سلوك الترانزستور في النظام المتحرك -1
Comportement du transistor en régime dynamique -1
بسم الله الرحمان الرحيم
وصلى الله وسلم على مولانا رسول الله وعلى
آله وصحبه أجمعين
سلوك الترانزستور في
النظام المتحرك -1
Comportement du
transistor en régime dynamique -1
درسنا –في مواضيع سابقة- سلوك الترانزستور في النظام الساكن Le comportement du transistor en régime statique . بمعنى
أننا كنا ندرس سلوكه مع تيارات ساكنة أي مع تيارات مستمرة. في هاته الحلقة سوف نرى
تصرف الترانزستور في النظام المتحرك Le
comportement du transistor en régime dynamique. أي سوف نرى كيف سيتعامل
الترانزستور مع توترات مترددة.
الفهم الدقيق لسلوك الترانزستور في كلتا النظامين الساكن والمتغير، يتطلب
دراسة معمقة وجد معقدة، كما يتطلب مستوى أعلى من مستواي. وكوني لم ادرس قط سلوك
الترانزستور في النظام المتغير، فإنني وبتوفيق من الله سوف أدرس وأبحث مستعينا بالانترنت،
وسأشارككم ما سأتعلمه من خلال مواضيع تكون على شكل دروس نظرية وعملية، ستكون أيضا
مبسطة وسهلة المنال.
في دروس سابقة تمكنا بإذن من الله أن نشرح كيف لتيار القاعدة أن يتحكم في
الترانزستور، فيجعله إما في منطقة التوقف أو يجعله في نظام الإشباع أو يجعله في
النظام الخطي. خلال هذا النظام الأخير قلنا أن التيار Ic يتناسب اطرادا مع تيار القاعدة Ib وفق العلاقة التالية:
حيث أن الزيادة القليلة في التيار Ib يناظرها زيادة كبيرة في التيار Ic. والعكس بالعكس. في هاته الحالة نقول بأن
الترانزستور يقوم بتضخيم التيار. حيث أن تيارا صغيرا Ib في القاعدة قادر على التحكم في شدة كبيرة للتيار Ic التي
تمر في المجمع.
توصلنا إلى هاته الحصيلة انطلاقا من الدارة البسيطة للباعث المشترك
التالية:
حيث دارة الدخول تحتوي على مقاومة Rb ومولد للتوتر المستمر.
كيف سيكون الترانزستور لو قمنا باستبدال مولد التوتر المستمر بمولد التوتر
المتغير أو أي مصدر آخر قادر على منح إشارة مترددة كالميكروفون مثلا.
إذا كان توتر الخروج هو التوتر Uce بين
الجزء C و E، كيف ستكون إشارة الخروج؟ هل سيقوم الترانزستور بتضخيم إشارة
الدخول؟ هل سيحافظ على شكلها؟ وأسئلة أخرى سنجيب عليها ضمن هاته السلسلة من
الحلقات الموالية. وذلك بدراسة تأثير توتر الدخول Ue على التوتر Uce.
قد يتخذ توتر الدخول أي شكل من التوترات بشرط أن يكون متردد كإشارة الصوت
الخارجة من الميكروفون مثلا.
لتسهيل الشرح نترض أن توتر الدخول Ue عبارة
عن توتر جيبي كما هو ممثل في الرسم المبياني على يمين الصورة التالية:
إذن كيف سيتعامل الترانزستور مع هذا الشكل من التوتر؟
لنوضح ذلك.
خلال الفترة ما بين 0s و t1 يكون
توتر الدخول أصغر من Us عتبة توتر صمام ثنائي التي تساوي 0.7V
خلال هاته الفترة وكما علمنا سابقا سيكون
الترانزستور في حالة التوقف لأن الشرط ليشتغل هو أن يكون توتر الدخول أكبر أو
يساوي العتبة Us
وبالتالي ينعدم التيار Ib فينعدم بالمثل التيار Ic.
ومادام كذلك فالترانزستور يعتبر كقاطع تيار مفتوح بين الجزء C و E. حيث التوتر Uce سيساوي توتر المصدر Ucc
إذن خلال هاته الفترة من الزمن يكون توتر
الخروج Uce عبارة عن جزء من مستقيم مواز
لمحور الأفاصيل كما هو موضح في الرسم المبياني التالي:
خلال المدة الزمنية بين t1 و t2 يزداد توتر الدخول Ue إلى أن يصل إلى التوتر القصوي Um. بالتالي يتحقق الشرط ليشتغل الترانزستور لأن Ue يصبح أكبر من Us
إذن سيمر تيار Ib في القاعدة وستزداد شدته كلما زاد توتر الدخول Ue. لأن التوتر Urb بين
طرفي المقاومة Rb هو جذاء التيار و المقاومة Rb.
بما أن المقاومة Rb ثابتة، فإن كل زيادة في التوتر Urb يناظرها للضرورة زيادة في شدة التيار Ib، ولا يمكن أن يزداد التوتر Urb في هذا المثال إلا إذا زاد توتر الدخول Ue.
إذن يمكن القول بأنه كلما زاد توتر الدخول Ue زادت شدة التيار Ib.
من جهة أخرى لدينا حسب قانون اوم:
بما أن المقاومة Rc ثابتة، فإن كل زيادة في شدة التيار Ic يناظرها للضرورة زيادة في التوتر Urc.
نفترض أن الترانزستور يشتغل في النظام الخطي حيث التيار Ib هو الوحيد الذي يتحكم في التيار Ic. إذن الزيادة القليلة في التيار Ib يناظرها زيادة كبيرة في التيار Ic. ينتج عن ذلك زيادة في التوتر Urc. إذن كلما زاد التوتر Ue زاد كل
من التيار Ib والتيار Ic والتوتر Urc.
بالتالي يمكن تلخيص كل ذلك في أنه إذا زاد التوتر Ue زاد التوتر Urc.
حسب قانون إضافية التوترات لدينا:
إذن كلما زاد التوتر Urc للضرورة ينقص التوتر Uce، لأن
التوتر Ucc ثابت.
انطلاقا من هاته السلسة، نستنتج الخلاصة المهمة التالية: أنه كلما زاد
التوتر Ue نقص التوتر Uce. وبالتالي يكون توتر الخروج عبارة عن منحنى مثل الشكل الموضح في
الرسم المبياني التالي:
خلال الفترة بين t2 و t3 يتناقص توتر الدخول Ue ما
يؤدي إلى زيادة التوتر Uce. حيث
كلما نقص توتر الدخول نقصت شدة التيار Ib،
بالمثل تنقص شدة التيار Ic، فينقص التوتر Urc للضرورة سيزداد التوتر Uce. وبالتالي يكون توتر الخروج عبارة عن منحنى مثل الشكل الموضح في
الرسم المبياني.
ابتداء من الفترة t3 وإلى
غاية الفترة t4، يرجع الترانزستور إلى حالة
التوقف من جديد، لأنه طيلة هاته المدة تكون Ue<Us أي Ue<0.7V
وبالتالي يكون توتر الخروج Uce مساويا
لتوتر المصدر Ucc (Uce=Ucc). فنحصل على منحنى عبارة عن مستقيم
كما هو موضح في الرسم المبياني:
انطلاقا من الفترة t4 سيتكرر
الأمر من جديد. في الأخير نحصل على موجة خروج عبارة عن منحنى كما هو موضح في الرسم
المبياني التالي:
حيث قامت الدارة بقص الجزء العلوي ما تحت 0.7V، كما
قامت بتمرير الجزء العلوي ما فوق 0.7V لكن بشكل معكوس.
لشرح أوفر سنقوم بتجربة الدارة عمليا لذلك نقوم بتصميم دارة على لوحة
التجارب مكونة من:
- مصدر التغذية Ucc=5V.
- مقاومة Rc
- ترانزستور
- مقاومة متغيرة Rb، وضعناها كذلك لننظر تأثيرها على موجة الخروج.
- مولد الترددات المنخفض، قمنا بإعداده
ليمنح توترا جيبيا (المنحنى الأصفر في شاشة راسم
التذبذب أسفله)، حيث قيمته القصوى هي 1V أما قيمته الدنوية فهي -1V.
بعد تشغيل الدارة، نحصل على موجة باللون الرمادي تمثل موجة الخروج، وهي
الموجة أسفل الموجة الصفراء.
نلاحظ أنه بالفعل قامت الدارة بقص الجزء السفلي لتوتر الدخول وذلك ما تحت 0.7V لأن
الترانزستور في هاته الحالة يكون متوقفا عن العمل حيث توتر الخروج سيساوي توتر
المصدر Ucc في هاته الحالة لدينا
حسب سلم راسم التذبذب لدينا كل مربع يقابله 2V. نلاحظ أن المسافة التي تفصل بين 0V و أقصى قيمة تصل
إليها الموجة هي تقريبا مربعين ونصف المربع (الصورة أسفله). إذن توتر الخروج Uce يساوي تقريبا 5V.
وهاته تعتبر نتيجة صحيحة، وتأكد ما درسناه
نظريا، حيث نجد أن توتر الخروج Uce=5V كلما
كان الترانزستور في حالة التوقف.
في المقابل قامت الدارة بتمرير الجزء ما فوق 0.7V من موجة الدخول .بمعنى أنها
احتفظت بشكل هذا الجزء من الموجة لكن قامت بتمريره بشكل معكوس.
سنقوم الآن بتقليل المقاومة Rb، ما سيؤدي إلى زيادة شدة التيار Ib، فينقص التوتر Uce. فنحصل على موجة ذات وسع أكبر. وهاته تعتبر طريقة من طرق تكبير أي
موجة وهي الزيادة في وسعها وهاته ميزة جيدة.
إذن كلما نقصت المقاومة Rb نقص
التوتر Uce وتم تكبير الجزء المتبقي من موجة
الدخول بشكل جيد. لكن عندما تصل المقاومة إلى قيمة معينة سيمر تيار Ib كاف ليجعل الترانزستور في نظام الإشباع. في هاته
الحالة توتر الخروج Uce سيساوي
توتر الإشباع Uce_sat ولا يمكن له أن يقل عن هاته
القيمة.
وبالتالي ستبدأ الدارة في قص الجزء السفلي
من موجة الدخول. وهذا غير مرغوب فيه.
صور
وظيفة الترانزستور كمكبر في دارة الباعث المشترك هو تكبير موجة الدخول
بزيادة وسعها لكن عليه الحفاظ على شكلها، يعني أنه لا يجب عليه قصها سواء من ناحية
الأعلى أو ناحية الأسفل. بعبارة أوضح لا يجب عليه تشويه موجة الدخول.
ما قام به الترانزستور في هذا المثال يعد عديم الفائدة لأنه قام بتشويه
موجة الدخول، رغم أنه قام فعلا بزيادة وسع جزء من موجة الدخول، لأن الزيادة في وسع
الموجة لا يضرها في شيء بشرط أن يتم الحفاظ على ترددها. وبالتالي تعتبر هاته
الدارة فاشلة ولا تصلح لشيء.
نتسائل هل من طريقة لتحسين أداء الترانزستور ليتعامل بشكل أفضل مع الموجات
المترددة؟ هذا ما سنجيب عليه في الموضوع الموالي. إن شاء الله.
وفقنا الله وإياكم لما يحبه ويرضاه.
والسلام عليكم ورحمة الله.
رابط الفيديو
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق