انحياز الترانزستور بواسطة مجزئ الجهد
Polarisation du transistor par diviseur de tension
بسم الله الرحمان الرحيم
وصلى الله وسلم على مولانا رسول الله وعلى
آله وصحبه أجمعين.
انحياز الترانزستور
بواسطة مجزئ الجهد
Polarisation du
transistor par diviseur de tension
في هذا الموضوع سنركز أكثر على انحياز الترانزستور بواسطة مجزئ الجهد Polarisation du transistor par diviseur de tension لأنه
الأكثر استعمالا خصوصا مع الدارات الخطية. هذا الموضوع سيكون تأكيدا وإثراء لما
جاء في الموضوع السابق.
قبل ذلك، نعوذ بكم إلى مميزة الخروج(الصورة أسفله) التي تبرز نظامين: نظام الإشباع
مع النظام الخطي.
سنعيد شرح الميزة أعلاه بشكل مبسط نقدم فيها صورة تقريبية لسلوك
الترانزستور في النظامين الساكن والمتحرك. لذلك سنستعين بالرسم المبياني التالي:
عندما يكون Vce=0V فإن
شدة التيار Ic القصوى الممكنة هي:
التي نمثلها بنقطة على محور الأراتيب.
عندما يكون التيار Ic=0A فإن التوتر Vce يساوي
توتر المصدر Vcc الذي نمثله بنقطة على محور
الأفاصيل. نربط بين النقطتين فنحصل على مستقيم يسمى: خط الحمولة الساكن Droite de charge statique بحيث النظام الخطي يوجد بين النقطتين
a و b.
عندما يمر تيار Ib في القاعدة فإن تيارا Ic يمر في المجمع ونعلم أن التوتر Vce على علاقة مع التيار Ic. إذن سيتخذ التوتر Vce قيمة
معينة.
حيث جميع الإحداثيات لكل من التوتر Vce
والتيارين Ib و Ic تتقاطع مع خط الحمولة في نقطة وحيدة تسمى نقطة التشغيل (أو
الاشتغال) Point de fonctionnement
كما يطلق عليها كذلك Point de repos، ويرمز إليها بالحرف Q. أما التيارين فيرمز إليهما بـ IBQ و ICQ أما
التوتر Vce فيرمز إليه بـ VCEQ .
قلنا في موضوع سابق، أنه ليتم تضخيم الإشارة الداخلة بدون تشويه يستحسن أن
يكون التوتر VCEQ في نصف التوتر Vcc.
هذا يناظره جعل نقطة التشغيل في منتصف خط
الحمولة. وذلك باختيار تيار IBQ مناسب. لأنه هو المتحكم في النقطة Q. إذ لا يجب أن نعطي للتيار IBQ شدة كبيرة لكي لا تكون النقطة Q في منطقة الإشباع أو قريبة منها.
ولا يجب كذلك أن نعطيه شدة صغيرة لكي لا
تكون النقطة Q في منطقة التوقف أو قريبة منها.
لأنه إذا حصل ذلك، ستتعرض موجة الدخول للتشويه.
نفترض أن موجة الدخول عبارة عن موجة جيبية، إذن سيضخ في القاعدة تيارا
جيبيا محمولا على التيار IBQ، فينتج
عنه في المجمع تيارا جيبيا محمولا على التيار ICQ. فنحصل في الأخير على توتر خروج مضخم محمول على التوتر VCEQ.
لكي تنتقل نقطة التشغيل بكل حرية على خط
الحمولة، يجب الحرص على أن تكون تلك النقطة في وسط خط الحمولة. كما ينصح كذلك أن تكون موجة
الدخول غير قادرة على أن تجعل هاته النقطة تصل إلى منطقتي الإشباع أو التوقف. وإلا
تعرضت الموجة للتشويه.
يتجلى دور الانحياز في جعل نقطة التشغيل في وسط خط الحمولة الساكن. ما يعني
حساب كل من التوتر VCEQ
والتيارين IBQ و ICQ لجعل نقطة التشغيل في الوسط. هذا يتطلب تركيب مقاومات مناسبة.
تزداد موصلية أشباه الموصلات مع ارتفاع درجة الحرارة وكون الترانزستور
ينتمي إلى هاته الفصيلة، فإنه يتأثر بتقلبات درجة الحرارة. ويتمثل ذلك في المعامل Bêta الذي تزداد قيمته بارتفاع درجة الحرارة.
كثير من المصممين الذين يحبذون انحياز الترانزستور بواسطة مجزئ الجهد مع
وضع مقاومة RE في الباعث، لأنها دارة تستطيع
التغلب على التغيرات التي يتعرض إليها المعامل Bêta. إذ تتمكن من تثبيت شدة التيار Ic وبالتالي تثبيت نقطة التشغيل.
تخيل شخص ما والذي يمثل نقطة الاشتغال Q، تخيل أنه يريد صعود سلم متحرك كهربائيا في منحاه المعاكس. وأن
المعامل Bêta هو القوة الدافعة له، وأن التيار IB هو السلم المتحرك إلى الأسفل. إذا كانت سرعة هذا
الشخص هي نفس سرعة السلم المتحرك فإن هذا الشخص يبقى ثابت في مكانه. رغم أنه يبدو أنه يصعد
السلم.
هكذا تعمل دارة مجزئ الجهد في تثبيت نقطة الاشتغال Q، حيث إذا ارتفعت قيمة المعامل Bêta جراء ارتفاع درجة الحرارة، فإن التيار IB ينقص تلقائيا فيبقى بذلك التيار IC ثابت الشدة تقريبا ومن تَم تثبيت نقطة الاشتغال Q.
قمنا بتحليل الدارة أسفله نظريا في موضوع سابق، لكن في هذا الموضوع سنقوم
بتحليلها رياضيا.
لتسهيل الأمر نقوم بتعويض دارة الدخول للترانزستور إلى دارة مكافئة يسهل
التعامل معها.
انطلاقا من نظرية Thévenin فإنه
يمكن تعويض مجزئ الجهد مع مصدر التغذية اللذان يمثلان دارة الدخول إلى مولد
التغذية Vth ومقاومة Rth. حيث
و
حسب قانون إضافية التوترات لدينا العلاقة التالية:
نفترض أن
ونعلم أن
إذن في الأخير نحصل على المعادلة التالية:
نلاحظ أن المعامل Bêta مازال
ظاهرا في العلاقة أعلاه، رغم أنه في مقام المقام، إلا أنه سيؤثر على التيار Ic. ولجعل هذا الأخير مستقل عن المعامل Bêta، نضع هذا الشرط المهم هو أن تكون:
حيث التغيرات التي تطرأ على المعامل bêta لن تأثر إلا بالشيء القليل على ناتج المعادلة. إذ
يمكن إهمال Rth/Bêta أمام
المقاومة RE لتصبح العلاقة على الشكل التالي:
في هاته الحالة يكون التيار Ic مستقل
تقريبا عن المعامل Bêta
وبالتالي نضمن من الدارة تثبيت النقطة Q. هنا
يكمن السر السحري لهاته الدارة.
لنجاح الدارة في تثبيت نقطة التشغيل Q، يشترط أن تكون
بحيث يستحسن أن تكون المقاومة RE أكبر 10 أضعاف على الأقل من
Rth/Bêta أي يجب أن يكون
لدينا
حسب عدة تجارب تكون المقاومة R2 غالب الأمر صغيرة مقارنة مع R1. إذن يمكن لـ Rth أن
تساوي تقريبا المقاومة R2
وبالتالي يصبح الشرط كالتالي
أذا تحقق هذا الشرط فإنه مثل الحالة التي
يكون فيها التيار IB أصغر 10 أضعاف من التيار الذي يمر
في المقاومة R2. هذا يتيح لنا استعمال العلاقات
الرياضية لمجزئ الجهد دون حمولة. كهاته العلاقة مثلا:
من جهة أخرى، فمقاومة الحمولة التي يراها
مجزئ الجهد بالنسبة إليه هي تقريبا
هاته الأخيرة أي الحمولة لن تؤثر على مجزئ
الجهد إذا تحقق هذا الشرط:
من هنا جاءت تلك التوصية التي تنص على جعل
المقاومة R2 أصغر على الأقل من Bêta*RE/10
هاته العلاقة تساعدنا كثيرا في حساب
المقاومة R2 مباشرة لمعرفتنا المقاومة RE فقط، دون اللجوء إلى حساب التيار IB مع التيار الذي يمر في مجزئ الجهد. هاته التوصية
اعتمدنا عليها في الدرس السابق. فتوصلنا للنتائج الموجودة في الدارة التالية:
النتائج المحصل عليها أعلاه قمنا بحسابها
بطريقة تقديرية. سنحاول إعادة حسابها بشكل دقيق. وذلك اعتمادا على نظرية Thévenin.
لدينا
أي
إذن
لدينا
أي
إذن
توصلنا سابقا للعلاقة التالية لحساب
التيار Ic
أي
إذن
وبالتالي إنه من السهل حساب التوتر VCE وذلك عن طريق قانون إضافية التوترات التالي:
أي
إذن
نقارن النتائج المحصل عليها في كلتا
الحالتين. فنجد أن النتائج المحصل عليها عن طريق الحساب الدقيق (اللون الأزرق
الداكن)، نجدها قريبة للحساب التقديري. إذن لاداعي بالمرور على نظرية Thévenin والاعتماد فقط على الطريقة التقديرية كما قمنا بذلك
في الموضوع السابق بشرط أن يكون
نفترض أن المعامل Bêta ارتفع
إلى 300 بارتفاع درجة الحرارة. بعد إعادة حساب الدارة بشكل دقيق باعتبار هذا
المعطى الجديد نحصل على النتائج المسجلة على يمين الجدول التالي:
نلاحظ أن النتائج المحصل عليها في كلتا الحالتين جد متقاربة. هذا يؤكد
نجاعة هاته الدارة في التغلب على التغيرات التي يتعرض إليها المعامل Bêta جراء ارتفاع درجة الحرارة. حيث أن المعامل ارتفع
بشكل كبير من 100 إلى 300 لكن النتائج ضلت جد متقاربة. وبالتالي تكون الدارة قادرة
على تثبيت نقطة الاشتغال في جميع الأحوال.
كإضافة، في حالة عدم قدرة الدارة على تثبيت نقطة الاشتغال نتيجة الارتفاع
المفرط لدرجة الحرارة، ينصح وضع مشتت للحرارة على الترانزستور.
شكرا على حسن المطالعة والسلام عليكم
ورحمة الله.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق