الترانزستور في نظام الإشباع
Le transistor en régime de saturation
بسم الله الرحمان الرحيم
وصلى الله وسلم على مولانا رسول الله وعلى
آله وصحبه أجمعين.
الترانزستور في نظام
الإشباع
Le transistor en régime
de saturation
توصلنا خلال الموضوع السابق أنه انطلاقا من التركيب التجريبي لدارة الباعث
المشترك للترانزستور، توصلنا على أن مميزة التحويل في التيار تكون على الشكل
التالي:
حيث يكون الترانزستور في حالة التوقف إذا
كان تيار القاعدة منعدما. في هاته الحالة ينعدم تيار المجمع كذلك.
ليشتغل الترانزستور، يتطلب الأمر تمرير تيار Ib مناسب في القاعدة ليجعله في النظام الخطي أو يجعله في نظام
الإشباع. خلال كل من هذين النظامين، يمر تيار Ic في الترانزستور يكون مرتبطا بتيار القاعدة Ib وفق العلاقة
وذلك في النظام الخطي. أما في نظام
الإشباع فالتيار Ic يكون مستقلا عن التيار Ib.
في هذا الموضوع سأعيد شرح سلوك الترانزستور بطريقة أخرى مبسطة.وسنبين من
خلالها ما يحدث خلال نظام الإشباع.
ننجز تركيب الباعث المشترك التالي:
* المقاومة Rc تمثل الحمولة، أي الجهاز الذي نريد تغذيته سواء كان: مصباحا،
محركا، مرحلا أو أي شيء آخر.
كبداية نثبت التوتر U2 على
القيمة 12V على سبيل المثال، ثم نقوم بزيادة توتر الدخول U1 إلى 450mV، فنلاحظ أن تيار القاعدة مازال منعدما، لأن الشرط
لتكون الوصلة BE موصلة مازال لم يتحقق بعد.
كما نلاحظ انعدام تيار المجمع Ic لأن الترانزستور متوقف عن العمل. ومادام كذلك فإن
الجزء CE في هاته الحالة يتصرف كمقاومة لا
متناهية إذ يعتبر كقاطع تيار مفتوح.
كتذكير: الجزء بين C و E ليس مقاومة، لكن تصرفه يشبه
مقاومة كهربائية قابلة للضبط.
من جهة أخرى نعلم أن التوتر بين طرفي قاطع تيار مفتوح يساوي التوتر المطبق
على الفرع الذي ينتمي إليه قاطع التيار نفسه، والتالي يكون
نتساءل لماذا لم تأخذ المقاومة Rc أي
نصيب من توتر المولد U2؟ هذا أمر طبيعي، لأنه وبكل بساطة:
لدينا حسب قانون أوم:
بما أن
إذن
كمرحلة ثانية ولاشتغال الترانزستور نزيد من توتر المصدر U1 إلى 600mV، فنسجل حينئذ مرور تيار Ib في القاعدة كما نسجل كذلك مرور تيار Ic في المجمع شدته تكون كبيرة مقارنة مع شدة التيار Ib.
كما قلنا في موضوع سابق فإن تيار القاعدة Ib يتحكم في المقاومة Rce بين
الجزء C و E، كلما زادت شدة التيار Ib انخفضت
المقاومة Rce لتسمح بذلك بمرور تيار Ic في المجمع، تزداد شدته (التيار Ic) بانخفاض المقاومة Rce. وبالتالي نقول إن التيار Ib يتحكم
في التيار Ic بشكل خطى وفق العلاقة التالية:
حيث التغير الطفيف في التيار Ib يناظره تغير كبير في التيار Ic. هذا هو نظام الخطي للترانزستور.
لتعميق الشرح ننجز التركيب التالي على برنامج محاكاة:
* Rce مقاومة
متغيرة تمثل مجازا المقاومة بين الجزء C و E للترانزستور.
حسب قانون أوم لدينا:
بما أن المقاومتين مركبتين على التوالي، فإن
نفس شدة التيار ستمر فيهما، وبالتالي فإن التوتر (Uce ; Urc) الذي تكون قيمته
كبيرة سيكون من نصيب المقاومة الكبيرة.
بعد تشغيل الدارة نلاحظ أن
لأن المقاومة Rce كبيرة مقارنة مع المقاومة Rc.
لكن بعدما نقوم بتخفيض المقاومة Rce، نلاحظ أن التوتر Uce بدأ ينخفض في المقابل يزداد التوتر Urc وتزداد كذلك شدة التيار المارة في الدارة.
صورة19
نفس الظاهرة تحدث مع الترانزستور، حيث أن مرور التيار Ib في القاعدة يسبب انخفاض المقاومة Rce، وبالتالي سينخفض التوتر Uce كذلك. في المقابل سيزداد التوتر Urc.
من هذا كله، نجد أنه كلما زاد تيار القاعدة Ib، صغرت المقاومة Rce وانخفض
التوتر Uce نتيجة لذلك. ما يجعل شدة التيار Ic تزداد فيرتفع التوتر Urc كذلك.
لكن عندما ينخفض التوتر Uce إلى 200mV
تقريبا، يصل التيار Ic إلى الشدة 23mA. هنا تبدأ ظاهرة جديدة، هي أنه
كلما زادت شدة التيار Ib، تبقى شدة التيار Ic ثابتة تقريبا. بمعنى التيار Ib لم يعد يتحكم في التيار Ic، هذا
هو نظام الإشباع. فنقول بأن الترانزستور مشبع.
نطرح السؤال التالي: لماذا تحدث ظاهرة الإشباع؟
قلنا أن الجزء بين C و E يتصرف كمقاومة متغيرة Rce تكون لا متناهية في الكبر عندما يكون الترانزستور
متوقف. لكن مع مرور التيار Ib في
القاعدة، تقل المقاومة Rce وتزداد قلة كلما
زاد تيار القاعدة Ib. إلى
أن تصل إلى قيمة صغيرة جدا. في هاته الحالة يعتبر الجزء CE كأنه سلك موصل باستطاعته تمرير تيارات بشداة كبيرة. حيث لم يعد
التيار Ib ولا الترانزستور ككل يتحكم في
التيار Ic.
لكن لماذا تبقى شدة التيار Ic ثابتة
عند قيمة معينة؟
للإجابة على هذا السؤال نقوم بتغيير توتر
المصدر U2 زيادة ونقصانا. فنلاحظ أن التيار Ic تتغير شدته كذلك. هذا يدل على أن المصدر U2 والمقاومة Rc هما
اللذان أصبحا يتحكمان في التيار Ic.
بعبارة أوضح، دارة الخروج هي التي أصبحت تتحكم في التيار Ic. لأن الترانزستور في هاته الحالة يمكن تعويضه بقاطع
تيار مغلق في الدارة لتصبح كالشكل التالي:
وبما أن الترانزستور ليس مؤمثلا (Le
transistor n’est pas parfait) فإن قاطع
التيار لا يزال يشكل مقاومة أمام التيار Ic لكن
بنسبة جد صغيرة. لذلك نجد أن توتر الإشباع Uce_sat يكون
قريبا من الصفر، لكن ليس منعدما.
إذا أريد بالترانزستور أن يشتغل في نظام الإشباع، يجب تمرير تيار Ic في المجمع ليتناسب مع قدرة الترانزستور لكي لا يتلف،
أو يجب اختيار ترانزستور آخر ليتناسب مع شدة التيار Ic المطلوبة.
قلنا في الموضوع السابق أن مميزة الخروج تكون على الشكل التالي:
خلال نظام الإشباع، عندما يكون
يتأثر التيار Ic بشكل خطي مع تغير التوتر Uce. حيث لا يمكن تغيير التوتر Uce إلا بتغيير توتر المصدر، إذن نقول بأن دارة الخروج التي تتكون من
المصدر U2 والمقاومة Rc في حالتنا هاته، نقول بأنها هي التي تتحكم في التيار Ic.
خلال النظام الخطي (Uce > Uce_sat)
تيار القاعدة Ib هو الوحيد الذي يتحكم في التيار Ic. انطلاقا من المميزة نجد أنه عندما يكون التيار ثابت، يبقى التيار
Ic ثابت كيفما كانت قيمة التوتر Uce، أي كيفما كانت قيمة التوتر U2.
خلاصة:
يتحكم الترانزستور – من خلال تيار القاعدة Ib – في التيار Ic وذلك
في النظام الخطي. أما خلال نظام الإشباع فدارة الخروج هي الوحيدة التي تتحكم في
التيار Ic، حيث الترانزستور يصبح في هذا
النظام كأنه قاطع تيار مغلق.
تحدث ظاهرة الإشباع عندما يصل التيار Ic إلى شدة أقصى ما يمكن أن تمنحها دارة الخروج، فنقول بأن
الترانزستور مشبع (Le transistor est saturé).
انتهى
شكرا على حسن المطالعة.
السلام عليكم ورحة الله.
تسرنا رايتك
ردحذف