دراسة الترانزستور كمكبر للإشارة الضعيفة

باسم الله الرحمان الرحيم

وصلى الله وسلم على مولانا رسول الله وعلى آله وصحبه أجمعين

دراسة الترانزستور كمكبر للإشارة الضعيفة

الجزء الرابع

تتمة للأجزاء الثلاثة من موضوع دراسة الترانزستور كمكبر للإشارة الضعيفة (1،2،3)، يأتي الجزء الرابع و الأخير الذي سنقدم فيه بإذن الله تطبيق نظري لما جاء في هاته الأجزاء.

تختلف الأشكال وتكثر معها التوصيات لتصميم دارة الباعث المشترك كمكبر بشكل احترافي. لكن لا يسعني هنا أن أدرس جميع الاحتمالات الممكنة. لكن سأقدم مثالا واحدا فقط.

في موضوع سابق، قمنا بعرض طريقتين لحساب انحياز دارة الباعث. وانطلاقا من أحديهما توصلنا إلى المعطيات المبينة في الدارة التالية:

سأقوم بتوظيف هاته الدارة لتضخيم موجة صغيرة. لذلك سأضيف إليها:

- مولد للتوتر المتردد eg مقاومته الداخلية Rs=100Ohm ويمنح إشارة قيمتها الفعالة Vs=10mV وترددها هو f=20Hz

- مكثفين C1 و C2 de liaisons نود حساب سعتيهما.

- مكثف C2 de découplage نود حساب سعته.

- حمولة Rch. انطلاقا مما سبق توصلنا إلى أن الحمولة Rch يجب أن تكون كبيرة جدا مقارنة مع المقاومة RC لكي لا تأثر سلبا

على كسب التوتر بشكل كبير. وكذلك لكي لا يحدث تضعيف لقوة الإشارة الخارجة (Atténuation de signal)، خصوصا إذا كانت الحمولة تمثل ممانعة الدخول لدارة تكبير أخرى. سأختار كمثال:

في هذا المثال الذي سندرسه سنقوم بتقسيم المقاومة RE إلى مقاومتين متساويتين RE1 و RE2، محبة دراستها مع وضع مكثف C2 على التوازي مع المقاومة RE2.

قبل أن أهم بتحليل هاته الدارة في النظام المتحرك سأبدأ بإذن الله بحساب كل من سعتي المكثفين C2 و C3. أما سعة المكثف C1 فسنؤخرها بعد حين. لأنها تتطلب أولا حساب ممانعة للدخول الكلية ZinT للدارة.

يمكن حساب سعة المكثف C3 من العلاقة التالية:

حيث

لدينا

أي

إذن

وبالتالي فإن

إذن

نحسب سعة المكثف C2 انطلاقا من العلاقة التالية:

حيث

إذن

في ما يلي سنقوم بتحليل الدارة في النظام المتحرك.

أولا: حساب المقاومة الداخلية للترانزستور r'e

تحسب هاته المقاومة انطلاقا من العلاقة التالية:

لدينا تيار الانحياز

أي

إذن

ثانيا: حساب ممانعة الدخول للترانزستور Zb

لدينا

حيث

إذن

ثالثا: حساب ممانعة الدخول الكلية للدارة ZinT

لدينا

حيث

إذن

رابعا: حساب المكثف C1

بعدما قمنا بحساب ممانعة الدخول الكلية ZinT فإنه يتيح لنا ذلك حساب سعة المكثف C1.

لدينا

حيث

- Rs هي المقاومة الداخلية لمولد التوتر المتردد التي تساوي 100Ohm

إذن

تحسب سعة المكثف C1 من العلاقة التالية

بعد الحساب نجد أن:

خامسا: حساب كسب التوتر Av للترانزستور.

لدينا

حيث

بعد الحساب نجد أن

سادسا: حساب كسب التوتر الكلي للدارة A'v

لدينا

حيث

إذن

وبالتالي فإن الدارة قادرة على تكبير إشارة الدخول تقريبا 16 ضعف. وبما أن القيمة الفعالة لموجة الدخول هي

فإن القيمة الفعالة لموجة الخروج هي:

أي

إذن

صورة45

وهذا يعتبر جيدا إذ تمكنت الدارة بتكبير إشارة الدخول من 10mV إلى 161mV عند الخروج.

هاته تعتبر حالة واحدة قمنا بتقديم طريق لكيفية حسابها. طبعا يمكن لك دراسة الاحتمالات الأخرى. ونحن ننصح بذلك. ليتبين لك مدى تأثير الحمولة وكذا المكثف C2 على كسب التوتر الكلي للدارة. كمثال يمكن إعادة دراسة الدارة بوضع المكثف على التوازي مع المقاومة RE (دون تقسيمها)، وكذلك دراسة الدارة بدون مكثف C2، وكذلك بوضع حمولة صغيرة و إعادة كل الحسابات ثم مقارنة جميع النتائج.

في الواقع أي نوع من المضخمات يمكن تمثيله بالرسم التخطيطي التالي:

يحتوي الرسم التخطيطي أعلاه على معلومات مهمة، كممانعة الدخول للمضخم والتي تمثل الحمولة بالنسبة لمصدر الإشارة الذي قد يكون مولد للتوتر المتردد أو دارة مضخم أخرى أو مصدر إشارة. بحيث مصدر الإشارة هذا لا يرى لا مضخما ولا شيء يرى فقط أمامه حمولة هي الممانعة Zin.

ويحتوي الرسم التخطيطي كذلك على ممانعة الخروج Zout للمضخم بدون حمولة. كما يحتوي على مصدر للتوتر المتردد قيمته هو Av*Vin

حيث:

- Vin هو التوتر (الإشارة)الداخل إلى المضخم

- Av هو كسب التوتر للمضخم بدون حمولة.

إذا كان هذا المضخم عبارة عن دارة تكبير بالباعث المشترك، مثل المثال الذي درسناه في هذا الموضوع، فإنه قد توصلنا إلى أن ممانعة الخروج بدون حمولة هي:

وممانعة الدخول الكلية للدارة

يبقى لنا حساب كسب التوتر Av بدون حمولة الذي يحسب من العلاقة التالية:

أي

إذن

وبالتالي حصلنا على جميع المعطيات التي يمكن إدراجها في الرسم التخطيطي الذي سيبدوا على الشكل التالي:

في المثال الذي درسناه في هاته الحلقة افترضنا أن الحمولة

وأن مصدر الإشارة هو عبارة عن مولد للتوتر المتردد eg، يمنح إشارة قيمتها الفعالة هي 10mV وبالتالي يمكن أن نضيف هذان العنصرين إلى الدارة على هذا النحو:

انطلاقا من الدارة أعلاه نلاحظ أن المقاومة Rs تشكل مجزئ الجهد مع الممانعة Zin نفس الشأن بالنسبة للمقاومة Rch مع الممانعة Zout

يؤثر مجزئ الجهد هذا المحدث سلبا على سلوك المضخم. وهذا غير مرغوب فيه. نحدد تأثير مجزئ الجهد هذا بواسطة المعامل الذي نسميه بـ Le gain d'interface ويتمثل في حساب توتر مجزئ الجهد المحدث.

لا نريد أن نتعمق في شرح ذلك لأنه ليس موضوع حلقتنا هاته. بل نريد أن نبين لكم مدى سهولة تحليل الدارة إذا اعتمدنا على هذا الرسم التخطيطي. خصوصا إذا كانت الدارة تتكون من عدة مضخمات.

لحساب توتر الخروج Vout والمفروض أن يكون مضخما مقارنة مع إشارة الدخول Vs، نقوم أولا بحساب التوتر Vin.

لدينا المقاومة Rs مع الممانعة Zin تشكلان مجزئا للجهد. إذن وانطلاقا من توتر مجزئ الجهد نحصل على العلاقة التالية: