دراسة الترانزستور كمكبر للإشارة الضعيفة.
بسم الله الرحمان الرحيم
وصلى الله وسلم على مولانا رسول الله وعلى آله وصحبه ومن ولاه.
دراسة الترانزستور كمكبر للإشارة الضعيفة.
الجزء الثاني
أ- دراسة الدارة بدون حمولة
تتمة للجزء الأول التمهيدي من درس: دراسة الترانزستور كمكبر للإشارة الضعيفة، يأتي الجزء الثاني الذي سندرس فيه بإذن الله الدارة بدون حمولة Rch.
كمرحلة أولى:
نحذف المكثف C2 لتصبح الدارة كالتالي:
لدراسة الدارة في النظام الساكن نقوم بتعويض المكثف C1 وكذا مولد التوتر المتردد Vs بقاطع تيار مفتوح. فنحصل على دارة مثل الدارة التي درسناها في حلقة سابقة، حيث قمنا فيها بتقديم بعض طرق انحيازها. إذن لا داعي لتكرار ذلك.
لدراسة الدارة في النظام المتحرك نقوم بتعويض كل من المكثف C1 ومولد التوتر المستمر VCC بقاطع تيار مغلق. لتصبح الدارة على الشكل الموضح على يمين الشاشة.
نأتي الآن إلى مرحلة مهمة جدا، ألا وهي تبسيط الدارة لتسهيل دراستها. سنبدأ من الترانزستور، وحيث توجد عدة نماذج مكافئة له في النظام المتحرك، اخترت لكم هذا النموذج المبسط. حيث البنية الداخلية له يمكن تعويضها بمولد للتيار المتحكم فيه عند المجمع. حيث التيار Ib هو الذي يتحكم في التيار Ic وفق العلاقة التالية:
إلى جانب ذلك نجد مقاومة r’e تسمى المقاومة الداخلية للترانزستور عند الباعث La résistance dynamique de la jonction base émetteur
وتحسب عند درجة حرارة الغرفة بالعلاقة التالية:
حيث هاته المقاومة ترتبط قيمتها مع درجة الحرارة إلى جانب التيار المستمر IE عند الباعث الذي يمثل تيار الانحياز.
بعدما تعرفنا على النموذج المبسط الذي يسمى Le model T، والذي يمكن تعويض الترانزستور به في الدارات الكهربائية، يبقى لنا تبسيط الدارة.
نبدأ من الباعث، نلاحظ أن أحد أطراف المقاومة RE موصول بالباعث E أما الطرف الآخر فموصول بالهيكل إذن بالمثل نضع المقاومة RE في النموذج المبسط حيث أحد أطرافها يتم توصيله بالباعث E أما الطرف الآخر فنربطه مع الهيكل(الدارة على اليمين)
نلاحظ كذلك أن المقاومة RC موصولة بالمجمع من أحد أطرافها وبالهيكل من الطرف الآخر. بالمثل نضع المقاومة RC في النموذج المبسط (الدارة على اليمين)
كما نلاحظ أن المقاومتين R1 و R2 موصولتين بالنقطة B من أحد طرفيهما، أما الطرفان الآخران فهما موصولان بالهيكل. في هاته الحالة نرى أن هاتين المقاومتين مركبتين على التوازي، إذن بالمثل نركبهما في النموذج المبسط. لتصبح الدارة على الشكل على يمين الصورة التالية:
بما أن المقاومتين R1 و R2 مركبتين على التوازي، فيمكن تبسيط الدارة أيضا بتعويضهما بمقاومة مكافئة لهما Req
حيث
فنكتب
التي تقرأ Req تساوي R1 على التوازي مع R2 إذ يكفي كتابة R1//R2 قرب المقاومة المكافئة في الدارة:
بعدما قمنا بتبسيط الدارة إلى مقاومات ومولد للتوتر المتردد ومولد للتيار، يصبح من السهل جدا دراستها. حيث ينبغي حساب كل من ممانعة الدخول الكلية ZinT و ممانعة الخروج Zout. كما يجب حساب كل من كسب الجهد Av وكسب التيار Ai وكسب القدرة Ap.
1- حساب ممانعة الدخول ZB للترانزستور عند القاعدة B.
ممانعة الدخول للترانزستور هي المقاومة المرئية بين القاعدة B والهيكل من طرف دارة الدخول. هاته الأخيرة (دارة الدخول) لا ترى لا ترانزستور ولا مقاومة RC ولا شيء. ترى سوى ممانعة ZB مركبة على التوازي مع R1//R2
وتحسب الممانعة ZB بكل بساطة انطلاقا من قانون أوم التالي:
حيث
- Vb هو التوتر بين القاعدة B والهيكل
- Ib هو التيار الداخل إلى القاعدة B.
حسب قانون إضافية التوترات لدينا:
إذن
نفترض أن
إذن
نقوم باختزال Ib
إذن
2-حساب ممانعة الدخول للدارة ZinT
ZinT هي المقاومة المرئية عند مدخل الدارة، أي المقاومة التي يراها مصدر التوتر المتردد eg. لتسهيل عملية حسابها نعوض في الدارة بما تراه دارة الدخول، حيث ترى ممانعة ZB مركبة كما هو موضح على يسار الصورة أسفله حيث ZB هي ممانعة الدخول للترانزستور عند القاعدة B.
وبالتالي فإن ممانعة الدخول الدارة الكلية ZinT هي المقاومة المكافئة للمقاومات المركبة على التوازي: R1 و R2 و ZB.
3- حساب ممانعة الخروج Zout
ممانعة الخروج لدارة الباعث المشترك هي المقاومة المرئية من خارج الترانزستور عند المجمع C. وهي تساوي المقاومة RC
4- حساب كسب التوتر Le gain en tension
كسب التوتر هو مقدار تكبير الترانزستور للإشارة الداخلة. أي مدى قدرة الترانزستور في تضخيم الإشارة الداخلة ويرمز له بـ Av ويحسب انطلاقا من العلاقة التالية:
ما يعني توتر الخروج مقسوم على توتر الدخول.
بما أننا نتعامل مع دارة الباعث المشترك فإن توتر الخروج Vout هو التوتر Vc بين المجمع C وهيكل الدارة. أما توتر الدخول Vin فهو التوتر Vb الذي يمثل التوتر الداخل إلى الترانزستور بين النقطة B والهيكل. وبالتالي فإن:
انطلاقا من الدارة وحسب قانون أوم لدينا
يتخذ التيار إشارة سالبة لأن منحاه يوافق منحى التوتر Vc. كما نعلم أن المقاومة عنصر غير نشيط حيث التيار الداخل إليها يكون منحاه عكس منحى التوتر المطبق عليه.
من جهة أخرى وبتطبيق قانون إضافية التوترات مع قانون أوم نحصل على أن:
أي
نقوم باختزال Ic مع Ie من العادلة لأنه افترضنا سابقا أنهما متساويين
بالتالي فإن
وجود الإشارة السالبة يعني أن موجة الخروج تكون على تعاكس في الطور بالنسبة لإشارة الدخول. يمكن القول بأن الترانزستور في دارة الباعث المشترك هو مضخم عاكس.
كما قلنا فكسب التوتر Av هو مقدار تكبير الترانزستور للإشارة الداخلة إلى القاعدة B. وبعبارة أوضح هي الإشارة التي تصل إلى القاعدة.
لكن نود أن نعرف كسب التوتر الكلي للدارة، بمعنى مقدار تكبير الدارة لإشارة المولد Vs. نرمز إلى كسب التوتر الكلي بـ A’v ويحسب انطلاقا من العلاقة التالية:
- Vs هو توتر الخروج
- Vs هو الإشارة التي يمنحها المولد eg
نرجع إلى الدارة التي ستوضح لنا أكثر ما يحدث لإشارة الدخول Vs. هاته الدارة تبين لنا كذلك وكما قلنا سلفا، أن مصدر التوتر eg لا يرى ترانزستور ولا مكثفات ولا مقاومات، بل يرى ممانعة ZinT مركبة على التوازي معه، والتي قمنا بحسابها مسبقا، وهي تمثل ممانعة الدخول الكلية للدارة.
إذا كانت المقاومة الداخلية Rs للمصدر eg منعدمة فإن توتر المصدر Vs يساوي توتر الدخول Vb
في هاته الحالة القاعدة B سوف تستقبل التوتر Vs كاملا. وبالتالي كسب الترانزستور Av هو نفسه كسب التوتر الكلي للدارة A’v بمعنى
لكن إذا كانت المقاومة الداخلية Rs للمصدر eg غير منعدمة. فإن توترا سيظهر على طرفيها. هذا التوتر سيخصم من التوتر Vs الذي سيضعف من قوة التوتر Vb. وهذا سيشكل فرقا
لنوضح ذلك بإعادة رسم الدارة لتصبح على هذا الشكل:
هاته الدارة (أعلاه) مألوفة لدينا حيث أنها تمثل دارة مجزئ الجهد بدون حمولة. إذن توتر الخروج هو:
انطلاقا من هاته العلاقة نلاحظ أن المقام أكبر من البسط. إذن هذا المعامل سيكون حتما أصغر من 1 بالتالي سيحصل بالتأكيد تضعيف لقوة الإشارة Vs. حيث القاعدة B لن تستقبل إشارة كاملة Vs من المصدر eg، هذا التضعيف في قوة الإشارة يسمى: Atténuation du signal وهذا غير مرغوب فيه خصوصا إذا كانت الإشارة Vs ضعيفة أصلا.
للتغلب على هذا Atténuation يجب أن تكون المقاومة Rs أصغر بكثير من الممانعة ZinT. في هاته الحالة يمكن إهمال المقاومة Rs أمام الممانعة ZinT. وبالتالي سيكون
أي
بصفة عامة لدينا كسب التوتر الكلي
أي
نعلم أن
إذن
حيث كلما كان المعامل Vb/Vs قريب من 1، لاستطاع الترانزستور تضخيم إشارة الدخول بشكل جيد والعكس بالعكس. لذا يجب أن نختار عند تصميم الدارة بأن تكون ممانعة الدخول الكلية ZinT اكبر بكثير من المقاومة الداخلية Rs للمصدر eg.
يتبع
رابط الموضوع على اليوتوب
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق