انحياز الترانزستور ذي الوصلتين
Polarisation du transistor bipolaire
بسم الله الرحمان الرحيم
وصلى الله وسلم على مولانا رسول الله وعلى
آله وصحبه
انحياز الترانزستور ذي
الوصلتين
Polarisation du
transistor bipolaire
لكي يعمل الترانزستور بشكل جيد، يجب أن تكون طريقة انحيازه صحيحة، أي
Le transistor a besoin d'être bien
polarisé
هذا يعني أنه يجب علينا أن نطبق على
أطرافه توترات، وأن نمرر فيه تيارات مناسبة. ما يسمح له بالقيام بالوظيفة التي
نريدها منه بكيفية سليمة.
عندما نتحدث عن الانحياز La
polarisation، فإننا نتحدث عن التوترات المستمرة فقط. هاته التوترات المستمرة،
هي التي تسمح للترانزستور بالعمل الصحيح في النظام المتحرك. كمثال عندما نريد من
الترانزستور أن يقوم بتكبير إشارة ما، فإننا نطبق إشارة ضعيفة على مدخله،
ونسترجعها كإشارة مكبرة عند دارة الخروج. وهذا لا يكون متاحا إلا إذا كانت
التوترات المستمرة حاضرة.
الانحياز La polarisation، تسمح
لنا بتشغيل الترانزستور في النظام الخطي، بحيث تحتفظ موجة الخروج المكبرة على نفس
الخصائص الأصلية لموجة الدخول. لكن لا بأس إن تم تكبير وسعها(وسع موجة الخروج). في
هاته الحالة نقول بأن الترانزستور قام بتضخيم الإشارة بشكل خطي. للحصول على هاته
النتيجة، يجب على دارة الدخول أن لا تجعل الترانزستور يتوقف عن العمل أو تجعله
يشتغل في نظام الإشباع. كما يجب أن نحرص على تثبيت شدة التيار Ic التي بدورها ستبقي التوتر Uce بين الجزء C و E في نصف توتر المصدر Ucc. بحيث ستتناوب موجة الخروج عليه. بمعنى يتم تحميل
موجة الخروج على التوتر المستمر Uce وهنا
يكمن دور الانحياز.
تختلف طرق انحياز الترانزستور، باختلاف وظائفه في الدارات الكهربائية. لذلك
ارتأينا أن نقوم بدراسة بعض منها، مع تقديم طريقة مبسطة تمكن لك من تحليل تلك
الدارات نظريا.
من الصعاب التي يجدها المصمم مع الترانزستور هو معامل التضخيم Bêta ، حيث هذا الأخير ترتفع قيمته بارتفاع درجة حرارة
الترانزستور، الناتجة عن مرور التيار Ic فيه كمثال
أو بارتفاع درجة الحرارة المحيطة به.
كمثال، خلال النظام الخطي لدينا العلاقة التالية:
نفترض أن قيمة المعامل Bêta ارتفعت بارتفاع درجة حرارة الترانزستور. هاته
الزيادة ستؤثر حتما على التيار Ic حيث
سترتفع شدته، مما سيؤثر على دارة الخروج ككل. هذا كله يؤثر سلبا على وظيفة الدارة.
إذن أكبر تحدي سيصادفه المصمم هو كيف سيتغلب على هاته التغيرات التي تطرأ
على المعامل Bêta. وكيف سيجعل قيمته مستقلة عن درجة
الحرارة.
في هاته الحلقة سنسلط الضوء على دارة الباعث المشترك التي تعودنا عليها من
خلال الدروس السابقة. لتيسير الفهم سنلغي موجة الدخول المترددة. وسندرس الدارة مع
توترات وتيارات مستمرة فقط. هذا يعني أننا سندرس نظريا بعض طرق انحياز الترانزستور.
1- Polarisation à deux sources de tension
تعتبر الدارة أسفله
جيدة، إذ تيسر لنا دراسة الترانزستور في المختبر. لكن عمليا، وغالب الأمر هي غير
معمول بها، لأنها تتطلب مصدرين للتوتر. وهذا مكلف.
2- Polarisation de base
نقوم بتصميم دارة
مشابهة تماما للدارة السابقة. حيث يكون مصدر الخروج Ucc هو نفسه مصدر الدخول. هذا لن يؤثر على عمل الترانزستور، حيث يجب
فقط وضع المقاومتين المناسبتين Rc و Rb لكل استعمال. هاته الدارة تسمى Polarisation de base أو Polarisation
fixe
لتوظيف الترانزستور كمضخم لإشارة ما، يجب أن يشتغل في النظام الخطي، كما
يجب أن نثبت التوتر Uce ليكون نصف التوتر Ucc. كما وضحنا ذلك في الحلقة
السابقة.
إذا ارتفعت قيمة المعامل Bêta
بارتفاع درجة حرارة الترانزستور مثلا، سترتفع معه شدة التيار Ic لأن
وبالتالي سيرتفع التوتر Urc لأنه يتناسب اطرادا مع التيار Ic وفق العلاقة
إذن للضرورة ينخفض التوتر Uce حفاظا على قانون إضافية التوترات
إذن كلما ارتفعت قيمة Bêta انخفض
التوتر Uce إلى أن يستقر على توتر الإشباع Uce_sat. في هاته الحالة ينتقل الترانزستور من النظام الخطي
إلى نظام الإشباع. وهذا غير مرغوب فيه.
من خلال هاته الدارة، من المستحيل أن نبقي فيها التوتر Uce في الوسط، حيث تتأثر الدارة بشكل كبير مع درجة
الحرارة. استعمال هاته الدارة في تضخيم الإشارة يعتبر الخيار الأسوأ، حيث يفضل
استعمالها في Circuits de commutation
3- Polarisation par réaction d'émetteur
سنرى في ما يلي أول محاولة للتغلب على
التغيرات التي يتعرض إليها المعامل Bêta. حيث
سنحاول فيها استغلال التوتر بين طرفي المقاومة Re لتثبيت التوتر Uce وذلك
بتثبيت شدة التيار Ic.
نفترض أن شدة التيار Ic ارتفعت، هذا سيجعل شدة التيار Ie ترتفع. لأنه حسب قانون العقد لدينا:
وبالتالي فإن التوتر Ure سيرتفع كذلك، لأنه حسب قانون أوم لدينا:
من جهة أخرى لدينا حسب قانون إضافية
التوترات :
بما أن التوترين Ucc و Ube في
هاته الحالة ثابتي القيمة، فإن كل زيادة في التوتر Ure يناظرها انخفاض في التوتر Urb.
بالتالي فإن التيار Ib ستضعف شدته لأنه حسب فانون أوم
لدينا:
هذا من شأنه، سيعيد كل من شدة التيار Ic والتوتر Uce تقريبا
إلى قيمتيهما الأصلية لأن
للتو رأينا كيف تلعب المقاومة Re دورا
مهما في تثبت التوتر Uce، لأنه
إذا ارتفع المعامل Bêta تضعف
شدة التيار Ib ما يجعل شدة التيار Ic ثابتة تقريبا.
ستجد المقاومة Re تقريبا في جميع الدارات التي
يشتغل الترانزستور فيها كمضخم للإشارة.
على ما يبدو أن مبدأ اشتغال هاته الدارة جيد. لكن عمليا، فالدارة لن تستجيب
لتغيرات المعامل Bêta بسرعة. هذا من شأنه سيجعل التوتر Uce يتغير قي قيمته. يمكن التغلب على ذلك بتركيب مقاومة
كبيرة Re مع الباعث. في هاته الحالة، ستكون
استجابة الدارة أسرع. لكن القليل من المصممين من يرغب في هذا الحل، لأنه إذا كانت
وظيفة الدارة هي تكبير إشارة ما، فيستحسن وضع أصغر قيمة ممكنة للمقاومة Re. لأنها تأثر سلبا على مقدار التكبير.
4- Polarisation par réaction de collecteur
أو ما يسمى
Polarisation automatique
ما الجديد في هاته الدارة؟
الجديد هو أننا قمنا بربط دارة الدخول للترانزستور مع المجمع C مباشرة بدلا من المصدر Ucc. في هاته الحالة يكون توتر الدخول هو التوتر Uce. حسب قانون إضافية التوترات لدينا
لتحليل هاته الدارة، نتبع نفس الخطوات التي قمنا بها في تحليل الدارات
السابقة، لكن باختصار شديد.
إذا ارتفعت قيمة المعامل Bêta، ستزداد
شدة التيار Ic مع التوتر Urc. ما يؤدي إلى انخفاض في التوتر Uce. وبالتالي سينخفض للضرورة التوتر Urb حفاظا على المعادلة:
لأنه غي هاته الحالة يكون التوتر Ube ثابت.
حسب قانون أوم لدينا
إذن كل انخفاض في التوتر Urb يقابله انخفاض في الشدة Ib ما يسبب في انخفاض شدة التيار Ic، ما يجعل التوتر Uce يرجع إلى قيمته
الأصلية تقريبا.
للتغلب على التغيرات التي يعرفها المعامل Bêta نتيجة لارتفاع درجة حرارة الترانزستور، الدارتان
أسفله ليستا الحل المثالي. إلا أن أداء دارة Polarisation par réaction de collecteur يكون أفضل من حيث البساطة
والتكلفة، حيث تعتمد على مقاومتين فقط. ومن إيجابيتها كذلك، أنها تمنع الترانزستور
من أن يشتغل في نظام الإشباع.
5- La polarisation par pont diviseur
سميت الدارة (أسفله) بهذا الاسم: Polarisation
par pont diviseur لأن
توتر مجزئ الجهد (المكون من المقاومتين R1 و R2)، هو المسؤول عن انحياز قاعدة
الترانزستور بدلا من توتر المصدر Ucc. يعني
أن التوتر Up هو الذي يغذي دارة الدخول.
كما قلنا في حلقة سابقة، يجب أن تكون المقاومة R التي تعبر عن مقاومة الجهاز أو الدارة التي نريد تغذيتها بالتوتر Up، يجب أن تكون كبيرة جدا مقارنة مع المقاومة R2 (الدارة أسفله). إذا تعذر لنا معرفة المقاومة R، يكفي أن يكون التيار Is الذي يمنحه مجزئ الجهد، أصغر 5 مرات على الأقل من التيار Ip الذي يمر في المقاومة R2.
بالرجوع إلى الترانزستور نجد أن التيار Is هو التيار Ib، وأن
التوتر Up هو المسؤول عن تغذية دارة الدخول
للترانزستور. في هاته الحالة يستحسن أن يكون التيار Ip الذي يمر في المقاومة R2 يساوي
10 أضعاف التيار Ib.
اذا تحقق هذا الشرط، يكون التوتر Up ثابت القيمة، حيث لن تؤثر عليه التغيرات التي تطرأ
على التيار Ib. أو بعبارة أوضح، لن تؤثر موجة
الدخول والمفترض أن تكون ضعيفة على التوتر Up.
باختصار شديد، نفترض أنه لسبب ما ارتفع معامل التضخيم Bêta، مما سيؤدي إلى ارتفاع شدة التيار Ic. كما سنسجل في هاته الحالة كذلك ارتفاعا في التوتر Urc مع التوتر Ure.
حسب قانون إضافية التوترات لدينا:
إذن
بما أننا بينا سلفا أن التوتر Up يبقى ثابت، فإن كل زيادة في التوتر Ure يناظرها انخفاض في التوتر Ube. مما سيؤدي إلى تقليل شدة التيار Ib وبالتالي تقليل شدة التيار Ic.
هنا يكمن الفرق الجوهري بين هاته الطريقة لانحياز الترانزستور وبين
الطريقتين الأوليتين. حيث أنه في الدارتين السابقتين، فالتوتر بين المقاومة Rb هو المسؤول عن تقليل شدة التيار Ib. أما في الدارة (على يمين الصورة أسفله) فتوتر الوصلة
BE هو المسؤول على ذلك. والوصلة BE هي عبارة عن صمام ثنائي يرتبط التيار المار فيه مع التوتر المطبق
عليه. حيث يستجيب التيار Ib بسرعة
للتغيرات الطفيفة التي تطرأ على التوتر Ube . هذا
من شأنه أن يجعل هاته الدارة مستقلة تماما عن التغيرات التي تطرأ على المعامل Bêta. ما يجعل التوتر Uce يستقر في قيمته الأصلية بشكل آلي.
تعتبر هاته دارة أسفله أساس دارات التضخيم خصوصا إذا كنا نتعامل مع موجات
ضعيفة. وستكون موضوع دراستنا في الحلقة الموالية إن شاء الله. تسمى هاته الدارة
أيضا بـ
Circuit universel de polarisation
يمكن أن نبرهن كل ما جاء في هذا الموضوع رياضيا، لكن لتجنب طوله،
قمنا بتجاهل ذلك، واكتفينا بالتحليل النظري.
انتهى
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق