الدرس 39: دراسة الترانزستور كمكبر للإشارة الضعيفة --- الجزء الثالث

دراسة الترانزستور كمكبر للإشارة الضعيفة

الجزء الثالث

بسم الله الرحمان الرحيم

وصلى الله وسلم على مولانا رسول الله وعلى آله وصحبه أجمعين

دراسة الترانزستور كمكبر للإشارة الضعيفة

الجزء الثالث

تتمة للجزأين الأول والثاني من حلقة دراسة الترانزستور كمكبر للإشارة الضعيفة، يأتي الجزء الثالث الذي سيكون في مطلعه دراسة الدارة مع الحمولة Rch.

ب-دراسة الدارة مع الحمولة Rch

للمعلومة قد تمثل الحمولة Rch ممانعة الدخول للدارة التي تأتي بعد. وسنرى مدى تأثيرها على الدارة.

قمنا بوضع مكثف C3 بين المجمع C والحمولة Rch الذي يسمى بـ Condensateur de couplage وله نفس وظيفة المكثف C1. ويحسب انطلاقا من علاقة حساب المكثف C1. إلا أنه في هاته الحالة ستكون المفاعلة السعوية للمكثف C3 هي

وسعة المكثف تحسب بالعلاقة التالية

هاته السعة تمثل أدنى قيمة يمكن أن تتخذها سعة المكثف C3. طبعا يمكن أن نضع أكبر من هاته السعة، لكن على العموم تكلفة المكثف وحجمه سيحددان لنا سقفا لا يمكن تجاوزه.

- لدراسة الدارة في النظام الساكن، نقوم بتعويض كالعادة المكثف C1 و C3 ومصدر الإشارة بقاطع تيار مفتوح. فنحصل على دارة قمنا بدراسة انحيازها من قبل. وهذا شيء إيجابي حيث وجود الحمولة أو عدم وجودها لن يؤثر بتاتا على انحياز الدارة.

- لدراسة الدارة في النظام المتحرك، نقوم بتعويض المكثفين C1 و C3 ومصدر التوتر المستمر Vcc بقاطع تيار مغلق. وبعد تبسيط الدارة مع تعويض الترانزستور بنموذج مكافئ له كما فعلنا ذلك في الحلقة السابقة، نحصل على الدارة على يمين الصورة التالية:

الشيء الجديد هنا هو أن المقاومتين Rch و RC موصولتان من أحد طرفيهما بالمجمع C. أما الطرفان الآخران فهما موصولان بالهيكل. نستنتج إذن أن المقاومتين Rch و RC مركبتان على التوازي، إذ يمكن تعويضهما في الدارة لتسهيل الشرح بمقاومة مكافئة لهما Rc. حيث

نلاحظ أن دارة الدخول تبقى بدون أي تغيير يذكر. وبالتالي ستبقى العلاقات السابقة صالحة لحساب الممانعتين ZB و ZinT. أما ممانعة الخروج Zout فستبقى هي كذلك RC

لأنه في هاته الحالة وعندما نريد حساب ممانعة الخروج لأي دارة نقوم بفصل الحمولة عنها

الشيء الوحيد الذي سيتأثر بوجود الحمولة هو الكسب في التوتر الذي كان يساوي بدون حمولة:

لكن مع وجود الحمولة نقوم بتعويض المقاومة RC بالمقاومة Rc المكافئة ليصبح

حيث

نعلم أنه عندما يكون لدينا مقاومات مركبة على التوازي فإن المقاومة المكافئة لهن تكون أصغر من أصغر مقاومة. في حالتنا هاته لدينا Rc هي المقاومة المكافئة للمقاومتين RC و Rch المركبتين على التوازي. نفترض أن

إذن المقاومة المكافئة Rc ستكون أصغر من RC

وبالتالي سنسجل انخفاضا في كسب التوتر Av وكذا كسب التوتر الكليA’v. والسبب في ذلك هو انخفاض قيمة البسط في معادلة كسب التوتر.

لكن إذا كانت الحمولة Rch أكبر بكثير من المقاومة RC

فإن المقاومة المكافئة Rc ستكون أصغر بقليل من RC. في هاته الحالة سيكون

وبالتالي فإن إضافة المقاومة Rch إلى الدارة لن يؤثر كثيرا على الكسب في التوتر Av. وهاته نقطة تعتبر جد مهمة، حيث يجب أن تكون الحمولة Rch أو ممانعة الدخول الكلية للدارة التي تأتي وراء هاته الدارة، يجب أن تكون كبيرة جدا مقارنة مع ممانعة الخروج Zout لهاته الدارة والتي تساوي RC. إذا تحقق هذا الشرط فوجود الحمولة لن يؤثر على كسب التوتر Av لهاته الدارة.

ج- دراسة الدارة مع المكثف C2

في كثير من الأحيان يضع المصمم مكثفا يتم تركيبه على التوازي مع المقاومة RE. هذا المكثف يسمى Condensateur de découplage وتحسب سعته بحيث تكون مفاعلته Xc2 أصغر بكثير من المقاومة RE. كمثال نختار

بمعنى أننا نختار المفاعلة Xc2 لكي تكون أصغر 10 أضعاف من من المقاومة RE. و بالتالي فإن سعة المكثف تحسب انطلاقا من العلاقة التالية:

حيث هاته السعة تعتبر أصغر قيمة يمكن أن نعطيها للمكثف C2 و f هو نفس التردد الذي قمنا من خلاله بحساب المكثفين C1 و C3.

بما أن المكثف لا يسمح بمرور التيار المستمر، فإن وجود المكثف C2 لن يؤثر على انحياز الدارة، إذ لن يتفرع تيار الباعث IE عند النقطة E. ويتم كذلك تعويضه بقاطع تيار مفتوح في النظام الساكن.

في النظام المتحرك، لا يرى التوتر المتردد المكثف C2، بل يرى مفاعلة سعوية Xc2 تم حساب قيمتها بحيث تكون أصغر بكثير من المقاومة RE. وبالتالي سيفضل التيار Ie المرور عبر المفاعلة السعوية Xc2 بدلا من المقاومة RE. لأن التيار على العموم يسلك الطرق التي تشكل أقل مقاومة له.

في النظام المتحرك نقوم بتعويض المكثفين C1 و C2 وكذا مولد التوتر المستمر بقاطع تيار مغلق. وبعد تبسيط الدارة كما قمنا بذلك في الجزء السابق نحصل على الدارة على الشكل الموضح على يمين الصورة التالية:

بما أن المكثف يتصرف كقاطع تيار مغلق في هذا النظام، فإنه بذلك قمنا بوضع دارة قصر على المقاومة RE. وبالتالي هاته الأخيرة ستختفي من الدارة كما ستختفي من كل العلاقات الرياضية.

إلغاء المقاومة RE له إيجابيات كما له سلبيات.

من إيجابيات إلغاء المقاومة RE أنه سيزيد من كسب التوتر Av حيث تصبح علاقة حسابه بدون حمولة كالتالي:

لكن مع وجود الحمولة Rch يحسب كسب التوتر من العلاقة التالية:

حيث

في كلتا الحالتين، اختفاء المقاومة RE من الدارة يعني اختفاءها من المقام يعني الزيادة من قيمة كسب التوتر Av. ما يعني زيادة قدرة الترانزستور على تكبير الإشارة.

أما من سلبيات إلغاء المقاومة RE هو كون ممانعة القاعدة ZB ستنقص بشكل كبير مما يؤدي إلى نقص في ممانعة الدخول الكلية ZinT التي تمثل المقاومة المكافئة للمقاومات R1 و R2 و ZB المركبة على التوازي.

حيث ZB أصبحت تحسب انطلاقا من العلاقة التالية:

بعدما كانت تحسب بوجود المقاومة RE انطلاقا من العلاقة

كما هو معروف أن المقاومة المكافئة لجميع المقاومات المركبة على التوازي تكون قيمتها أصغر من أصغر مقاومة، وبما أن الممانعة ZB نقصت فإن الممانعة الكلية ZinT سوف تنقص في القيمة. وهذا مناقض لما قلناه سلفا، حيث يجب أن تكون ممانعة الدخول الكلية ZinT أكبر بكثير من المقاومة الداخلية Rs للمصدر eg لكي لا يكون هناك تضعيف كبير في قوة إشارة الدخول Vs.

من جهة أخرى فالمقاومة r’e على علاقة مباشرة مع درجة الحرارة، حيث تتغير قيمتها بتغير درجة الحرارة. وبالتالي سيشهد كسب التوتر Av بدون مقاومة RE وبدون حمولة، تغيرات في قيمته لأن

وهذا ما لا يرغب فيه أي مصمم. حيث يفضل أن يجعل جميع العناصر الالكترونية غير مرتبطة بدرجة الحرارة، بطبيعة الحال ما أمكن له ذلك.

مع وجود المقاومة RE ستجعل كسب التوتر Av يرتبط بشكل طفيف مع المقاومة r’e، خصوصا إذا كانت المقاومة RE أكبر بكثير من المقاومة r’e، حيث يمكن إهمال هاته الأخيرة من العلاقة لتصبح على الشكل التالي:

نستنتج من هذا كله أن تركيب المكثف C2 يعد أمرا جيدا وعدم تركيبه يعد أيضا أمرا جيدا. إذا ما الحل هنا؟

الأمر الجيد أنه توجد طريقة توافق بين الوضعين، ألا وهي تقسيم المقاومة RE إلى مقاومتين ثم يتم تركيب المكثف C2 مع المقاومة التي يكون أحد طرفيها مرتبط بالهيكل كما هو موضح في الدارة أسفله، حيث ثم تركيب المكثف C2 على التوازي مع المقاومة RE2.