تيار الإمساك IH .
وهناك عدة طرق لإطفاء الثايرستور نذكر منها :
1- استخدام الثايرستور فى دوائر التيار المتردد . فمن المعروف أن الموجة الجيبية للتيار المتردد تصل للصفر مرتين فى الدورة الواحدة , وحيث أن الثايرستور يعمل كموحد فإنه يعمل على إمرار نصف الموجة الموجب فقط , وبمجرد وصولها للصفر يحدث إطفاء ذاتيا للثايرستور
Self commutation , ويتحول الثايرستور لحالة القطع إلى أن يتم إشعاله مرة أخرى .
2- استخدام الثايرستور فى دوائر توحيد الموجة الكلملة غير المرشحة , حيث ينطفىء الثايرستور كلما أصبح فرق الجهد بين المصعد والمهبط مساويا الصفر لانخفاض تيار البوابة فى هذه الحالة عن تيار الإمساك IH .
3- استخدام مفتاح يدوى أو مفتاح الكترونى بالتوازى مع الثايرستور , فبمجرد غلق المفتاح ينطفىء الثايرستور لتحول مسار التيار المار فى الثايرستور ليمر فى المفتاح .
4- استخدام مفتاح يدوى بالتوالى مع الثايرستور , فبمجرد فتح المفتاح اليدوى ينطفىء الثايرستور لانعدام مرور التيار فى الثايرستور .
5- توصيل مكثف مشحون بالتوازى مع الثايرستور بطريقة تجعل الثايرستور يتعرض لجهد معاكس بين المصعد والمهبط فيقل تيار المصعد IA إلى قيمة أقل من تيار الإمساك IH , فيتحول الثايرستور لحالة لبقطع .

زاوية إشعال الثايرستور Fire angle ( ) :
من أهم المصطلحات الفنية المستخدمة مع الثايرستور زاوة الإشعال ( ) وهى الزاوية التى يتحول عندها الثايرستور من حالة القطع لحالة الوصل , وذلك لحظة وصول إشارة إشعال البوابة .
الشكل التالى يبين دائرة للتحكم فى محرك تيار مستمر مستخدما ثايرستور (الشكل أ ) وشكل موجة الجهد على أطراف المحرك , وكذلك نبضات إشعال الثايرستور (الشكل ب ) .

ويلاحظ أن نبضة الإشعال تصل للبوابة عندما تكون = 90 , ويكون الجهد على أطراف المحرك هو الجزء المهشر فقط أما باقى الموجة الموحدة فتكون على أطراف الثايرستور VAK .
ويعمل الثايرستور تماما كموحد , حيث يمنع وصول نصف الموجة السالب للمحرك , ويلاحظ أنه كلما ازدادت زاوية الإشعال قل جهد أطراف المحرك , ويساوى صفرا عندما تكون زاوية الإشعال مساوية 180 , بينما يكون الجهد على الحمل أكبر ما يمكن عندما تكون زاوية الإشعال مساوية للصفر .

F.Abdelaziz · 17-10-2012, 09:15 PM

الترياك Triac :
يتميز الترياك عن الثايرستور بأنه يسمح بمرور التيار فى الاتجاهين . وللترياك ثلاثة أطراف تماما مث الثايرستور , وهى : المصعد الأول ويرمز له A1 أو T1 أو MT1 , والمصعد الثانى ويرمز له A2 أو T2 أو MT2 , والبوابة ويرمز لها G . وفيما يلى رمز الترياك :

الشكل التالى يعرض منحنى الخواص , والذى يعطى العلاقة بين تيار المصعد IA وفرق الجهد بين المصعدين VA1-A2 .

ويلاحظ أن الترياك يسمح بمرور التيار فى الاتجاهين , ويتحول لحالة الوصل ON إما ذاتيا عند وصول فرق الجهد بين المصعدين لجهد الانهيار الفوقى +VBO , أو عند وصول نبضة تيار البوابة , وذلك عند تحقق أحد الحالات التالية :
1- عندما يكون جهد MT2 موجبا وجهد البوابة G موجبا تصل نبضة موجبة , ويرمز لها عادة بالرمز I+ .
2- عندما يكون جهد MT2 موجبا وجهد البوابة G سالبا تصل نبضة سالبة , ويرمز لها عادة بالرمز I- .
3- عندما يكون جهد MT2 سالبا وجهد البوابة G موجبا تصل نبضة موجبة , ويرمز لها عادة بالرمز III+ .
4- عندما يكون جهد MT2 سالبا وجهد البوابة G سالبا تصل نبضة سالبة ويرمز لها بالرمز III- .
والجدير بالذكرأن حساسية الترياك تكون أكبر ما يمكن عند الحالة I+ , و III- , وتقل الحساسية نوعا ما فى الحالة I- , وتكون الحساسية أقل ما يمكن فى الحالة III+ , ولذلك لا تستخدم هذه الحالة عادة لإشعال الترياك.
وهناك حدود لاستخدام الترياك فى التحكم فى دوائر القوى , وذلك لأن الحد الأقصى للجهد العكسى للترياكات يساوى 1000V وتيارها الأقصى 200A , كما أن تركيب الترياك يجعله مناسبا عند الترددات 50 : 60 HZ فى حين أن الثايروستورات يمكن استخدامها عند ترددات تصل إلى 600HZ وكذلك عند الجهود والتيارات الفائقة . فعند التيارات والجهود العالية جدا يمكن استخدام عدد 2 ثايرستور موصلين خلفا لخلف للحصول على مكافىء للترياك , وذلك عند عدم توفر ترياك يتحمل هذه التيارات ةهذه الجهود . والشكل التالى يبين طريقة توصيل تايرستورين للحصول على مكافىء للترياك :

ولا تختلف زاوية إشعال الترياك عن زاوية إشعال الثايرستور . الشكل التالى يبين دائرة ترياك تتحكم فى سخان كهربى وشكل موجة الجهد على أطراف السخان VH , وكذلك نبضات إشعال الترياك IG .

حيث إن :
T تعنى دائرة إشعال الترياك .
ويلاحظ أن نبضات الإشعال تصل لبوابة الترياك فى نصف الموجة الموجب , وكذلك نصف الموجة السالب , كما أن الترياك يمرر التيار فى الاتجاهين .
والجدير بالذكر أنه كلما ازدادت زاوية الإشعال قل الجهد المسلط على الحمل VH (الجزء المهشر) . فعندما تكون مساوية 180 فإن الجهد المسلط على الحمل سيساوى صفرا , وعندما تكون مساوية للصفر فإن الجهد المسلط على الحمل VH سيكون أكبر ما يمكن .