الترانزستور في النظام المتحرك -2-
Le transistor en régime dynamique -2-
بسم الله الرحمان الرحيم
وصلى الله وسلم على مولانا رسول الله وعلى
آله وصحبه
الترانزستور في النظام
المتحرك -2-
Le transistor en régime
dynamique -2-
انطلاقا من الموضوع السابق، رأينا كيف يؤثر توتر الدخول على التوتر Uce بين الجزء C و E. حيث إذا كان التوتر Ue أصغر من العتبة Us لصمام
ثنائي من السيلسيوم والتي تساوي 0.7V، يكون الترانزستور في حالة التوقف وبالتالي فإن
التوتر Uce سيساوي توتر المصدر Ucc.
لكن عندما يكون التوتر Ue أكبر من 0.7V فإن كل زيادة في التوتر Ue يقابلها انخفاض في التوتر Uce. وكذلك كل انخفاض في التوتر Ue يقابله زيادة في التوتر Uce.
أما عندما يفوق التوتر Ue قيمة
معينة، سيجعل الترانزستور يشتغل في نظام الإشباع. في هاته الحالة يستقل التوتر Uce عن توتر الدخول Ue حيث Uce سيساوي توتر الإشباع Uce_sat.
مايعني أنه كلما زاد التوتر Ue، سيضل التوتر مستقر القيمة على Uce_sat.
كما بينا في الموضوع السابق أن الدارة أسفله تعتبر عديمة الفائدة، حيث قامت
بتشويه موجة الدخول وذلك بقطعها كل ما جاء تحت 0.7V. وهذا غير مرغوب فيه. حيث ينبغي
من الدارة الحفاظ على شكل موجة الدخول وتكبيرها دون أن يتم قطع أو تشويه أي جزء
منها.
قمنا بطرح سؤال في آخر الحلقة الماضية، هو كيف سيتم تحسين أداء هاته الدارة
لتفادي عملية التشويه.
الحل الجيد والمناسب خصوصا إذا كنا نتعامل مع موجات صغيرة، هو إزاحتها إلى
الأعلى لتكون أدنى قيمة لها أكبر من 0.7V . في هاته الحالة سنضمن من التوتر Ue أنه لن يقل عن العتبة 0.7V
وبالتالي سيشتغل الترانزستور في جميع الحالات.
كحل من الحلول البسيطة لإزاحة الموجات الصغيرة هو إضافة مصدر للتوتر
المستمر على التوالي مع مصدر التوتر المتغير مستقطب كما في الدارة أسفله. هاته
الطريقة تسمى انحياز الترانزستور Polarisation du transistor.
لتوضيح أكثر عملية الإزاحة ودون اللجوء
إلى المعادلات الرياضية ننجز على برنامج محاكاة الدارة أسفله والمكونة من:
-
مصدر للتوتر الجيبي Ue
-
مصدر للتوتر المستمر Vp قابل الضبط.
-
مقاومة R تمثل الحمولة.
كما تلاحظ فالمصدرين للتوتر مركبين على
التوالي.
نقوم بمعاينة توتر الخروج بين طرفي
المقاومة R.
نقوم كبداية بضبط المصدر Vp على 0V، حيث
يعتبر هذا المصدر في هاته الحالة كأنه سلك موصل، إذ لن يؤثر على التوتر Ue. نقوم بتشغيل الدارة فنحصل كما هو معلوم على موجة
جيبية، يتناوب التوتر فيها على 0V.
ثم نقوم كمثال بزيادة التوتر Vp إلى القيمة 1V، فنلاحظ أن التوتر Ue أزيح إلى الأعلى وأصبح التوتر فيه يتناوب على 1V بدلا
من 0V.
كمثال آخر نرفع التوتر Vp إلى القيمة 2V، فنلاحظ أن التوتر Ue أزيح أيضا إلى الأعلى وأصبح توتره يتناوب على 2V.
كمثال أخير نقوم بزيادة التوتر Vp إلى 4V، فنلاحظ أن التوتر Ue أزيح إلى الأعلى بكثير وبدأ توتره يتناوب على 4V.
من خلال هاته الطريقة، نقول: إننا قمنا بتركيب أو بتحميل التوتر المتناوب Ue على التوتر المستمر Vp. ما ينتج عن ذلك إزاحة التوتر Ue إلى الأعلى بمقدار التوتر Vp.
تسمى الموجة المحصل عليها: الموجة المركبة، حيث أنها مركبة من توترين. وهي
مجموع التوتر Ue والتوتر Vp.
تتم إزاحة الموجات الصغيرة بتركيبها على توتر مستمر. فنحصل على موجة مزاحة
إلى الأعلى إذا كان التوتر المستمر Vp موجب الإشارة،
كما هو موضح في الصورة (أ) أسفله. أو نحصل على موجة مركبة مزاحة إلى الأسفل إذا
كان التوتر المستمر Vp سالب الإشارة كما هو موضح في
الصورة (ب) التالية:
نأتي الآن لدراسة الدارة بإضافة مصدر للتوتر المستمر Vp قابل للضبط. نقوم بدراستها بشكل نظري نقدم فيها صورة تقريبية لما
يحدث عند توتر الخروج، الذي نرمز له بـ Vs.
لذلك نرسم إلى جانب الدارة معلما مدرجا محور
أراتيبه يمثل التوتر، أدنى قيمة له هو 0V وهو الخط الأفقي المقابل للباعث. وأقصى قيمة له هو
قيمة المصدر Ucc وهو الخط الأفقي المقابل له. أما
محور الأفاصيل فيمثل الزمن.
نفترض أن توتر الإشباع للترانزستور منعدم
أي أن Uce_sat=0V
نقوم كبداية بضبط التوتر Vp على 0V. فنحصل على موجة خروج Vs معكوسة ومقطوعة من جهة الأسفل. الجزء المحذوف هو المنحنى المنقط
باللون الأحمر. وهاته الحالة شبيهة لما رأيناه في الحلقة السابقة. لكن ركز على
السهم الذي يشير إلى التوتر Uce.
نقوم كمثال آخر بزيادة توتر Vp إلى 1.5V ،
فنزيح بذلك موجة الدخول قليلا إلى الأعلى. هنا بدأت الموجة Vs تظهر، لكن لايزال جزء منها مقطوع. لاحظ أن السهم الذي يشير إلى
التوتر Uce قد انخفض قليلا.
لإظهار موجة الخروج Vs
بالكامل وكما قلنا سلفا، يجب أن تكون أدنى قيمة يصل إليها التوتر Ue، أكبر من العتبة Us التي تساوي 0.7V ، لأجل ذلك نعطي كمثال القيمة 3V للتوتر Vp. فنلاحظ أن التوتر Ue كله
يأتي فوق العتبة Us. في هاته الحالة نحصل على موجة
كاملة عند موجة الخروج Vs مكبرة ومعكوسة مقارنة مع موجة
الدخول. لاحظ أن التوتر Uce قد
انخفض مقارنة مع التجربتين الأوليتين.
إذا تمادينا في رفع التوتر Vp إلى أن
يصل إلى قيمة ما كافية، سيجعل الترانزستور يشتغل في نظام الإشباع. في هاته الحالة
نحصل على موجة خروج Vs مقطوعة، لكن هاته المرة من جهة
الأعلى لموجة الدخول. لاحظ أن التوتر Uce قد
انخفض.
انطلاقا من هذا كله نستنتج أنه كلما زاد التوتر
Vp أزيحت موجة الخروج Vs إلى الأسفل. بحيث يجب أن تكون قيمة التوتر Vp أصغر كفاية من قيمة معينة لكي لا تجعل الترانزستور يشتغل في نظام
الإشباع، إلا و بدأت الدارة في قص الجزء العلوي من موجة الدخول.
كما نستنتج أنه كلما انخفض التوتر Vp أزيحت الموجة Vs إلى الأعلى. بحيث يجب ألا يقل (Vp) عن قيمة معينة، لتكون القيمة
الدنوية لتوتر الدخول أكبر من العتبة 0.7V . إلا وبدأت
الدارة بقص الجزء السفلي من موجة الدخول.
نلاحظ أنه في جميع الحالات أن التوتر Uce ينتقل مع موجة الخروج Vs بشكل يتناوب توتر الموجة على التوتر Uce. هذا يؤكد وانطلاقا بما جاء سابقا أن موجة الخروج Vs تكون مركبة على التوتر Uce. بحيث هذا الأخير (Uce) هو المسؤول عن إزاحتها إلى الأعلى أو إلى الأسفل.
لتكون الدارة ناجحة في تنظيم الموجة، يستحسن
أن تكون موجة الخروج في الوسط (الصورة أسفله). كما يستحسن أن تكون هناك مسافة
كافية بين قيمتيها القصويتين وبين 0V والتوتر Ucc.
لتكون موجة الخروج في الوسط، يجب أن يكون التوتر
Uce يساوي نصف توتر المصدر Ucc
لكن ليس التوتر Vp هو المسؤول الوحيد لتحقيق هاته المعادلة، بل هناك مقادير أخرى
تدخل في الحساب. سنتناول البعض منها في حلقة قادمة بإذن الله.
لتعميق الفهم ننجز الدارة أسفله على لوحة التجارب، وهي مكونة من:
-
مصدر التغذية Ucc=5V.
-
مقاومة Rc
-
ترانزستور
-
مقاومة Rb
-
مصدر التوتر الجيبي Ue مركب على التوالي مع عمود كهربائي
توتره هو Vp=1.5V
نعاين على راسم التذبذب موجة الخروج Vs بين الجزء C و E ، كما نعاين توتر الدخول بين النقطتين A و E وهو
مجموع التوترين Ue و Vp.
نشاهد على راسم التذبذب التوتر Ue باللون
الأصفر وهو توتر جيبي يتناوب فيها التوتر على 0V.
لكن بعد إضافة التوتر Vp=1.5V ، قمنا
بتركيب التوتر Ue على التوتر Vp، حيث حصلنا على موجة دخول مزاحة إلى الأعلى بمقدار VP=1.5V
نلاحظ أن موجة الدخول توجد بالكامل فوق 0.7V ، في
هاته الحالة، يشتغل الترانزستور في جميع الحالات. إذ لن تقوم الدارة بقص الجزء
السفلي لموجة الدخول.
نقوم بتشغيل الدارة فنحصل على موجة خروج Vs باللون الرمادي وهي موجة تم تكبيرها، حيث أن وسعها من القمة إلى
القمة أكبر من وسع موجة الدخول من القمة إلى القمة.
كما نلاحظ أن موجة الخروج و موجة الدخول على تعاكس في الطور. معنى ذلك أنه
في نفس اللحظة التي تصل إليها موجة الدخول إلى قيمتها القصوى يكون توتر الخروج قد
وصل إلى القيمة الدنوية والعكس بالعكس.
نلاحظ من جهة أخرى أن موجة الخروج مركبة على التوتر Uce. لكنها مزاحة إلى الأعلى بكثير، حيث أن أقصى قيمة لها قريبة جدا
من توتر المصدر Ucc=5V. كما قلنا سلفا يستحسن أن تكون
الموجة Vs في الوسط بين 0V و 5V ، وهذا
راجع إلى خطأ في الحسابات. في درس قادم سوف نقوم بتصميم دارة يكون أداؤها أفضل من
هاته إن شاء الله. المهم كأول تجربة هو أننا حصلنا وبفضل من الله، على موجة مكبرة
وغير مشوهة. وهذا في حد ذاته يعتبر انجاز كبير.
انتهى
رابط الفيديو
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق