الدرس33: الترانزستور كمفتاح Le transistor en commutation

الترانزستور كمفتاح

Le transistor en commutation

بسم الله الرحمان الرحيم

وصلى الله وسلم على مولانا رسول الله وعلى آله وصحبه أجمعين

الترانزستور كمفتاح

Le transistor en commutation

رأينا في موضوع سابق، أن مميزة التحويل في التيار تكون على الشكل التالي:

عندما ينعدم تيار القاعدة، ينعدم تيار المجمع كذلك. في هاته الحالة يكون الترانزستور متوقفا، إذ يمكن تشبيهه بقاطع تيار مفتوح كما في الشكل التالى:

عندما يمر تيار Ib في القاعدة يمر كذلك تيار Ic في المجمع، يتناسب إطرادا مع التيار Ib وفق العلاقة التالية:

هذا هو النظام الخطي.

عندما يصل التيار Ib إلى القيمة Ibmin، من هنا يبدأ نظام الإشباع، حيث لم يعد التيار Ib يتحكم في التيار Ic. ويمكن تشبيه الترانزستور في هذا النظام كأنه قاطع تيار مغلق، كما هو موضح في الشكل التالي:

مانريده من الترانزستور في هذا الموضوع هو أن يقوم بمهمة قاطع التيار. نأخذ على سبيل المثال قاطع التيار المنزلي. كما هو معلوم، دائما لا يكون إلا على أحد الوضعين: وضع يكون فيه في حالة الفصل أي OFF، يتم من خلاله فصل الطاقة عن المصباح مثلا، أو يكون على وضع الوصل ON، فيتم من خلاله إمداد ما يتطلبه المصباح من الطاقة ليضيء.

لكن الفرق الذي سيكون بين الترانزستور وقاطع التيار المنزلي، هو أن هذا الأخير نتحكم فيه يدويا، أي يحتاج إلى قوة حركية لجعله ON أو لجعله OFF. أما الترانزستور فيتحكم فيه آليا بواسطة تيار القاعدة Ib.

ليعمل الترانزستور كمفتاح أي فصل ثم وصل (ON/OFF) للتيار Ic، يستوجب الأمر أن ينتقل من منطقة التوقف إلى نظام الإشباع مباشرة. ثم يعود إلى منطقة التوقف دون أن يمر بالنظام الخطي. وكلما كانت سرعة الانتقال تلك كبيرة، كلما كان أداء الترانزستور جيدا.

بمعنى آخر يتم إلغاء النظام الخطي للترانزستور ليشتغل في وضعين إثنين، وضع التوقف (OFF) وهو عندما يكون الجزءCE عبارة عن قاطع تيار مفتوح. أو يكون في وضع الإشباع (ON) وهو عندما يكون الجزء CE عبارة عن قاطع تيار مغلق.

لكن ما يجعل الترانزستور ينتقل بين الوضعين ON و OFF، ما يجعل ذلك هو تيار القاعدة Ib الذي سيتحكم فقط في غلق أو فتح قاطع التيار بين الجزء C و E، لكن لن يتحكم في شدة التيار Ic المارة في المجمع. لأنه في نظام الإشباع، دارة الخروج هي التي تتحكم فيه (التيار Ic) وهذا معلوم كما رأينا ذلك في الموضوع السابق.

عندما يكون التيار Ib منعدما أو يكون قريب من الصفر، يكون الترانزستور في حالة التوقف OFF، لكن عندما يمر تيار Ib مناسب في القاعدة، سيجعل الترانزستور في وضع الإشباع ON. لذلك يجب على دارة التحكم(أي دارة الدخول) أن توفر هذين الشرطين:

الشرط الأول: أن لا تضخ أي تيار في القاعدة، ولن ينعدم التيار Ib إلا إذا كان توتر الدخول أصغر من عتبة التوتر لصمام ثنائي:

في هاته الحالة تكون الوصلة BE عبارة عن قاطع تيار مفتوح. إذ لن تمرر أي تيار من خلالها. فيكون الترانزستور في الوضع OFF.

الشرط الثاني: أن يكون توتر الدخول أكبر أو يساوي عتبة توتر صمام ثنائي Us

وأن تمنح دارة التحكم تيارا كافيا Ib لجعل الترانزستور في الوضع ON.

لكن كيف لنا أن نحسب شدة التيار Ib المناسبة.

هذا ما سنبينه في ما يلي:

ننجز الدارة التالية:

* معامل تضخيم الترانزستور في التركيب هو B=100 وتوتر إشباعه Uce_sat=0.2V وعتبة توتر الوصلة BE تساوي Us=0.7V

المطلوب منا هو حساب المقاومة Rb المناسبة التي ستسمح بمرور تيار كاف ليجعل الترانزستور في وضع الإشباع.

نقطة البداية ستكون من دارة الحمولة، حيث ينبغي أولا حساب التيار Ic_sat المناسب لتشغيل المصباح. لأن دارة الحمولة هي التي تتحكم فيه خلال نظام الإشباع. وليس التيار Ib الذي لديه مهمة فتح أو غلق قاطع التيار بين الجزء c و E فقط.

خلال نظام الإشباع لدينا التوتر بين الجزء CE Uce=Uce_sat

حسب قانون إضافية التوترات لدينا

* UL هو التوتر بين مربطي المصباح.

أي

إذن

لدينا قدرة المصباح

أي

إذن

ثاني خطوة نحسب التيار Ibmin الذي يعني شدة التيار الدنوية التي انطلاقا منها يبدأ نظام الإشباع.

لدينا

أي

لدينا

إذن

هاته هي الشدة الدنوية المطلوبة لجعل الترانزستور في نظام الإشباع. ولنتأكد من أنه حقا مشبع: نضرب Ibmin في المعامل K الذي يسمى Coefficient de sécurité أو Coefficient de sursaturation وقيمته تكون محصورة بين 1،2 و 2

إذن شدة التيار الكافية لجعل الترانزستور في وضع الإشباع هي