سلوك الترانزستور في دارة كهربائية
Comportement d'un transistor dans un circuit électrique
بسم الله الرحمان الرحيم
وصلى الله وسلم على مولانا رسول الله وعلى
آله وصحبه ومن والاه.
سلوك الترانزستور في
دارة كهربائية
Comportement d’un
transistor dans un circuit électrique
بعدما قمنا بتقديم بسيط للبنية الداخلية للترانزستور وتعريفه. اليوم سوف
ندرس سلوكه في دارة كهربائية في النظام الساكن Régime statique. النظام الساكن يعني أننا سنتعامل مع تيارات وتوترات
كلها مستمرة.
قلنا في الحلقة السابقة أن الترانزستور من نوع NPN سيكون موضوع دراستنا، هذا النوع منه، يدخل فيه التيار من المجمع
والقاعدة ويخرج منه من الباعث.
حيث توجد ثلاث تيارات رئيسية هي:
1- التيار الذي يدخل من القاعدة B ويسمى تيار القاعدة ويرمز إليه بـ Ib.
2- التيار الذي يدخل من المجمع C ويسمى
تيار المجمع ويرمز إليه بـ Ic.
3- التيار الذي يخرج من الباعث E ويسمى
تيار الباعث ويرمز إليه بـ Ie.
بتطبيق قانون كيرشوف للترانزستور نحصل على:
من هنا فصاعدا إذا قلنا: التيار الذي يمر في الترانزستور، فإننا نقصد به
التيار Ic. وإذا قلنا: توتر الترانزستور،
فإننا نقصد بذلك التوتر بين المجمع والباعث Uce.
سلوك الترانزستور في دارة كهربائية.
لدراسة سلوك الترانزستور ننجز التركيب أسفله،
الذي يتكون من دارتين:
- الدارة الأولى على اليسار تسمى دارة القاعدة.
- الدارة الثانية على اليمين تسمى دارة المجمع.
ليعمل الترانزستور بشكل صحيح، يجب أن تكون
الوصلة BE (أو الصمام الثنائي الذي يربط
القاعدة بالباعث) مستقطبة في المنحى المباشر. عكس الوصلة BC (أو الصمام الثنائي الذي يربط القاعدة بالمجمع) التي يجب أن تكون
مستقطبة في المنحى المعاكس. لتحقيق هذين الشرطين يجب تركيب المولدين U1 و U2 كما في
الصورة أسفله، كما يجب أن تكون قيمة توتر المولد U2 أكبر من قيمة توتر المولد U1.
المرحلة الأولى ندرس من خلالها دارة القاعدة على حدة حيث يبقى المجمع غير
مرتبط.
عند تغيير التوتر U1، يتغير
كل من التوتر Ube المقاس بالفولط متر V ، وشدة تيار القاعدة المقاسة بالأمبير متر A. ويمكننا خط المنحنى Ib=f(Ube) باستعمال بعض القياسات. هكذا نلاحظ على أن ثنائي القطب BE (أو الوصلة BE) يتصرف
تماما كصمام ثنائي، بحيث لا يمر فيه تيار كهربائي إلا إذا كان التوتر Ube أكبر أو يساوي عتبة التوتر Us لصمام ثنائي من السليسيوم.
هاته الدارة تكافئ دارة مكونة من صمام
ثنائي ومقاومة ومصدر التغذية.
إذا كان الصمام مارا فيمكن تعويضه بمولد للتيار المستمر ذي توتر Us كما درسنا ذلك في موضوع سابق. هذا لا يدل على أننا
بإمكاننا تعويض الترانزستور بمصدر للتغذية المستمرة. بل يجب أن نتذكر دائما أن
الوصلة BE عندما تكون موصلة للتيار، فإن
التوتر بين طرفيها سيساوي عتبة توتر صمام ثنائي Us، وهي في الغالب قيمة تكون محصورة تقريبا بين 0.6V و 1V على
حسب نوعية الترانزستور المستعمل وظروف عمله.
نظرا للبنية الداخلية للوصلة BE فإن
القاعدة لن تتحمل تيارات قوية، إذ من الضروري أن نمرر تيار ليكون مناسب مع كل نوع من
الترانزستورات، وذلك بتركيب ما يحد من التيار كالمقاومات مثلا. غالبا يكون تيار
القاعدة Ib صغير من رتبة الميكرو أمبير (micro-ampère) إلى
حدود بضع الملي أمبير (milliampère).
المرحلة الثانية: ندرس دارة المجمع على برنامج محاكاة.حيث تبقى القاعدة غير
مرتبطة. يعني أن Ib=0A
نقوم بزيادة توتر المصدر U2، فنلاحظ أن التوتر Uce يرتفع كذلك متخذا نفس قيمة توتر المصدر U2. كما نلاحظ انعدام شدة التيار Ic مع عدم توهج المصباح في جميع الحالات.
يجب التركيز على هاته النقطة، سنحتاجها فيما بعد: عندما يكون تيار القاعدة
منعدما، فإنه لا يمر أي تيار كهربائي في هذه الدارة كيفما كانت قيمة المولد U2. كما نلاحظ أن Uce=U2. يمكن القول إذن أن ثنائي القطب CE (أو الوصلة CE) يتصرف
كمقاومة كبيرة جدا تمنع مرور التيار في الدارة، في هاته الحالة تعتبر الوصلة CE كقاطع تيار مفتوح.
المرحلة الثالثة: ننجز التركيب في الصورة أسفله، الذي يسمى بدارة الباعث
المشترك لكون الباعث E ينتمي إلى الدارتين: المجمع و
القاعدة.
هذا التركيب يتكون من:
- دارة القاعدة التي تسمى كذلك دارة التحكم أو
دارة الدخول.
-
دارة المجمع التي تسمى كذلك دارة الخروج أو دارة الحمولة.
نقوم بزيادة توتر U1 إلى 450mV فنلاحظ أن التيار Ib مازال منعدما. لأن الشرط لتصبح الوصلة BE مارة لم تتحقق بعد. لأن الأمر يتطلب أن يكون Ube>=Us حيث نجد أن Ube=0.45V، و Us=0.6V هي
عتبة توتر صمام ثنائي في حالتنا هاته.
أما دارة المجمع ومادام التوتر Ib منعدما فإن التيار IC يكون منعدما كذلك. في هاته الحالة وكما ذكرنا ذلك سابقا، فالوصلة CE تتصرف كأنها مقاومة كبيرة جدا ستمنع مرور التيار من
خلالها، حيث Uce=U2=12V.
كما رأينا في الدرس الماضي، يعتبر الترانزستور
في هاته الحالة كصمام مغلق، لن يسمح بمرور تيار بين المجمع C والباعث E. هاته
الحالة تسمى بمنطقة التوقف Région de
Blocage
نرجع إلى الدارة. ثم نزيد من توتر المولد U1 إلى القيمة 0.6V.
هنا تحدث ظاهرتين:
الظاهرة الأولى تعتبر عادية، حيث نسجل
مرور تيار Ib في القاعدة لأن الوصلة BE أصبحت مارة، لأن التوتر Ube أصبح يساوي تقريبا عتبة التوتر Us.
الظاهرة الثانية والغريبة، هي أننا نسجل
كذلك مرور تيار Ic في دارة المجمع، شدته كبيرة
مقارنة مع شدة تيار القاعدة Ib. كما
نلاحظ كذلك انخفاضا صغيرا في قيمة التوتر Uce. ويرجع
ذلك إلى أن المقاومة بين الجزء C و E بدأت تفقد من قيمتها لتسمح بذلك بمرور التيار من C نحو E، رغم
أن الوصلة BC مستقطبة في المنحى المعاكس.
والسبب في هذا كله هو مرور تيار Ib في القاعدة.
تسمى هاته الظاهرة مفعول الترانزستور (Effet transistor). فنقول
إن دارة القاعدة تتحكم في دارة المجمع أو إن صح التعبير نقول إن تيار القاعدة يتحكم في تيار المجمع.
سنزيد من توتر U1 فيزيد التيار Ib، وهذا أمر طبيعي. لأنه وانطلاقا من قانون أوم لدينا
:
فإذا ارتفع التوتر Ur وذلك بزيادة توتر المولد U1، للضرورة
ستزيد شدة التيار Ib لأن المقاومة Rb ثابتة في هاته الحالة.
في المقابل عند دارة المجمع نلاحظ انخفاض
التوتر Uce يعني أن مقاومته للتيار بدأت
تنخفض مما يسمح بمرور تيار Ic تكون
شدته أكبر من شدة التيار Ib. كما
نلاحظ أن المصباح أضاء بشكل خافت.
ثم سنزيد من قيمة توتر U1 فنلاحظ نفس الشيء يتكرر:
- زيادة شدة التيارين Ib و Ic حيث Ic>Ib.
- انخفاض التوتر Uce.
- زيادة توهج المصباح.
كما ذكرنا في الموضوع السابق، فتيار القاعدة يتحكم آليا في المقاومة بين
الجزء C و E، إذا زادت شدة التيار Ib تنخفض
المقاومة وينخفض معها التوتر Uce بين
مربطيها والعكس بالعكس. ويسمى هذا النظام، بالنظام الخطي (Régime linèaire).
نربط هاته الظاهرة بما جاء في الموضوع السابق. حيث قلنا أن
الترانزستور بإمكانه من خلال القاعدة B التحكم
في معدل سريان التيار الذي يسري من المجمع نحو الباعث E، حيث كلما زادت شدة تيار القاعدة Ib، كلما انفتح الصمام ليسمح بمرور تيار كهربائي والعكس بالعكس.
نتساءل هل كلما زادت شدة التيار Ib تزيد
معها شدة التيار Ic؟ الإجابة ستكون لا.
عندما يصل التيار Ic إلى 89mA
تقريبا، ويصل التوتر Uce إلى 220mV ،
ستبقى هاتين القيمتين ثابتتين تقريبا مهما زادت شدة التيار Ib. في هاته المرحلة لم يعد تيار القاعدة يتحكم في تيار المجمع الذي
أصبح تقريبا ثابت الشدة. هذا هو نظام الإشباع Régime de saturation، فنقول أن الترانزستور مشبع Le transistor est saturé، والتيار Ic في هاته الحالة يسمى تيار الإشباع ويرمز إليه بـ Ic_sat (sat تعني Saturation). أما التوتر Uce فيسمى توتر الإشباع ويرمز إليه بـ Uce_sat. وغالبا ما تكون قيمة هذا الأخير صغيرة جدا إذ يمكن
إهمالها في معظم الحالات.
بالرجوع إلى النظام المائي، كما ذكرا في الموضوع السابق أن الترانزستور قام
بفتح الصمام أقصى ما يمكن فتحه، فلا تيار القاعدة أصبح باستطاعته زيادة فتحه، أكثر
من ذلك. فيمر حينئذ تيار بشكل حر من المجمع c نحو الباعث E. سنقدم
شروحات أوفر لنظام الإشباع في حلقة قادمة إن شاء الله.
خلاصة:
عندما يكون تيار
القاعدة Ib منعدما، يتصرف ثنائي القطب CE كأنه مقاومة كبيرة (قاطع تيار مفتوح) تمنع مرور
التيار Ic في دارة المجمع حيث Uce=U2.
لا يشغل الترانزستور إلا إذا مر تيار كهربائي في دارة القاعدة نقول: تتحكم
دارة القاعدة في دارة المجمع. في هاته الحالة يسري تيار Ic في دارة المجمع بحيث Ic>Ib. وكلما
زادت شدة التيار Ib زادت شدة التيار Ic وانخفض توتر ثنائي القطب CE دليل على انخفاض قيمة المقاومة بين الجزء C و E. و يبقى الحال كذلك إلى أن يصل
التيار Ic إلى قيمة معينة حيث تبقى ثابتة
ومستقلة عن تيار التحكم Ib. نقول بأن الترانزستور مشبع.
إلى هنا ينتهي الموضوع. شكرا على كرم
المتابعة، والسلام عليكم ورحمة الله.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق