سلوك الترانزستور PNP في دارة كهربائية
Comportement du transistor PNP dans un circuit électrique
باسم الله الرحمان الرحيم
وصلى الله وسلم على مولانا رسول الله وعلى آله وصحبه أجمعين
سلوك الترانزستور PNP في دارة كهربائية
Comportement du transistor PNP dans un circuit électrique
في الموضوع: مدخل إلى الترانزستور ذي الوصلتين، الذي عرض في وقت سابق قلنا أن للترانزستورين NPN و PNP نفس السلوك في الدارات الكهربائية. لكن وجه الاختلاف بينهما هو أن PNP هو مقابل NPN حيث تيارات PNP تتخذ إشارة سالبة، عكس تيارات NPN. لأن منحى التيار في NPN يكون من القاعدة B ومن المجمع C نحو الباعث E. لكن في الترانزستور PNP يكون منحى التيار من الباعث E ليتفرع نحو المجمع C ونحو القاعدة B. وفي كلتا الحالتين لدينا :
توجد طريقة سهلة تساعد على حفظ كيفية توصيل الترانزستورين NPN و PNP بمصدر التغذية، حيث في جميع الحالات استقطاب المجمع C يماثل استقطاب القاعدة B. لنوضح ذلك.
إذا كانت القاعدة B من نوع P فإنه يتم توصيلها بالقطب الموجب لمصدر التغذية. نفس الشيء بالنسبة للمجمع يتبع استقطاب القاعدة B بربطه بالقطب الموجب للتغذية. وهذا يخص الترانزستور NPN. و إذا كان الأمر يتعلق بالترانزستور PNP فإن القاعدة B يتم توصيلها بالقطب السالب لمصدر التغذية. نفس الشأن بالنسبة للمجمع C. أما الباعث لكلتا الترانزستورين، فيتم توصيله بالقطب السالب لمصدر التغذية إدا كان من نوع N أو يتم توصيله بالقطب الموجب لمصدر التغذية إذا كان من نوع P. لا تنسى أنه لا يجب ربط مصدر التغذية مباشرة مع أطراف الترانزستور دون مقاومات لحمايته، وإلا سيتلف مباشرة.
ماذا يعني أن الترانزستور PNP هو مقابل الترانزستور NPN؟ يعني ذلك أننا نعكس فقط قطبية المولدين عند التعامل مع الترانزستور PNP كما في الدارة التالية:
في هاته الحالة(الدارة أعاله) نلاحظ أنه تم فعلا ربط المجمع C للترانزستور PNP بالقطب السالب للمولد Vcc عبر المقاومة Rc. نفس الشيء بالنسبة للقاعدة B حيث تم ربطها بالقطب السالب للمولد Vbb عبر المقاومة Rb. أما الباعث E فتم ربطه بالقطبين الموجبين للمولدين.
ألفنا دراسة الدارات الكهربائية بجعل أسفلها يدل على الهيكل حيث جميع التيارات تدخل إليه، ويعتبر كمرجع (الهيكل) إذ نفترض دائما أن جهده يكون منعدما.
نلاحظ أنه في دارة PNP (الدارة أعلاه) أن التيار IE يخرج من الهيكل. ودراسة الدارة بهذا الشكل سيربكك كثيرا كونك مبتدأ. لذا سنحاول ترتيب الدارة قليلا لتصبح على الشكل التالي:
هاته الطريقة في تمثيل الدارة ستسهل علينا تحليلها. حيث التيار Ic سيخرج من المجمع C ليسري نحو الهيكل عبر المقاومة Rc.
قلنا سابقا أن الترانزستور يمكن تمثيله بصمامين ثنائيين. وبالنسبة للترانزستور PNP فإن استقطاب الصمامين يكون على الشكل التالي:
فالصمام الثنائي الذي يربط المجمع C بالقاعدة B يختلف سلوكه كثيرا عن سلوك صمام ثنائي عادي. لذا يبقى دون فائدة هنا. لكن الترانزستور الذي يربط الباعث E بالقاعدة B فهو مفتاح الترانزستور، حيث لن يشتغل الترانزستور إذا كان هذا الصمام عازلا، حيث إشغال الترانزستور رهين بجعل هذا الصمام الثنائي مارا. لكن كيف ذلك؟
في هاته المرحلة يجب التركيز لأنه كنا نقع في أخطاء بالجملة.
نعلم أنه ليصبح صمام ثنائي عادي موصلا، يجب أن يكون التوتر UAK بين مربطيه اكبر أو يساوي US. حيث US هي عتبة توتر صمام ثنائي من السيلسيوم.
في الدارة اسفله، الشرط ليصبح الصمام الثنائي مارا هو أن يكون
أي
إذن
أو
يعني ذلك أنه في هاته الحالة يجب أن يكو الجهد في القاعدة B أصغر من الجهد في الباعث E بـ 0.7V حيث الجهد VB في القاعدة هو التوتر بين النقطة B وهيكل الدارة، أما الجهد VE فهو التوتر بين النقطة E والهيكل.
رغم أن التيار IB يخرج من القاعدة، يبقى هو المتحكم في التيار IC في النظام الخطي وفق العلاقة:
لشرح أوفر لسلوك الترانزستور PNP في دارة كهربائية نصمم الدارة البسيطة أسفله المكونة من:
- مولدين للتوتر المستمر VCC و VBB
- مقاومة RB لحماية القاعدة
- LED
- مقاومة RL لحماية LED
- أومبيرمتر لقياس التيار الخارج من القاعدة B
- فولطمترين: الأول لقياس التوتر UEB بين الوصلة E و B. والثاني لقياس مجموع التوترين للمقاومة RB ومصدر التغذية VBB.
كمرحلة أولى: نعطي للتوتر VBB القيمة 12V، بعد تشغيل الدارة نلاحظ عدم إضاءة الليد. وذلك راجع إلى الترانزستور المتوقف عن العمل. لأن الأومبيرمتر يشير إلى انعدام التيار IB. وبالتالي سينعدم بالمثل التيار IC.
لدينا:
حيث:
- VE هو التوتر بين النقطة E و الهيكل، في هاته الحالة لدينا
- VB هو التوتر بين النقطة B والهيكل، وبما أن التيار IB منعدم فإنه لن يظهر أي فرق جهد على المقاومة RB وبالتالي فإن
إذن
وهو نفس التوتر الذي يقيسه الفولطمتر في الدارة.
بما أن إشارة التوتر UEB سالبة فإن الصمام الثنائي الذي يربط الباعث E بالقاعدة B مستقطب في المنحى الحاجز إذ لن يمر أي تيار IB في القاعدة. وهذا تحليل توقف الترانزستور عن العمل.
المرحلة الثانية: نعطي للمولد VBB التوتر 8.6V
لدينا
إذن
وهذا ما يقيسه كذلك الفولطمتر
صورة الدارة
في هاته الحالة إشارة التوتر UEB موجبة ورغم ذلك فإنه لا يمر تيار IB في القاعدة وهذا ما يشير إليه الأومبيرمتر. لأن الصمام الثنائي في هاته الحالة مستقطب في المنحى الموصل لكن لم يتحقق بعد الشرط الذي من أجله سيصبح مارا. وبالتالي فإن الترانزستور لن يشتغل كذلك في هاته المرحلة والليد لن يضيء.
المرحلة الثالثة: نعطي للتوتر VBB القيمة 8V
نلاحظ في هاته الحالة خروج تيار من القاعدة ما يجعل الترانزستور يشتغل حيث يضيء الليد. والسبب في ذلك راجع إلى تحقق الشرط ليصبح الصمام الثنائي مارا، حيث يتطلب الأمر أن يكون فرق الجهد بين الباعث و القاعدة أكبر أو يساوي 0.7V
لدينا
و
إذن
حيث 0.7V هو التوتر في الوصلة EB وهذا ما يقيسه أيضا الفولطمتر. سنحصل على نفس النتائج إذا قمنا بإعطاء قيما أصغر من 8V للمولد VBB أو حتى إذا عوضنا المولد VBB بمصدر للتوتر المتغير.
انحياز الترانزستور PNP
Polarisation du transistor PNP
قلنا في حلقة سابقة أن انحياز القاعدة بواسطة مجزئ الجهد يعتبر الحل المثالي للحد من اعتمادية الترانزستور على المعامل Bêta الذي يتغير في القيمة جراء ارتفاع درجة حرارة الترانزستور. طريقة انحياز النوعين NPN و PNP تبقى متشابهة، لكن فيما يلي سنعود إلى الترانزستور NPN لنوضح طريقة تعامله مع مجزئ الجهد من زاوية أخرى، لأننا نجدها سهلة المنال.
في هذا المثال، يجب دراسة مجزئ الجهد مع الحمولة RB، بحيث RB هي مقاومة الدخول للترانزستور عند القاعدة B في النظام الساكن. وهي المقاومة التي يراها مجزئ الجهد والذي يعتبرها كحمولة كما في الدارة التالية:
وبالتالي يجب علينا إيجاد المقاومة RB.
تحسب المقاومة RB من العلاقة التالية:
حيث،
- RB هي مقاومة الدخول في النظام الساكن
- VB هو التوتر بين القاعدة والهيكل
- IB هو التيار الداخل إلى الترانزستور
لدينا حسب قانون إضافية التوترات
حيث،
- UBE هي عتبة التوتر لصمام ثنائي عادي
- VRE هو التوتر المطبق على المقاومة RE
لتسهيل الحساب يمكن إهمال التوتر UBE لأنه صغير القيمة
إذن
نعلم أن
إذن
نقوم باختزال IB لتصبح
وبالتالي فإن مجزئ الجهد لا يرى لا ترانزستور ولاشيء، يرى حمولة b*RB مركبة معه
عندما يريد المهندس تصميم هاته الدارة فإنه سيجعل من الحمولة أن تكون أكبر 10 أضعاف المقاومة R2 إذا تمكن له ذلك. فالحمولة في هاته الحالة لن تؤثر كثيرا على توتر الخروج لمجزئ الجهد. وبالتالي يمكن له ذلك استعمال جميع علاقات مجزئ الجهد بدون حمولة.
لكن في المدارس و المعاهد، قد لا تجد ذلك. حيث أثناء قيامك لإنجاز التمارين، يجب عليك أولا التحقق من هاته المتراجحة
إذا تحقق هذا الشرط، فإنه يتيح لك ذلك دراسة مجزئ الجهد بدون حمولة حيث توتر الخروج:
حيث Uout هو التوتر VB
إذا لم يتحقق هذا الشرط
فإنه يستلزم عليك الأمر التعامل مع مجزئ الجهد به حمولة حيث توتر الخروج يحسب من العلاقة التالية:
في موضوع سابق قمنا معا بتصميم الدارة أسفله لانحياز الترانزستور NPN. وتوصلنا إلى المعطيات المبينة في الدارة التالية:
نفترض أنه لدينا ترانزستور من نوع PNP له نفس خصائص ومميزات الترانزستور NPN المستعمل في الدارة أعلاه. إذن من السهل استعماله في الدارة بدلا من الترانزستور NPN، ودون المساس بوضعية المصدر VCC أو حتى بقيم المقاومات، إذ يكفي قلب الدارة من أعلى إلى أسفل، لتصبح المقاومتين RE و R2 في الأعلى والمقاومتين RC و R1 في الأسفل. حيث المقاومة RE وضعت على الباعث E والمقاومة RC وضعت على المجمع C
للبحث عن الطريقة التي سنتعامل بها مع مجزئ الجهد، نقارن أيضا المقاومتين RE و R2 إذا كانت
مثل حالتنا هاته، فإننا سنستعمل علاقة مجزئ الجهد بدون حمولة لحساب التوتر VB. الذي يحسب من العلاقة التالية:
حيث VB هو التوتر بين النقطة B والهيكل.
أما إذا كان
فإن التوتر VB يحسب من العلاقة التالية
في درس سابق قمنا تصميم الدارة أعلاه على أساس أن يكون
في هاته الحالة فالتيار IB الذي يدخل إلى العقدة B لن يؤثر على مجزئ الجهد حيث
وبالتالي يمكن حساب التوتر VB من العلاقة التالية:
أي
وبعد الحساب نجد أن
لنحسب الجهد في النقطة E الذي يمثل التوتر بين النقطة E والهيكل.
لدينا
أي
إذن
لنحسب التوتر VRE بين طرفي المقاومة RE.
حسب قانون إضافية التوترات لدينا
أي
إذن
لنحسب التوتر VR2 بين طرفي المقاومة R2
لدينا حسب قانون إضافية التوترات
حيث
أي
إذن
انطلاقا من قانون أوم نجد أن
كما تلاحظ فكل الحسابات متشابهة مع دارة الترانزستور NPN. وهذا يدل على أن للترانزستورين NPN و PNP نفس السلوك في الدارات الكهربائية.
عند بغية استعمال الترانزستور PNP كمكبر للإشارة الضعيفة، فإن كل العلاقات الرياضية التي تخص تراكيب الترانزستور NPN تبقى صالحة له. يبقى التركيز فقط على منحى التيارات.
عند تركيب الباعث المشترك لـ PNP على سبيل المثال. نصمم الدارة أسفله، حيث توتر الخروج يؤخذ من المجمع C وتور الدخول يطبق على القاعدة B. كما يمكن وضع مكثف de découplage C3 مع المقاومة RE. أو تقسيم المقاومة RE إلى مقاومتين ووضع المكثف C3 مع المقاومة المرتبطة بمصدر التوتر VCC.
للتذكير فالترانزستورين NPN و PNP لهما نفس السلوك لكن الفرق بينهما هو أنه بالنسبة للترانزستور NPN يجب أن يكون الجهد في القاعدة B أكبر من جهد الباعث بـ 0.7V ليدخل تيار في القاعدة B. أما بخصوص الترانزستور PNP فيجب أن يكون الجهد في الباعث أكبر من الجهد في القاعدة بـ 0.7V ليخرج تيار من القاعدة B.
إلى هنا ينتهي هذا الموضوع
شكرا على حسن المطالعة
والسلام عليكم ورحمة الله.
رابط الموضوع على اليوتوب
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق