حساب دارة انحياز الترانزستور
Calcul de polarisation d’un transistor
بسم الله الرحمان الرحيم
وصلى الله وسلم على مولانا رسول الله وعلى
آله وصحبه أجمعين.
حساب دارة انحياز
الترانزستور
Calcul de polarisation
d’un transistor
تتمة للموضوع السابق، اليوم سوف نتعلم كيف يمكن
لنا حساب دارة انحياز الترانزستور. أي سوف نرى كيف نقوم بحساب المقاومات الأربعة
ليشتغل الترانزستور بشكل صحيح في النظام الخطي.
هذا الموضوع سيكون متعلقابـ Circuit de
polarisation par pont diviseur
لأنها تعتبر الدارة المثالية والمشهورة
التي بإمكانها التغلب على التغيرات التي تطرأ على المعامل Bêta نتيجة لارتفاع درجة حرارة الترانزستور.
بحثت بحثا مضنيا في الانترنت، لأجد طريقة موحدة لحساب الدارة أعلاه، لكن
للأسف وجدت كل يقترح طريقته، لأنه لا يوجد قانون محدد وموحد للحساب. فقط يبقى ذلك
مجرد توصيات وتوجيهات. وكل يختار طريقة الحساب التي تناسب وظيفة دارته. وهذا يجعلك
كمبتدأ تقف حيرانا، أي طريقة ستتبع.
سنقرب إليك الصورة لتتجلى إليك بشكل أوضح. وذلك بعرض أهم ما جاءت به
التوصيات والتوجيهات.
1- أن لا تجعل الترانزستور يشتغل بأقصى ما
يمكن له، بل يستحسن تشغيله في مستوى بين ربع ونصف قدرته القصوى.
مثلا إذا كانت Pmax هي
القدرة القصوى للترانزستور، فيستحسن تمرير تيار Ic فيه، وتطبيق توتر Vce عليه
بحيث تكون
بحيث
للمعلومة هاته التوصية لا تطبق على الترانزستور وحسب، بل يستحسن تعميمها لتشمل
جميع العناصر الالكترونية. لأن دفع هاته العناصر للاشتغال بأقصى قدرة ممكنة لها،
سيؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها. وحتى ولو كانت قادرة على تحملها فإننا ننقص بذلك
من عمرها الافتراضي، ونبذذ الطاقة الكهربائية لغير نفع. كما يسجل في كثير من
الأحيان تغيرات سلوك تلك العناصر الالكترونية في الدارات الكهربائية. ألا يستحق
الأمر تجنب هذا كله؟
2- لتضخيم إشارة بشكل كبير، يستحسن دائما
تضخيمها بواسطة عدة دارات للترانزستور مركبة معا بطريقة معينة. لتجنب الأعراض
الجانبية التي تظهر على الترانزستور عندما يقوم بالتضخيم بأقصى طاقته.
بتقليص كسب التوتر للترانزستور
En limitant le gain en tension du transistor
نحصل على المزايا التالية:
أ- نتجنب تشويه الموجة المكبرة عند
الخروج. إذا قمنا بتضخيم إشارة بشكل مبالغ فيه بواسطة ترانزستور وحيد، فإنه حتما
ستتعرض موجة الخروج لعملية القطع سواء من الأعلى أو من الأسفل أو من الجانبين معا.
وهذا ما لا يريده أي مصمم، حيث يجب عدم تعريض موجة الخروج المكبرة لأي تشويه أو
قطع لأنها تفقد المعلومة أو البيانات التي تحمل. مثلا لو كانت الموجة عبارة عن
صوت، لأصبح الصوت المكبر لا يخلوا من تشويش وضوضاء حتى يكاد الصوت لا يفهم.
ب- نقلص Le bruit de fond أو ما يعرف بـ Parasite. حيث كلما زاد الترانزستور في التضخيم كلما زاد le Bruit de fond الناتج عن الالكترونات المتحركة
داخل الترانزستور. سماع الموسيقى مصحوبة بضوضاء، يعد أيضا أمرا سيئا للغاية.
ج- نمنع حدوث les auto-oscillations . مادام الترانزستور يضخم بشكل كبير، فإنه يولد
موجات ذات ترددات فوق صوتية. تكون مندمجة مع موجة الخروج. هاته الترددات الفوق
صوتية لا تلتقطها الأذن، لكن تؤذي إلى ارتفاع درجة حرارة الترانزستور إلى حد الإتلاف.
3- انطلاقا من التجارب العملية، يكون
الترانزستور مستقلا بشكل كاف عن التأثيرات الحرارية التي يتعرض إليها المعامل Bêta، عندما يكون التوتر Vre بين طرفي المقاومة Re محصورا
بين عشر وربع توتر المصدر Vcc. هاته
التوصية تتيح لنا بكل سهولة حساب كل من المقاومتين Re و Rc.
4- التوصية الرابعة والأخيرة: أن نحرص قدر
المستطاع جعل قيمة التوتر Vce تساوي نصف التوتر Vcc.
كما قلت، هاته كلها مجرد توصيات، كل سيختار منها ما يناسبه لتصميم دارته.
لذا ليس من الغريب أن تجد كل دارة وطريقة حسابها.
في ما يلي سوف أقدم لكم طريقتين فقط لكيفية حساب الدارة. ما يعني أننا
سنقوم بحساب كل من المقاومات الأربعة إلى جانب كل من التيارات Ic و Ie و Ib بالإضافة إلى التوتر Vce، لجعل الترانزستور يشتغل في النظام الخطي.
تكون نقطة البداية بتحديد إما المقاومة Rc أو التيار Ic. لأنه
غالب الأمر ما يُفرض علينا ذلك.
في المثال الأول هذا، نأخذ المعطيات مع الدارة التالية:
أولا: نقوم بحساب التوتر Vre بين طرفي المقاومة Re.
حسب التوجيهات نجد أن التوتر Vre يستحسن أن يكون محصورا بين عشر وربع توتر المصدر Vcc
هنا سأختار
أي
لتسهيل الحساب نضع
ثانيا: حساب التوتر Vce
حسب التوجيهات يستحسن أن يكون
هاته العلاقة صالحة عندما لا تكون هناك
مقاومة Re في الباعث. أو إذا كان التوتر Vre لا يزال مجهولا. لكن إذا ثبت العكس ولأكثر دقة
نستعمل هاته العلاقة:
أي
إذن
حسب قانون اضافية التوترات لدينا:
أي
إذن
ثالثا: حساب شدة التيار Ib
بما أن الترانزستور يشتغل في النظام الخطي
فإن:
أي
إذن
رابعا: حساب المقاومة Rc
حسب قانون أوم لدينا
أي
إذن
خامسا: حساب المقاومة Re
حسب قانون العقد لدينا
بما أن شدة التيار Ib التي قمنا بحسابها مسبقا هي من رتبة الميكرو أومبير، إذ يمكن إهمالها
أمام شدة التيار Ic التي من رتبة الميلي أومبير.
وبالتالي نحصل على أن
حسب قانون أوم لدينا
أي
إذن
سادسا: حساب المقاومة R2
حسب قانون اضافية التوترات لدينا
أي
إذن
قلنا سلفا أنه ليبقى التوتر Vr2 ثابت
وغير خاضع لتأثير الحمولة، يجب أن يكون التيار I2 الذي يمر في المقاومة R2 يساوي
10 أضعاف على الأقل التيار Ib
حسب قانون أوم لدينا
أي
أي
إذن
سابعا: حساب المقاومة R1
لدينا حسب قانون العقد في النقطة B
بما أن
فإن
إذن
حسب قانون اضافية التوترات لدينا
أي
إذن
حسب قانون أوم لدينا
أي
إذن
للتو انتهينا من حساب هاته الدارة التي تبدو مع النتائج على الشكل أسفله.
هاته تعتبر طريقة من عدة طرق التي قمنا فيها بتحديد شدة التيار Ic مبدئيا.
الطريقة الثانية سنعتمد فيها على وسائل مختصرة وتقريبية تكون في الواقع
قريبة جدا للحساب الدقيق.
كمرحلة أولى، نحدد المقاومة Rc
مبدئيا. لأنه كثير من الأحيان ما يفرض علينا القسم الذي يأتي بعد هاته الدارة،
مقاومة Rc معينة أو تيارا Ic معينا.
في هذا المثال، نأخذ المعطيات في الدارة
التالية:
المرحلة الثانية: نقوم بتحديد كسب الجهد Le gain en tension الذي يعني مقدار التكبير في التوتر الذي سوف يضخم به
الترانزستور. ويرمز له بـ Av. أي
إذا كان de هو وسع موجة الدخول، فإن وسع موجة
الخروج هو:
ويحسب انطلاقا من العلاقة التالية:
حيث
- Rc هي
مقاومة المجمع
- Re هي مقاومة الباعث
- r’e هي المقاومة الداخلية بين الجزء B و E. سنعود
إلى شرحها في الحلقة الموالية. هي على أية حال ضعيفة القيمة سنقوم بتجاهلها لتصبح
العلاقة على الشكل التالي:
أولا: كمثال نعطي لكسب الجهد Av=-10، أي نطلب من الترانزستور أن يقوم بتكبير موجة الدخول 10 مرات. إذن
من السهل جدا حساب المقاومة Re.
لدينا
أي
أي
إذن
ثانيا: حساب التيار Ic
نفترض أن تور الاشباع Vce_sat=0V وأن Ic=Ie. إذن التيار القصوي Ic_max الذي
يمكن له أن يمر في المجمع c هو:
أما التيار المناسب فهو:
أي
أي
إذن
ثالثا: حساب التوتر Vre
حسب قانون أوم لدينا:
أي
إذن
بنفس الطريقة نجد أن
وبالتالي سيتيح لنا ذلك معرفة التوتر Vce
حسب قانون إضافية التوترات لدينا:
أي
إذن
رابعا: سنقوم بحساب المقاومتين R1 و R2 دون اللجوء إلى حساب كل من
التيارات Ib و I1 و I2 على عكس المثال السابق.
هاته المرة سنأخذ بعين الاعتبار التوصية التالية:
سنعود إلى شرح هاته التوصية في موضوع لاحق.والتي ستيسر لنا الحياة كما
يقال، حيث ستتيح لنا حساب المقاومة R2
انطلاقا من المقاومة Re.
نأخذ
أي
إذن
هاته التوصية تمكن لنا كذلك حساب المقاومة R1 انطلاقا من علاقة مجزئ الجهد التالية:
أي
من جهة أخرى وحسب قانون إضافية التوترات
لدينا:
أي
إذن
وبالتالي نجد أن
للتو انتهينا من حساب الدارة أسفله، حيث قمنا بإتباع طرق مختصرة، هي في
الواقع جد متقاربة مع الحساب الدقيق. في درس قادم سنقوم فيه بدراسة هاته الدارة
كمكبر.
تذكر أن طرق حساب دارة انحياز الترانزستور تختلف من مصمم إلى آخر. وأنه لا
يجد قانون موحد، بل توجد مجرد توصيات وتوجيهات.
كثير من الأحيان، أقسام الدارة ووضع الترانزستور فيها هي التي تفرض علينا
بعض النقاط التي يجب احترامها أثناء حساب انحياز الترانزستور ليقوم هذا الأخير
بوظيفته كمكبر بشكل سليم.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق