 |
|
|
|
|||||
مثبتات الجهد Voltage Regulators
مثبتات الجهد Voltage Regulators هناك العديد من أنواع مثبتات الجهد وكلها تعمل بمبدأ واحد تؤخذ عينة من جهد الخروج المطلوب تثبيته ويقارن بجهد مرجعى (ثابت لا يتغير) والفارق يسمى الخطأ – يكبر هذا الخطأ لزيادة الدقة ويغذى لأداة لنسميها الحاكم لتحكمها فى مجرى التيار المغذى للحمل لتصحيح هذا الخطأ.  الحاكم قد يكون ترانزيستور واحد أو أكثر أو FET/MOSFET واحد أو أكثر أو ثايريستور أو ترياك أو الصمام الأيونى القديم أو حتى دائرة متكاملة – فقط عليها التحكم كيفية تنفيذ التحكم يعطى الدائرة اسمها فإن كان التحكم تدريجيا أو خطيا سمى مثبت جهد خطى – أما إن كان كالمفتاح إما مغلق أو مفتوح سمى كذلك أى Switching Regulator إن كان الحاكم على التوالى مع الحمل سمى مثبت جهد توالى وإن كان على التوازى سمى مثبت توازى السؤال الطبيعى الآن أيهما أفضل الخطى أم الآخر – رجاء لا تسأل – فكل منها له حسناته ومساوئه ومنها عليك أن تقرر أيها أنسب لتطبيقاتك و احتياجاتك المثبتات الخطية لها حسنات كثيرة مثل خلوها من Noise الضجيج – سرعة الاستجابة – سهولة الصيانة – لا تبعث موجات لا سلكية و تداخلات حولها ولها عيوب مثل انخفاض الكفاءة – توليد كثير من الحرارة – ثقل الوزن عند احتوائها على محولات أو ملفات خانقة لاستخدامها ملفات ذات قلب من الحديد السيليكونى ذو مقطع كبير لانخفاض التردد المثبتات ذات السويتش لها حسنات كثيرة مثل توليد كمية اقل من الحرارة - ارتفاع الكفاءة – خفة الوزن حيث تستخدم قلوب من الفرايت وهو سبائك خفيفة الوزن فضلا عن صغر المقطع لارتفاع التردد ولها عيوب مثل ارتفاع فى نسبة الضجيج الناتج من عملية القطع والتوصيل المتتابع – التيار الخارج من الحاكم فى صورة نبضات ذات تيار عالى نسبيا وهى ذات مركبات توافقية عديدة تتسبب فى ظهور موجات لاسلكية وتداخلات تؤثر على الأجهزة المحيطة ما لم تتخذ الاحتياطات الكافية لإخمادها وربما ارتفاع التكلفة أيضا فى القدرات العالية و الأعداد القليلة إذن ماذا نختار؟ حينما تكون الضوضاء فى المقام الأول نستخدم الأنواع الخطية وعندما تكون الكفاءة أو الوزن فى المقام الأول نستخدم النوع الآخر هناك من يقول أن النوع الثانى يفوق الأنواع الخطية التى ستنتهى قريبا عفوا – حينما تكون هناك بوردات كثيرة تركب على بوردة أم Mother Board – أو على مقربة من جهاز مشغل مثل الحساسات التى تستشعر ظاهرة ما و ترد على لوحة التحكم بالنتيجة ، فمن التقليد المفضل أن تكون هناك مثبت على كل وحدة وهذا يعطى مرونة تشغيل كبيرة فمثلا مجموعة المثبتات الخطية مثل LM7805 وحتى , LM7824 تمكنك من استخدام الجهد الصناعى التقليدى 24فولت دون الحاجة لتوفير 5 فولت لحساس و 9 فولت لآخر و 12 لثالث الخ بوضع المثبت المناسب داخل كل منها كما أن هذا الأسلوب يوفر لك الحماية الكاملة من تأثير وحدة على أخرى من خلال الضوضاء من خلال خطوط التغذية والتخلص من تأثير خطوط نقل القدرة 220/380 فولت على خطوط نقل المعلومات أو البيانات وهى الظاهرة المعروفة بالتقاط الطنين Hum Pickup (منذ أيام أجهزة الراديو والاتصالات ذات الصمامات الأيونية) وهى انتقال جزء من تردد التيار الناقل للقدرة 50- 60ذ/ث أو ضعف هذا التردد (الضعف ناتج من التقويم موجة كاملة والذى ينتج 2×تردد المنبع) لذلك فوضع هذه المثبتات الخطية على كل بوردة / كارت بما تحويه من أنواع الحماية المتنوعة مثل حماية ضد زيادة التيار – ارتفاع درجة الحرارة – قصر الدوائر – تغيير الأحمال والأهم على الإطلاق المعروفة باسم التلف الآمن Fail Safe ، يجعلها خيارا رخيصا جدا يصعب التخلص منه – ولا تحتاج سوى 2 فولت فقط على الأقل أعلى من الجهد المطلوب و ظاهرة التلف الآمن تعنى عند تلف القطعة لا تسبب دمار لأخرى فمثلا عند تلف LM7805 فهى تقطع التغذية عن الخرج ويصبح صفر فولت عكس الوحدات التى تصنع بالطريقة التقليدية ، فعند تلف الحاكم ، فغالبا ما يصبح قصر – أى حدوث قصر بين المجمع والباعث جاعلا جهد الخروج مساوى لجهد الدخول معرضا باقى الدوائر للتلف مثلا استخدام LM7805 للحصول على 5 فولت لتغذية دوائر رقمية من نوع TTL التى تتلف لو ارتفع الجهد لأعلى من 6 فولت. عند تلف المثبت LM7805 يصبح الجهد صفرا مما يحميها من التلف ، أما إن استخدمنا أى وسيلة أخرى سيرتفع لأكثر من 9 فولت مما يسبب تلفا فوريا لكل الدائرة قبل أن نترك الموضوع لا ننسى توضيح نقطة وهى ما قلناه فى مقدمة المقال وهو - يقارن بجهد مرجعى (ثابت لا يتغير) من أين نأتى بجهد ثابت لا يتغير والدائرة كلها وظيفتها توليد جهد ثابت لا يتغير؟ الإجابة ببساطة ثنائى زينر Zener Diode – ولذا نرى أن دقة مثبت الجهد تعتمد كليا على أداء هذا الثنائى – أى أن دقه أداؤه أهم بكثير من قيمته كل دائرة مهما كان نظرية عملها تحتوى وسيلة للضبط أى تحديد قيمة الخرج فلو شئت الحصول على 12 فولت ، تصمم الدائرة للحصول على من 9 إلى 15 فولت مثلا و مفتاح (مقاومة متغيرة) للضبط على ما تريد – لماذا؟ لنعد لأول مقال عن المقاومات وما ذكرناه عن الدقة إما 10% أو 5% أو 2% وهو ما يجعلك غير قادر على التنبؤ بالقيمة الدقيقة التى سينتهى إليها تنفيذ الدائرة كما أن إنتاج 10 وحدات متكررة منها سيعطى 10 نتائج مختلفة كل فى نطاق الدقة التى تستخدمها فى مكوناتها - وكلما زادت الدقة زادت التكلفة وزاد احتمال عدم توفر القيمة الخاصة التى تريدها ضمن القيم القياسية التى تنتجها المصانع مما يضطرك لتصنيع ما تريد فى صفقة خاصة تجعل ثمن القطعة يتضاعف لعدد يتوقف على كم ألف قطعة تريد – لذا الحل السابق أقل كلفة بكثير لماذا إذن أداء الزينر أهم من قيمته – ببساطة لأن الخطأ فى قيمته يمكن تعويضها بالمفتاح السابق وهو خطأ مماثل للخطأ فى باقى المكونات والمحدد لدقتها – أما الأداء فيعنى ، بعد أن تضبط الجهاز ، هل سيظل ثابت القيمة أم بتغيير الحرارة أو الحمل أو التقادم سيتغير و عندها يجب وضع آفو على الخرج و نعين موظفا دوره إعادة الضبط كلما دعت الحاجة.. و هناك عامل آخر أغفلنا الحديث عنه حتى الآن وهو ثبات الأداء والسبب أن ترك المقاومات على الرف أو فى حالة تشغيل لا تتأثر كثير مع مرور الزمن ولكن بعض المكثفات و كل منتجات أشباه الموصلات تتأثر مع مرور الوقت تأثرا بالحرارة الناجمة عن التشغيل أو خلافه من الظروف وهذا التغيير يقدر بجزء من المليون Part Per Million PPM لنعد لثنائى الزينر المذكور ، نجد أن أداؤه قد يكون غير كافى إذ أن جهده غير ثابت إذ يتغير بقدر ضئيل مع تغير التيار المار فيه وأيضا يتأثر بدرجة الحرارة - هذا يؤثر على قيمة الخطأ الذى ذكرناه والذى يكبر أيضا ويسبب تغيير قيمة الخرج وعدم ثباتها الحل – هناك العديد من مرجعيات الجهد Voltage Reference والتى تتكون من دائرة متكاملة داخل عبوة بلاستيكية سوداء فى حجم الترانزستورات الصغيرة العادية المسماة TO92 وتوفر أداء أفضل من الثنائى العادى بكثير فضلا عن عدم تأثره بتغيير درجة الحرارة المحيطة مثل LM103,LM113,LM129 وبعضها قابل للضبط مثل LM136 والبعض الآخر ذو قيم خاصة جدا مثل 2.5 فولت أو 1.235 أو غيرة قبل أن تتساءل لماذا بعد ما سبق ذكره عن دقة المقاومات وخلافه وما يبدو من عدم أهمية قيمة ثنائى الزينر – أقول ما ذكر كان فقط لمثبتات الجهد ولكن هناك تطبيقات أخرى تهم فيها القيمة نفس أهمية الأداء مثل دوائر التحويل من القيم الخطية للرقمية Analog to Digital Converter والعكس حيث استخدام مثل هذه الثنائيات ذات الدقة العالية يغنى عن عملية الضبط والمعايرة فيما بعد نود أن نقوم بتصميم واحدة من كل نوع ولكن ذلك يتطلب معرفة الترانزيستور وعمله كمكبر أولا ولفهم الترانزيستور يجب أن نستكمل الثنائيات فى غير دوائر التوحيد ، لذلك هذا ما سنبدأ به إن شاء الله المرة القادمة |
| اعلانات |
|
|||||
|
تصرف الثنائيات لحظيا
الثنائيات العادية كما قلنا تتكون من جزأين P-N وينشأ بينهما جهد الحاجز وجدير أن نتذكر أن الثنائى يكون غير موصل عادة ما لم يطبق جهد يتغلب على هذا الحاجز . بمجرد تطبيق هذا الجهد تبدأ الإلكترونات والفجوات فى الحركة حتى يبدأ فى التوصيل وهذا يستغرق زمنا ،أيضا عند انقطاع التيار ،نحتاج لزمن حتى يتم الاتحاد بين الفجوات والإلكترونات حتى نعود لوضعنا الأصلى – عدم التوصيل. هذا الزمن يحدد متى تستطيع عكس القطبية حتى يقوم بالتقويم بصورة صحيحة ولهذا يجب ألا ننسى أن تتناسب سرعة الموحد مع زمن الموجة ليقوم بالتوحيد المطلوب و إلا أصبح كقطعة من السلك مما يسبب مرور تيار عالى و يحترق الموحد ، فالموحدات الصالحة للتيار العمومى 50- 60 ذ/ث لا تصلح مع تردد شاشة التلفزيون 15625 ذ/ث الخ لكن الثنائى السريع يصلح لكل التطبيقات البطيئة - فقط ثمنه أغلى أول استخدام للثنائيات هو كمفتاح أو سويتش فى دوائر تثبيت الجهد السابق شرحها و قد لا حظنا أن هناك نوع توازى و نوع توالى هذه دائرة كيف نقول فيها توالى وتوازى؟ الحكم على ترانزيستور السويتش هل التيار يمر فيه على التوالى مع تيار الحمل؟ إذن هو مثبت توالى  انظر للرسم الأيسر – إن ارتفع جهد الحمل عن القيمة المطلوبة يقوم المكبر بغلق الترانزيستور و العكس بالعكس مما يجعل الجهد على الحمل دائما منتظم و أقل من المنبع نحن نتكلم عن الدايودات هنا ! - ما دوره؟ عند فتح الترانزيستور و مرور التيار إلى الحمل فيرتفع الجهد ، لو حاولت إغلاق الترانزيستور لا يسمح لك الملف بقطع التيار و إن لم تجد له مسار سيضع جهد عالى على الترانزيستور فيتلف – هنا يأتى الدايود للإنقاذ موفرا مسار موضح باللون الأزرق أما الرسم اليمن فهو لمثبت جهد توازى حيث تفتح دائرة التحكم الترانزيستور لفترة وجيزة ثم يقفل قبل أن يصل التيار فى الملف لأقصى قيمة – وإلا طبعا سيكون شورت أو قصر و يدمر الترانزيستور. عندما يفصل الترانزيستور و نظرا لمحاولة قطع التيار فى الملف ، سيضع الملف جهدا كبيرا لكن مسار الحمل يكون بديلا للترانزيستور و لهذا يمكن أن يكون جهد الخرج أعلى بكثير من جهد المنبع وهذه الدائرة تستخدم فى شاشات الحاسب و التلفاز للحصول على الجهد العالى جدا ( 5-7 آلاف فولت ثم تضاعف إلى 30 ألف) دور الموحد يظهر عندما يكون جهد الخرج أعلى من جهد المنبع فتكون موحدات دائرة التقويم مغلقة للتوصيل العكسى الآن كفى تقويم ولنبحث هل هناك ما يقال فى مجرد توصيل الثنائى فى وضع التوصيل مثلا بطارية ومقاومة كما بالرسم الأيمن؟  قلنا أن الثنائى عادة غير موصل – إذن ماذا يكون ؟ طرفان موصلان وبينهما حاجز – التعريف التقليدى للمكثف وهو فعلا ما يكون إلا أنه صغير 10 - 70- بيكو فاراد والطريف أنه بزيادة الجهد عكسيا تزداد المسافة بينهما بزيادة عرض الفجوة مسببة أن تتناقص قيمة المكثف وهو مناسب لتطبيقات السعة المتغيرة كتغيير التردد فى المذبذبات مثل توليف القنوات فى التليفزيون وغيره الآن لو الجهد أمامى اكبر من 0،6 فولت سيجعل الثنائى موصلا أى ينقل ترددات أو تيار مستمر أو أى تيار كهربى مستمر أو متردد طالما كانت قيمته صغيرة بالنسبة للجهد الأمامى ولا تسبب للثنائى أن يخرج من وضعية التوصيل الأمامى ، وإن عكس الجهد الأمامى يصبح الثنائى مغلقا ولا يمر من خلاله شيئا إلا بقدر ما تسمح تلك السعة الصغيرة بالمرور أى أننا حصلنا على مفتاح Switch يسمح لنا بتمرير وإيقاف إشارة فى مسار معين – وهذا يصلح أيضا للترددات العالية ماذا لو قمنا بتغيير قيمة المقاومة- هل هناك فرق؟ كما بالرسم الأيسر مثاليا لا فرق ولكن عمليا الثنائى له دائرة مكافئة مركبة ولو نظرنا للمنحنى الممثل للجهد / التيار الخاص بأى موحد سنجد أنه بعد 0.6 فولت يصبح منحنى قريب من خط مستقيم و يمكن التعبير عنه بالعلاقة R=0.025\I أى أن الثنائى فى وضع التوصيل يكافئ مقاومة يمكن تغيير قيمتها لو كان التيار 1 مللى أمبير كان يكافئ 25 أوم لو زاد التيار إلى 10 مللى كان يكافئ 2.5 أوم ولو قلت إلى 100 ميكرو أمبير كان يكافئ 250 أوم وهكذا يمكنك استخدامه كمقاومة متغيرة لم تقتنع وتريد إثباتا رياضيا؟ المرفقات بها الإثبات هل يمكن ذلك عمليا ؟ وهل يستخدم فى الدوائر؟ أى نكون الدائرة كما بالرسم حيث R1 تغير التيار المار فى الموحد وبالتالى مقاومته فيتغير نسبة الجهد الخارج من المصدر V1 إلى الخرج Vout يمكن إذا كانت المقاومة الصغيرة للثنائى لا تسبب مشكلة وهى غير مناسبة لتطبيقات الصوت والصورة إلا إذا كانت فى حدود لا تزيد عن بضع عشرات مللى فولت لكن قد تناسب ترددات اعلى وخصوصا عند مستوى الإشارة الصغيرة إذن ما فائدة هذا النقاش إن كانت فوائدة محدودة؟ الإجابة بسيطة وهامة جدا الترانزيستور به وصلة القاعدة – باعث عبارة عن ثنائى فى هذا الوصف – ومقاومته هذه هى عماد حسابات التكبير كما سنرى فى المرة القادمة إن شاء الله انقر على الصورة للحجم الطبيعى   |
| اعلانات اضافية ( قم بتسجيل الدخول لاخفائها ) | |
|
|
|
|||||
|
الترانزيستور
بعد فهم الثنائيات جيدا نبدأ الآن بشرح الترانزيستور من المفاجئ أن نذكر أن العلماء فى شركة بل لم يكونوا يبحثوا عن الترانزيستور لاختراعه ، فقد كانت الصمامات الإلكترونية هى تكنولوجيا العصر و محاولات تصغيرها وصلت بها لحجم الترانزيستور القدرة – لذا كان البحث عن بديل يتخلص من تسخين الفتيلة اللازم للصمامات و فقد الطاقة فيها و احتياجها لجهد عال نسبيا و كان هذا البديل يمتاز بنفس معاوقة الدخول العالية و يعمل بنفس النظرية وهى جهد على طرف الدخول يغير فى تيار الخرج ، أى كانوا يبحثوا عن الترانزيستور المسمى FET ولكن تجاربهم أدت لاكتشاف الترانزيستور ثنائى القطبية Bi-Polar وسمى كذلك لأن التيار يعبر نوعين معاكسين من الخامات أو الأقطاب كلنا نعلم أن الترانزيستور يتكون من ثلاث مناطق إما PNP أو NPN أى هناك ثلاث مناطق – معظم الكتب تتبنى الرسم التالى فى شرح تركيبة  وهو إلى حد كبير صحيح خصوصا بالنسبة لأوائل النماذج التى صنعت منه – لذلك لا بأس من تبنيه فى الشرح نلاحظ أن هناك منطقتان متماثلتان و أخرى مختلفة فى المنتصف مما يشكل ثنائيان متصلان عكس بعضهما فلو وصلنا الترانزيستور كما بالرسم  المفروض أن لا يمر تيار فى المقاومة R2 نتيجة لوجود وصلة معكوسة بين الطرفين C ,B ولكن ماذا يحدث حقيقة هنا ؟ نتيجة لوجود البطارية 6 فولت ، سيمر تيار خلال المقاومة R1 و إذا افترضنا مسار الإلكترونات فقط للسهولة وهى تسير خارج البطارية من الطرف E داخل الوصلة إلى الطرف B ثم المقاومة R1 إلى البطارية كم قيمته ؟ قانون أوم هو الحكم أى بفرض الجهد على الوصلة 0.7 فولت كما سيق القول سيكون 6 – 0.7 = 5.3 فولت 5.3 ÷ 10 ك = 0.53 مللى أمبير هل حقا يدخل الطرف E تيار قدرة 0.53 مللى ويخرج من الطرف B نفس التيار 0.53 مللى أمبير؟؟؟؟؟؟؟؟؟ ولماذا قلنا أن هذا الطرف C وذاك E وماذا لو قلبنا الوضع؟؟؟؟ الجزأين متشابهين على أى حال!! المنطقة الوسطى حسب الرسم هى من النوع P أى أن هناك العديد من الفجوات المتوافرة والجاهزة للاتحاد مع الإلكترونات القادمة من الطرف E – لذلك فهناك احتمالان فقط لا ثالث لهما. الجزء الأوسط يكون سميكا فيسمح لكل الإلكترونات بالاتحاد وعندها يتساوى تيار E ، B ولا يمر أى تيار إلى .C أما إن كان عرض الجزء الأوسط رقيقا جدا – فلن يكون هناك متسع لاتحاد كل الإلكترونات مع الفجوات لتخرج من B بل العديد أو الأغلب حسب رقة هذا الجزء سيعبر المنطقة باندفاعه تحت تأثير المجال الكهربى الناتج من البطارية 6 فولت، ويستقر فى المنطقة C ومنها يجمع إلى البطارية 10 فولت خلال R2- ولهذا سمى الطرف C بالمجمع. وهنا سنجد أن تيار E قد ازداد بنسبة كبيرة هى نسبة هذه الإلكترونات التى استطاعت العبور دون الاتحاد فى القاعدة ولكنه يأتى من البطارية الأخرى 12 فولت ، ونظرا لكونه مدفوع أساسا من البطارية 6 فولت و نتيجة لرقة الجزء الأوسط سنجد أنه ثابت القيمة لا يعتمد على البطارية 12 فولت أو المقاومة .R2 لو نظرنا للأمر من وجهة التيار و المقاومة ، نجد أن المقاومة الكبيرة المسببة لتيار صغير فى الطرف B قد تحولت لمقاومة صغيرة و تسببت فى تيار كبير للطرف C و من هنا تحولت المقاومة لهذا سمى هذا الجهاز محول المقاومة TRANSfer rISTOR أو اختصارا Transistor نلاحظ أنه لو تماثلت الأجزاء C,B يمكن استبدال أطراف المجمع بالباعث و قد صنع ترانزيستور واحد فقط بهذا الأسلوب للعمل كسويتش فى دوائر التضمين و لكن الثنائيات احتكرت الأرض. لتحسين هذا الأداء نجعل الباعث E صغيرا حجما و الطرف B يحيط به أما المجمع C أكبرهم و أكثر فى نسبة الشوائب و من ثم التوصيل ويكون الأسلوب المتبع مع الدوائر المتكاملة افضل كما بالرسم.  الجزء الخارجى المسمى Substrate أو الأساس لا يلزم فى الترانزستورات المنفردة ولكنه يعزل الوحدات عن بعضها فى الدوائر المتكاملة. مما سبق نرى أن المسألة تعتمد على أبعاد المنطقة الوسطى ونسبة الشوائب التى يحتويها فكلما قل سمك القاعدة زادت نسبة تيار المجمع المسماة  وجدير بالذكر أن البعض يمثل الترانزيستور بثنائيين كما بالرسم  وعندها لا يكون هناك مبرر لكى يترك التيار المسار السهل فى الطرف B ويسير للطرف Cفهو خطأ ولا يبرر أداء وصلة المجمع كما أن البعض تمادى لإدعاء أنه بوصل ثنائيان هكذا نصنع ترانزيستور (؟!!) – هذا التمثيل فقط لتوضيح قياس الترانزيستور بالآفو ليس إلا. بقى أن نذكر أن نسبة التيار المار فى المجمع للتيار المار فى القاعدة B تسمى معامل تكبير التيار ويرمز له Hfe أو بيتا ونسبة تيار المجمع إلى الباعث تسمى ألفا  حسب تكوين النسب السابقة قد تتراوح بيتا من 4 إلى 800 أو أكثر للترانزيستور المنفرد ولكن بين نفس الرقم تكون نسبة الاختلاف تصل من 20- إلى 30% وهو رقم كبير لذلك عند طلب الدقة والتماثل يجب اختيار الوحدات المتقاربة بالقياس - أو افضل من ذلك اللجوء للدوائر المتكاملة حيث تصل الدقة إلى 1% فى المرة القادمة إن شاء الله سنعرف مراحل عمل الترانزيستور |
|
|||||
|
مراحل عمل الترانزيستور
مراحل عمل الترانزيستور المرة الماضية ذكرنا أن الترانزيستور يعمل وفق شروط معينة حيث تيار المجمع C يساوى بيتا من المرات تيار القاعدة. حسنا هل هذا هو القانون الأزلى المستديم؟؟ حسنا ماذا لو لم تستطيع البطارية 10 فولت الوفاء بالمطلوب أى أن المقاومة R2 كانت كبيرة بحيث التيار الذى تمرره أقل من بيتا × تيار القاعدة؟؟ أو أن قدرة البطارية أساسا قليلة مثل البطارية 9 فولت الشهيرة؟ يجب أن نفهم نظرية التحكم. هل رأيت يوما صمام يزيد التيار المار فيه سواء كان هذا تيار من الماء أو الهواء أو أى شيء يتحكم فيه هذا الصمام؟ إطلاقا، دوما يكون الصمام متحكما بتقليل أو السماح للشيء أن يمر. لزيادة مرور الشيء تحتاج موتور أو مصدر قدرة خارجى. نفس الشيء فى الترانزيستور فهو صمام ولا يحتوى مصدر طاقة داخلى، لو مال التيار للزيادة وذلك نتيجة ارتفاع جهد البطارية 10 فولت أو نقصان قيمة المقاومة R2 يمكن للترانزيستور أن يعوق هذه الزيادة كصمام تحكم بأن يرتفع الجهد بين المجمع و الباعث ليبقى التيار ثابتا، وإن مال التيار للنقصان، فيسمح الترانزيستور بالمرور لتعويض هذا النقص بتقليل الجهد بين الباعث والمجمع. إذن لو نقص التيار أكثر سيقل الجهد بين الباعث والمجمع أكثر للإبقاء على التيار ثابتا حتى لا تستطيع البطارية مع المقاومة الإمداد بالحد الأدنى للتيار وهو بيتا × تيار القاعدة، فبالطبع سيكون الجهد بين الباعث والمجمع أقل ما يمكن – قرابة الصفر - ولن يجد الترانزيستور ما يتحكم فيه و يفتح الباب على مصراعيه تاركا للمتاح أن يعبر. وهذه المرحلة تسمى التشبع. ملحوظة هامة: تيار المجمع كما قلنا أكبر بكثير من المرات من تيار القاعدة وهذا تكبير للتيار ، لكن البعض يخطئ الظن حيث يعتبر أن الترانزيستور يخلق التيار عوضا عن التحكم فيه، كما شاهدنا، الترانزيستور يتحكم فى الطاقة من المصدر "البطارية" إلى الحمل. مما سبق نجد أن للترانزستور ثلاث مناطق عمل : 1- القطع وفيها يكون تيار المجمع = صفر (للدقة كما سنرى لاحقا التيار = تيار التسريب وهو كأى مادة يمر فيها تيار) و الترانزستور فاقد التحكم وهى إما لأن جهد المجمع C "البطارية 10" فولت غير موجودة أو معكوسة أو تيار القاعدة لأى سبب ما = صفر. 2- مرحلة فاعلة حيث تكون الجهود والتيارات فى الوضع الصحيح و يخضع تيار المجمعC للعلاقة بيتا × تيار القاعدةB 3- مرحلة التشبع و فيها يقل تيار المجمع عن الحد الأدنى أى بيتا × تيار القاعدة فيخرج الترانزيستور من التحكم تاركا التحكم كله للدائرة الخارجية.  وهكذا نجد أن المنحنيات التى تعبر عن علاقة تيار المجمع بالجهد بين المجمع والباعث كالمنحنى الأيسر. هيه!! ألم تقل أن التيار = بيتا × تيار القاعدة؟ المفروض أن تكون خطا أفقيا لكن هنا خطوط مائلة و ميلها غير ثابت. حسنا كم تكون بيتا إذن؟ أو الأجدر أن نتساءل مم تأتى بيتا ؟ أو قل ما هى العناصر التى تتحكم فيها؟!! فلنعود للشرح الأول عن أداء الترانزيستور. قلنا "شريحة رقيقة" و "من نوع مخالف" و "يحيط بها المجمع و تحيط بالباعث". إذن نتوقع أن سمك القاعدة ذو تأثير مباشر و أيضا نسبة الشوائب ذات تأثير مباشر و أخيرا الشكل الطبيعى والذى يساهم فى بعث و لاحقا تجميع هذا العدد من الإلكترونات. تذكر هذه النقطة حين نتحدث عن ترانزستورات القدرة. فى الترانزستورات الصغيرة غالبية هذه العناصر محدودة الأثر ولذا تجد خطوط المنحنيات أقرب للمثالية لكن الأثر موجود و كلها تتغير بالحرارة (تذكر التجربة حين سخنا الثنائى فنقص الجهد من 0.7 لأقل من 0.1 فولت) أما ترانزستورات القدرة فالأمر مختلف. هل تذكر الثنائيات التى بمرور الإلكترونات بكثافة تقلب الجزء الموجب P إلى سالب N ؟!! هذا ما يحدث هنا أيضا لذا تجد منحنيات تيار القاعدة الأعلى تميل لأن تكون بيتا لها أقل. حتى نصل لمرحلة التشبع نجد انخفاض كبير فى قيمتها. الدليل قم بتحميل بيانات أى ترانزيستور قدرة مثلا 2N3773 والذى سنعود إليها لاحقا. http://pdf1.alldatasheet.com/datashe...MI/2N3773.html ستجد أنه يعطى بيتا مثلا بقيمة عظمى 60 و عند تيار مجمع 8 أمبير تنخفض إلى 15 و عند 16 أمبير تصبح 5 مرور التيار الكبير قلل من تأثير الشوائب كما غير فى أبعاد الوصلات بين الباعث و القاعدة و المجمع. إذن نناقش المنحنى و معناه و أين تقع كل مرحلة من الثلاث. وهذا موضوع المرة القادمة إن شاء الله. |
|
|||||
|
دراسة منحنى الخواص
دراسة منحنى الخواص حتى الآن كنا نتحدث عن التيارات الأساسية وهى تيار الباعث والقاعدة و المجمع و لكن هل هناك تيارات أخرى؟ أى مادة مكونه من ذرات و لها مقاومة قد تكون كبيرة أو صغيرة وهى يمر فيها تيار خاضع لقانون أوم. هذه التيارات فى أشباه الموصلات تسمى التيارات الصغرى أو الأقلية Minority current . هذا التيار يعتمد أساسا على نوع الخامة و درجة الحرارة و يتبع قانون أوم، أشبه ما يكون بمقاومة ذات معامل حرارى سلبى، كلما زادت الحرارة نقصت المقاومة و العلاقة لوغاريتمية أى ارتفاع الحرارة للضعف يزداد التيار بنسبة 2.718 مرفوعة للقوة 2 و ارتفاع الحرارة ثلاث مرات تكون القوة 3 وهكذا. وهذا سر خطورة الحرارة على أشباه الموصلات عموما. وهذه التيارات ذكرت عرضا باسم تيارات التسريب أما الرقم 2.718 فهو أساس اللوغاريتم الطبيعى. هذه التيارات فى الجرمانيوم أكبر بكثير من السليكون وهذا سبب هيمنة الأخير و انسحاب الجرمانيوم من الساحة.  لو راجعنا مصادر الشرح نجد أنها تحدد المنطقة الصفراء بأنها منطقة القطع و الحمراء بأنها منطقة التشبع وهذا يترك من الأسئلة أكثر ما يوفر من إجابات. لماذا؟ مثلا • لماذا منطقة التشبع هى امتداد الخط الأحمر رغم أن المنحنى قد غير اتجاهه؟ هل المنطقة الزرقاء خارج التشبع أم ماذا؟ • ما الذى يحدد المنطقة الصفراء كحد للقطع؟ تيار القاعدة هنا مثلا 20 مللى أمبير فهل 10 مللى تعتبر قطع؟؟ • المنحنى الأخير لتيار قاعدة 500 مللى ، هل ذلك يعنى أنه لا تشبع أقل من هذا التيار؟ وهل هناك أصلا تيار قاعدة أكبر من 500 مللى أمبير؟ • المنحنى الأخير ينتهى عند تيار مجمع 3 أمبير، فماذا يعنى امتداده أو باقى المنطقة أو لماذا لم يمتد كباقى المنحنيات؟ غالبية هذه التعريفات بنيت للتوضيح و حين كان الجرمانيوم له تيار تسريب يمكن مقارنته بتيار القاعدة حيث كانت القاعدة الأساسية للتصميم هى أن تكون التيارات المستخدمة أكبر من تيار التسريب حتى لا تسبب تيارات التسريب اختلال لأداء الدائرة. أما باستخدام السليكون و انخفاض هذه التيارات للحد الذى يصعب قياسها بأجهزتنا المنزلية فلم تعد ذات تأثير. هكذا تصبح منطقة القطع أقرب ما تكون للمحور الأفقى. بدون تيار قاعدة لا يوجد تيار مجمع فى غالبية ترانزستورات السليكون و الأفضل دوما الرجوع لصفحة البيانات لأن كلما زاد أقصى تيار للترانزيستور، يجب زيادة مساحة السليكون و يزيد بالتالى تيار التسريب. لو رجعنا للترانزيستور السابق 2N3773 ستجد مفاجئة أن تيار التسريب له *Collector Cutoff Current (VCE = 120 Vdc, IB = 0)= 10 m.a. وهذا بالتأكيد قيمة كبيرة بالنسبة لدوائر تكبير الإشارة لكنه لا يذكر بالنسبة لأقصى تيار له وهو 16 أمبير أى قرابة 1:1600 هكذا علمنا أن تيار التسريب يحدد لنا حدود القطع. حدود التشبع موضوعنا المرة القادمة إن شاء الله |
|
|||||
|
حدود التشبع فى الترانزيستور
من النقاش السابق فهمنا حد القطع و من الشرح لميكانيكية التحكم فى الترانزيستور قلنا أن لو لم تستطيع دائرة المجمع أن تمد بتيار مقداره بيتا × تيار القاعدة إذن سيكون الترانزيستور فى حال التشبع. نلقى نظرة على الرسم السابق مرة أخرى أولا لماذا المنحنى الأعلى و التالى لم يكتملا؟ ترسم المنحنيات عادة فى حدود تحمل الترانزستور كمكبر للتردد ولهذا لا ترسم الأجزاء التى تسبب تلف للترانزيستور بسبب الحرارة المتولدة بداخله. كما نلاحظ أيضا أن زيادة تيار القاعدة من 300 مللى إلى 400 مللى يتبعه استجابة تكاد تكون ثلاث مرات قدر الزيادة من 400 إلى 500 مللى ، أى أن عند هذه القيم المرتفعة من التيار بدأت بيتا فى الانخفاض السريع و على الرغم من حدوث تكبير إلا أنه غير خطى بدرجة كبيرة و يسبب تشويه عالى لموجة الخرج. لهذا يجب ألا نستخدمه كمكبر هنا ولكن مازال الأمر مناسبا للعمل كمفتاح. من التعريف السابق للتشبع، نجد أن التقسيم لمناطق بشكل مطلق هو أمر خادع و للتأكد من مسار الأمور يجب أن نحسم أمرنا، هل نستخدم الترانزيستور كمكبر أم كمفتاح "سويتش"؟ جدير بالذكر أن الدائرة هى السابق تحديدها و رسمها أما الدوائر الأخرى فلها طرقها. لو نريد استخدام الترانزيستور كمكبر، إذن الأفضل أن نأتى بالمنحنيات السابقة ثم نرسم عليها خط الحمل الممثل للمقاومة R2 وهو يسمى Load Line. لرسمه فالمسألة بسيطة جدا، المنحنى لجهد مع تيار و المقاومة هى علاقة بين جهد وتيار، إذن الأمور تسير على ما يرام. التيار هو تيار المجمع وهو نفسه تيار المقاومة. أما الجهد يمثل الجهد بين المجمع والباعث VCE و هو ليس جهد المقاومة حقا لكن تربطهما علاقة بسيطة أن جهد المقاومة + جهد الترانزستور = جهد البطارية!! إذن الأمور يسهل توقيعها بافتراض النقطة التى عندها العنصر الآخر يساوى صفر. عندما يكون الترانزيستور فى حال قصر سيكون الجهد كله على المقاومة، إذن هذه إحدى نقط المنحنى – أى جهد البطارية ، و بالتالى التيار يساوى جهد البطارية مقسوم على المقاومة "قانون أوم" و الخط الأحمر يمثل المقاومة R2 بقيمة 1 أوم فيكون التيار = 10 أمبير، والخط الأخضر لمقاومة نصف أوم. طبعا لو الترانزيستور من النوع ذو التيار الأقل ستكون كل القيم مناسبة لذلك الترانزيستور و ستكون قيمة المقاومة أعلى.  هنا نستطيع القول بالنسبة للخط الأحمر أن الجزء الواقع فى المنطقة الصفراء فى مرحلة التشبع لكن بالنسبة للخط الأخضر يجب أن نحدد هل يوجد منحنى لتيار القاعدة يمكن رسمه أعلى مما لدينا؟؟ لو لم نجد، إذن الترانزيستور سيتلف فى هذه المنطقة. كما سبق وقلنا المنحنى يمثل منطقة العمل الآمنة. فى المرة القادمة إن شاء الله سنعرف دوائر التكبير ثم ندرس الترانزيستور كمفتاح |
|
||||||
|
متابع لموضوعك
ولا أحب مقاطعتك وهنا اقاطعك لأقول لك مبروك الذهبية تستحق أكثر من ذلك  |
|
|||||
|
|
