 |
|
|
|
|||||
دوائر القاعدة المشتركة Common Base
دوائر القاعدة المشتركة Common Base  هذه هى الدائرة التى ذكرناها كدائرة قاعدة مشتركة "أسفل يسار الصورة" و كانت المشكلة أن هناك مصدرين للتغذية. قلنا أن معادلات الكسب هى نفسها لا تتغير، ولكن كيف البرهان؟ المسألة بسيطة هذه الدائرة التى أنهينا توا حساباتها ولكنها كانت باعث مشترك. أليس كذلك؟ إذن معادلات الكسب و الدخول والخروج مقبولة. حسنا ماذا لو تلاعبنا بها قليلا. ماذا لو تبادل المصدر و C2 المواقع!! ماذا ترى فى الدائرة الآن؟ تخلصنا أولا من مصدري التغذية و أصبحنا نستخدم مصدر تغذية واحد. مازال مصدر الإشارة المراد تكبيرها بين القاعدة والباعث كما كان إذن الكسب لن يتغير كثيرا. فقط أصبح مصدر الإشارة يقود الباعث بدلا من القاعدة وهو لذلك ينظر فى مقاومة القاعدة باعث مباشرة وهى صغيرة. تلك هى المشكلة الوحيدة فى الموضوع لكن طالما كان من الممكن التعامل معها، فلا بأس كاستخدام محول لموائمة المقاومات وهو شائع الاستخدام فى دوائر التردد العالى. هنا نكبر الجهد ولكن لا نكبر التيار ولهذا رغم أن تكبير الجهد يعطى تكبير قدرة أيضا إلا أنها ليست الأنسب حيث دائرة الباعث المشترك توفر كسبا فى كل من الجهد والتيار. فى دوائر التردد العالى أيضا قد لا تكون هذه أيضا مشكلة والتخلص من السعة التى تربط المجمع بالقاعدة تغدو الأهم. ربما نتذكر هذه الدائرة فسنحتاجها لاحقا. مرحلة مجمع مشترك CC هى موضوعنا المرة القادمة إن شاء الله |
| اعلانات |
|
||||||
|
|
| اعلانات اضافية ( قم بتسجيل الدخول لاخفائها ) | |
|
|
|
|||||
|
تابع المهبط Emitter Follower
تابع المهبط Emitter Follower المرة السابقة وجدنا أن إعاقة الدخول المنخفضة تسبب فقدان نسبة من الإشارة فيبقى جزء من عشرة إلى جزء من مائة ألف فى حالة استخدام كاشف الأشعة تحت الحمراء فى أجهزة التحكم عن بعد و يستحيل استخدامها فى تطبيقات مثل أجهزة أللمس وقياس الرطوبة فى الجو – الحل هو استخدم مرحلة مجمع مشترك CC الدائرة كما نعلمها كلنا كالآتى  طبيعى أن نستنتج أن الكسب لا يمكن أن يساوى الواحد الصحيح ولا بد من أن يكون أقل من الواحد الصحيح لماذا ؟ من الأفضل أن نبدأ فى تنمية ما يسمى الحس الهندسى وهو من النظر للموقف نبنى فكرة توضح لنا الطريق الصحيح. كيف ? إشارة الدخول موجودة على R2 وهو لا يوحى بشىء ، وأيضا على القاعدة – باعث مع R3 على التوالى لكن R3 هى الخرج أيضا – والعنصر المؤثر هو القاعدة – باعث إذن يجب أن يكون الخرج أقل من الدخل حتى يبقى شئ لوصلة القاعدة باعث تعمل به. ولكن من حسن الحظ أن الكسب هنا يقترب من الواحد الصحيح حتى أننا لا نخسر كثيرا فى مقابل هذه الزيادة الكبيرة فى إعاقة الدخول. كما سبق أن قلنا عن الضوضاء سنقلل التيار لأكبر حد وهذا سيضرب عصفورين أولهما الضوضاء والثانى أن انخفاض التيار تعنى ازدياد المقاومة – و لحسن الحظ أن هذه الدائرة توضع قبل كل مراحل التكبير و هذا يعنى أن الإشارة صغيرة جدا ولا تحتاج لكثير من القدرة من هنا نختار ترانزيستور مثل BC546 أو أى رقم يكون تيار المجمع له أقل من ذلك وهناك بعض الأرقام تميز فى كتاب بدائل الترانزيستور بالأحرف LN وهى تعنى Low Noise أى ضوضاء قليلة وهى أرقام مصممة خصيصا للتطبيقات المسماة المكبرات الابتدائية أو Pre Amplifiers تراعى فيها قلة الضوضاء المتولدة عموما. سنبدأ بالمكثف كما سبق وهنا سنأخذ مقاومة دخول أول مكبر ونظرا لصغر الإشارة نتوقع أن يقل التيار و ازدياد مقاومة الدخول إلى 1000أوم (قمنا بتقليل التيار فى المثال الأسبق لتزداد مقاومة الدخول من 70 أوم إلى 1000 أوم) ومن المعادلة السابقة سنجد المكثف = 7.96 ونستخدم 10 مايكرو الآن هل هذه المرحلة تعمل على المواءمة حيث الإشارة صغيرة جدا كخرج ميكروفون مثلا أو حساس من نوع ما إذن لا نخشى من عدم الخطية كما سبق لأن الإشارة الصغيرة لا تتأثر بعدم خطية المكبر و يمكن تقليل التيار أكثر ، أما إن كانت الإشارة كبيرة نوعا ما فالأفضل مراعاة تلك القاعدة وهذا ما سنفترضه الآن لأنه أسوأ الأوضاع أى أقل قيم للمقاومات. أى سنفرض الحاجة لأكبر إشارة ممكنة. أكبر إشارة ستتراوح ما بين نصف التغذية (موجب) و نصف التغذية (سالب) أى +6 و -6 فولت و طبعا النصف بالضبط لا يتحقق لأن أى اختلاف بسيط سيتلف الإشارة. لنكون فى جانب الأمان تمركز نقطة الخرج عند 6 فولت و الإشارة مثلا +/-5 فولت. والخرج هنا من الباعث. سنختار إذن جهد الباعث نصف جهد التغذية أى 12 ÷ 2 = 6 فولت لتوفير التماثل للإشارة. سنختار تيار مناسب أى أكبر من التيار الذى يحتاجه الحمل و للسهولة سنفترض أن 1 مللى أمبير كافى. من التيار الذى اخترناه وهو 1مللى إذن مقاومة الباعث تساوى 6 ÷ 1 = 6 كيلو أوم ونستخدم 6.2 كيلو وعليه يصبح جهد القاعدة أعلى بالقيمة 0.6 فولت أى 6.8 فولت بما أن معامل التكبير 100 إذن سيكون تيار القاعدة هو 1 ÷ 100 أى 10 ميكرو أمبير ونختار عشرة أضعاف هذه القيمة لتكون 0.1 مللى أمبير إذن R1,R2 معا تساوى 12 ÷ 100 = 120 كيلو أوم قارن هذا بالقيمة السابقة 3.2 كيلو أوم لحساب مقاومة الدخول سنقول كما قلنا سابقا 0.032 ÷ 0.00001 وهو بالتأكيد أعلى لكن لن يأخذ ذلك تأثير المقاومة R3 فى الحسبان ونظرا لكونها فى دائرة الباعث سننظر من هناك فنجد أن المقاومة ستكون باحتساب تيار الباعث 0.032 ÷ 0.001 = 32 أوم و تضاف للمقاومة R3 لتصبح 6232 أوم أظن ربما يضحك البعض فهى 6200 على أى حال لكن نأخذ الخطوات لربما فى بعض التطبيقات أو الحالات تكون متقاربة بما أن التيار فى دائرة الباعث يساوى معامل التكبير × تيار القاعدة = إذن المقاومة تقسم بنفس النسبة أى أن مقاومة القاعدة = مقاومة الباعث × 100 أى [مقاومة القاعدة + مقاومة الباعث ] × معامل التكبير أى = 6232 × 100 = 620 كيلو أوم وهو رقم كبير أما الكسب فيمكن الملاحظة أن الفاقد هو ما يظهر على مقاومة الباعث المساوية 25 أوم نسبة إلى المقاومة الكلية وهى 6232 = 6200÷ 6232 = 0.9949 أى لا فرق كبير لاحظ أن هذه الطريقة مناسبة أيضا للأحمال الكبيرة باستخدام ترانزيستورات قدرة عالية بعد دراسة التغذية العكسية سنغير وضع مقاومة ونصل لمقاومة دخول أعلى بكثير من 600كيلو وبدون استخدام FET بقى أن نحسب كل من R1,R2 وهى من قانون أوم كما سبق فى المثال السابق لاحظ أيضا أن المقاومة المحسوبة على التوازى مع R1,R2 وعلى ذلك تنقص للثلث ولكن مازالت كبيرة قرابة 300 كيلو مما يجعل المكثف C1 26.52 nفقط أى 27 نانو و بهذا تخلصنا من النوع الكيماوى و هو الآن بدون قطبية دائما نتكلم عن التردد المنخفض ونحسب المكثف المطلوب – المنحنى الموضح للترددات كانت به نقطتان التردد الأدنى والتردد الأعلى والذى لم نذكره حتى الآن !!! لم ننساه - و لكن فقط أجلنا الحديث عنه قليلا وهو موضوع الحلقة القادمة إن شاء الله |
|
|||||
|
الترانزيستور له ثلاث أطراف و من المعروف أن أى موصلين وبينهما عازل يكونان مكثف وعلى هذا فهناك ثلاثة مكثفات أحدهما بين القاعدة والباعث والآخر بين القاعدة والمجمع والثالث بين الباعث والمجمع كما بالرسم  أيهما أخطر ؟ حسنا – لا أستطيع القول ، قل لى ما هى دائرتك أقل لك الإجابة ولكن بصورة عامة هى السعة التى تظهر فى خرج الدائرة فهى تقتل الترددات العالية عن طريق تسريبها للأرض. مهلا – احترس من المفاجآت فبعضها اخطر بظهوره اكبر من قيمته ولهذا سندرس الدوائر الثلاث فقط بعد أن نضع قاعدة صغيرة وقانون صغير ونعرف ما نريد. لو نظرنا للدائرة التالية سنجد أن المكبر (حصيلة دائرة الترانزيستور سواء كانت أى نوع) يمكن تمثيلها بمولد إشارة مساوى لقيمة الخرج المتوقع وله مقاومة داخلية مساوية لمقاومة الخرج للدائرة وهى مجموع المقاومات على التوازى بما فيها مقاومة الترانزيستور أيضا وهى عادة صغيرة نوعا ما – وتوجد ما بين نقطة الخرج و نقطة دخول المرحلة التالية السعة المسماة Cout  وهى فى الواقع حصيلة 3 مكثفات مختلفة أولها سعة دخول المرحلة التالية (لهذا لم نذكر سعة الدخول سابقا) و الثانية السعة الشاردة وهى سعة الأسلاك التى تربط المرحلتين والثالثة هى سعة الخرج للمرحلة تحت الدراسة والتى نحسب لها أقصى تردد يمكن تكبيره الأولى تعطى من خواص الترانزيستور المستخدم فى المرحلة التالية وهى بين طرف دخوله والأرضى فمثلا إن كانت المرحلة التالية باعث مشترك تكون السعة المقصودة بين القاعدة (دخول) والباعث و المسماة Cbe وهى حوالى 10 بيكو فاراد أو اكثر قليلا. الثانية إن احسن تصميم البردة يمكن افتراضها حوالى 50 بيكو فاراد والثالثة هى سعة خرج المرحلة المعنية بتطبيق نفس قاعدة نصف الطاقة التى طبقناها لحساب التردد المنخفض سنستخدم نفس المعادلة باستبدال القيم المناسبة أى أن التردد 1 ÷ [ 2 * ط * المقاومة * السعة ] والمقاومة هنا هى مقاومة الخرج والسعة هى Cout فلو كانت إجمالى السعة 500 بيكو فاراد والمقاومة 1000 أوم يكون التردد = 1 ÷ [ 2 * 3.14 * 1000 * 0.000000000001] التردد = 318471.34 أى حوالى 300 كيلو ذ/ث وضحت الآن المشكلة ! – إن أردنا تردد أعلى سنضطر لتقليل قيمة المقاومة مما يضطرنا لتقليل المقاومة المتصلة بالمجمع وبالتالى تقليل التكبير الكلى للمرحلة وأيضا تقليل السعة يقوم بدور مماثل – ولكن كيف ؟ لماذا قفزنا من 50+10 إلى 500 بيكو فاراد لو نظرنا لدائرة الباعث المشترك سنجد أن سعة المجمع – باعث لن تزيد كثيرا عن أى من مثيلاتها – لماذا زادت كل هذا ؟ تذكر أن الترانزيستور يعمل بالتيار وليس الجهد أى أن التيار المار إلى القاعدة سيقوم بالتكبير فى المجمع و يظهر مضروبا فى معامل التكبير بيتا لذلك لو نظرنا للسعة التى تربط المجمع بالقاعدة فهى تسبب مرور تيار الإشارة من المجمع للقاعدة وهو معكوس فى الوجه أى سيطرح منه ولن يضيف إليه مما يسبب تقليل التيار الفاعل مسببا تقليل الخرج كما لو أن هذه السعة ظهرت مكبرة بقيمة بيتا من المرات فى خرج المرحلة فلو كانت 5 بيكو فاراد ستكافئ فى الخرج 5 × 100 أى 500 بيكو فاراد ! أمر سيئ أليس كذلك ؟ لحسن الحظ هناك أربع حلول لهذه المشكلة الأول استخدام ترانزيستور آخر مناسب للترددات الأعلى حيث تكون قيمة هذه السعة أقل كما تكون قيمة بيتا فيه ثابتة لنطاق ترددى أكبر وأوسع الثانى وضع ملف صغير يقوم مع هذه السعة بتكوين دائرة رنين ترددها أعلى من 300 كيلو أو القيمة المحسوبة للدائرة المعنية لتوسيع النطاق كما فى حالة مكبر المرئيات الفيديو الثالث استخدام دوائر رنين فقط إذا كان التردد المطلوب مرتفع و محدود كما فى مكبرات التردد العالى الرابع استخدام دائرة قاعدة مشتركة حيث تدخل الإشارة من الباعث وتخرج من المجمع – هنا لعبة صغيرة قمنا بها حيث أن معامل تكبير التيار من الباعث للمجمع هو ألفا وهو أقل من الواحد الصحيح مما يجعل سعة الخرج قليلة كما فى مكبرات التردد العالى جدا وفى مواصفات الترانزيستور توجد القيمة Ft التى تحدد اعلى تردد يصلح لاستخدام الترانزيستور و بعد ذلك تصبح بيتا قليلة ولا يصلح الترانزيستور كمكبر. الآن يمكننا أن نصمم مكبر متعدد المراحل كما قلنا بدأ من الحمل رجوعا للمدخل على عدة مراحل – هل لو احتاج الأمر لثلاث أو أربع مراحل نوصلها كلها لمصدر تغذية واحد مثلا 12 فولت ؟ الحسابات تقول نعم ولكن الواقع يقول لا. لماذا ؟ - الأمر فى غاية البساطة أن مصدر التغذية مهما كان جيد التصميم لن يكون مثاليا وستكون له مقاومة وإن كانت صغيرة جدا كما أن الأمر ليس كما نرى ! أرى أمامى وصلة بين نقطتين أى قصر ولكن التيار يراه خط نقل قدرة له طول أى جزء صغير من ملف وله حث ذاتى وهناك سعة شاردة بين كل نقطة وخط الأرضى و الأمر ليس كما توقعنا الإشارة فى المرحلة الأخيرة ذات تيار كبير وجهد مناسب للحمل وهو ينتقل من هذه المرحلة لدخول المراحل المتقدمة كما بالرسم مسببا أن تكون المكبر غير مستقر وربما يعمل كمذبذب لذلك يجب وضع مقاومة حوالى 10 أوم ثم مكثف للأرضى كما بالرسم والمسمى R decoupling, C decoupling أى مقاومة ومكثف فك الارتباط  إن كنت تعمل عند ترددات أعلى استخدم مكثفات تانتالوم ثم أضف مكثف ذو سعة صغيرة على التوازى مع المكثف المذكور بقيمة 0.1 ميكرو للأسباب التى ذكرناها سابقا عن أداء المكثفات – وقد تحتاج لملف صغير أيضا للترددات الأعلى إن كنت تعمل عندها ولا بد أنك لاحظت خرزة سوداء صغيرة داخل سلك أو طرف ترانزيستور أو مكون آخر – هذه ليست للحسد ولكنها من خامة الفرايت والتى تضيف حث عالى عند الترددات العالية جدا حيث تفشل الوسائل الأخرى – دعها وشأنها لا تنزعها فقد تأتى الرياح بما لا تشتهى السفن بقى من خواص الترانزيستور شئ واحد هو الحرارة و كلنا استبدلنا ترانزيستور قدرة بآخر أكبر من هذه الناحية وببساطة يتلف سريعا ثم نتعجب و نبحث عن الأصلى دون أن نمحو علامة الاستفهام – لنجهز الأستيكة (الممحاة) للمرة القادمة إن شاء الله نتعرف على الترانزيستور و عملة كمفتاح |
|
|||||
|
الترانزيستور كمفتاح Switch
الترانزيستور كمفتاح Switch درسنا فى السابق الترانزيستور كمكبر و لكن هناك الكثير من الحالات حيث نريد منه فقط أن يكون كمفتاح، إما مفتوح أو مقفل أى موصل للتيار أو لا يوصل للتيار. حسنا هذه الحالة قد تذكرنا بالوضع الذى تحدثنا عنه حين تكلمنا عن منحنى الخواص و قلنا أنه إما فى حال الفصل أو التشبع أو التكبير. حسنا هنا أيضا لدينا هذه الحالات الثلاث. تقول حالتين والآن ثلاث؟؟ أجل فالترانزيستور هو الترانزيستور ولم يتغير و يجب ألا نغفل عن كيف يؤدى وظيفته!! الترانزيستور كمفتاح له حقا حالتين إما مقفل أو مفتوح والحالة الثالثة هى أثناء انتقاله من حالة لأخرى وهى ما سبق تعريفها بمنطقة التكبير. و فيم تهمنا هذه الحالة هنا؟! لو كان معدل الانتقال بين القطع و التوصيل قليلا، إذن حقا لا تهم أما لو كان هذا المعدل عاليا كحالة مثبتات الفولت أو الإنفيرتر فقد تكون أخطر الحالات. لنبدأ فى فهم الأمور بتفصيل لنعرف ما يحدث. أولا أى ترانزيستور يصلح كسويتش و أيها كمكبر؟؟ يجب أن نضع حقيقة وهى أن الدائرة هى التى تفرض ألوظيفة وليس الترانزيستور بمعنى أننا نسمع دوما دائرة مهتز أو مكبر أولى ولم نسمع دائرة BC546 أو 2N2222 ، أعلم أنك ستحتج ولكن لو خواص الترانزيستور تناسب هذا التطبيق، ستؤدى الدائرة عملها ، وإن لم تناسب – ستتوقف ولكن لن تغير وظيفتها. مثال ننفذ دائرة مهتز عند تردد 100 ميجا و نستخدم ترانزيستور ذو تردد محدود، لن يهتز و لكنها لن تتحول لمكبر تردد صوتى مثلا. لهذا فرغم أن البعض يقسم الترانزستورات فى الاستخدام مكبر و سويتش إلا أن هذا يعنى أنه أنسب هنا من هناك ولكنه سيعمل فى الحالتين. يجب هنا أيضا أن نحدد أى نوع من الترانزستورات سنستخدم و كما عرفنا مما سبق أن لدينا نوعين ثنائى القطبية وهو يعمل بالتيار أى تيار القاعدة هو المؤثر و المتحكم، و ترانزيستور المجال بأنواعه سواء FET,MOSFET و عادى أو معزز و كلها تعمل بالجهد أى أن جهد البوابة هو المؤثر. لهذا سنركز شرحنا على ثنائى القطبية، و ما نقوله عن تيار القاعدة ينطبق على جهد البوابة فى المجموعة الثانية FET/MOSFET و نذكر الخلاف حيث يكون. هذه هى الدائرة الأساسية للترانزستور  نرى أن الدخول ببساطة هو القاعدة من خلال المقاومة Rb أما الخروج فهو Rld. طبعا ستتذمر قائلا الخرج Vc لكن كما سبق أن ذكرنا Rld هى الحمل ولذلك وضعتها كما سبق فى إطار ملون لنتذكر أنها قد تكون موتور أو آلة تعمل أو أى شيء وليس بالضرورة مقاومة. أيضا يمكن أن تكون مقاومة ملموسة ونريد أن نأخذ خرجا مثل Vc لتفعيل شيء آخر كبوابة منطقية مثلا . الحالة الأولى وهى مرحلة القطع تكون طالما أن تيار القاعدة أقل من تيار التسريب. لو الترانزيستور من النوع ذو التيار القليل سيكون التيار يكاد يساوي صفر لكن لو الترانزيستور يتعامل مع التيارات الكبيرة، يفضل دوما الرجوع لصفحة المواصفات لتحديد هذه الخاصية. لكن دوما يقال أن الجهد لو أقل من 0.6 فولت يكون الترانزيستور مقفول!! الأصح الرجوع للعنصر الفاعل وهو التيار لأن 0.6 فولت هذه بالتجربة أثبتنا أنها تعتمد على درجة الحرارة و على عناصر أخرى كثيرة و لو رجعنا لخواص الترانزيستور 2N3773 السابق ذكره سنجد أن فى صفحة 2 هذا البند *Base–Emitter On Voltage (IC = 8 Adc, VCE = 4 Vdc) = 2.2 VDC أى أن جهد فتح وصلة القاعدة/باعث هو 2.2 فولت وليس 0.6 فولت. الحالة الثانية هى مرحلة التشبع وهى ببساطة تعنى أن المزيد من تيار القاعدة لا يسبب أى زيادة فى تيار المجمع أى تيار الحمل. هل تقصد أن تيار المجمع سيكون اقل من بيتا × تيار القاعدة؟ نعم فى الترانزستورات ذات التيار القليل فقط لكن ترانزستورات القدرة حيث التيار يكون كبيرا تجد إضافة لما سبق أن بيتا تنخفض بشدة مع زيادة التيار وهذا سبق شرحه وقد يتطلب الأمر زيادة تيار القاعدة كثيرا. و من المهم جدا أن نرجع لصفحة البيانات لتحديد قيمة بيتا عند كل قيمة من تيار المجمع. بقى أن نعلم المنطقة الثالثة وهى مرحلة الانتقال بين الحالتين السابقتين. هل هى حقا مهمة؟ هذا موضوعنا المرة القادمة إن شاء الله |
|
|||||
|
|
|
|||||
|
|
|
|||||
|
|
