دخول
القسم الثاني
ثانيا:-
الترانزستور Transistor
الترانزستور هو أهم عنصر فى عالم الإلكترونيات . حيث يمكن إستخدامه كمكبر Amplifier للإشارة وأيضا يمكن إستخدامه كمفتاح Switch ( فهو بذلك يعتبر وحدة بناء الحاسب الأساسية).
ويوجد تصنيفان للترانزستر وهما :
1- Bipolar Junction Transistor
ويطلق عليه أختصارا BJT والكلمة معناها أن كلا من الإلكترونات والفجوات holes تستخدم كحاملات للتيار .
عندما تزيد درجة حرارة المادة عن الصفر المطلق (-273 سليزيوس) تكتسب إلكترونات المادة طاقة تجعلها تترك الذرات وتخلف مكانها ما يعرف بالفجوات Holes وينطلق كل إلكترون إلى فجوة أخرى تاركا مكانه فجوة
وهذا النوع أيضا يعتبر من العناصر الذى يتحكم فيها بواسطة تيار الدخل Current Controlled أى أن تيار الخرج يعتمد على تيار الدخل.
2- Unipolar Junction Transistor
ويطلق عليه أيضا FET إختصارا لـField Effect Transistor أى أن التيار المار خلاله يتحكم فيه بالجهد المسلط على البوابة gate (أحد أطراف الترانزستور من هذا النوع)
وفيه تكون الإلكترونات أو الفجوات (أحدهما) هى حاملة التيار.
أولا : Bipolar Junction Transistor :
هذا النوع له ثلاثة أطراف :
1- القاعدة Base
2- المجمع Collector
3- الباعث Emitter
وعندما يتركب هذا الترانزستور من طبقة من مادة من نوع P محاطة بطبقتين من النوع n (كما بالشكل التالى ) يطلق عليه أسم (ترانزستور NPN)
يمكن الحصول على مواد من نوعى n و p بإضافة شوائب إلى مواد أشباه الموصلات
* الشكل "--" يرمز للإلكترونات و الشكل "oo" يرمز للفجوات(1).
والطبقات الثلاثة الشبه موصلة تتصرف كموحدين متعاكسين (2)
أما الجزء (3) فيظهر فيه شكل الترانزستور من نوع BJT كما يظهر فى مخططات الدارات ويرمز السهم المتجه للخارج إلى كون هذا الترانزستور NPN ويشير إلى اتجاه التيار التقليدى فيه .
أما الشكل التالى فيوضح ترانزستور من نوع PNP حيث توضع طبقة من نوع n بين طبقتين من نوع p فى (1) ويمكن إعتبارها كترانستوران متصلان وجها لوجه (2) ويوضح السهم الداخل فى رمز الترانزستور مسار التيار التقليدى (3)
وتعتبر ترانزستورات السليكون (المادة الشبه موصلة بها هى السليكون) أفضل من مثيلاتها المصنوعة من الجيرمانيوم حيث يمكنها العمل فى درجات حرارة وجهود وترددات أعلى ومعدل تسريب التيار به أقل.
ترانزستور BJT كمكبر :
إذا أوصلنا بطارية بين القاعدة Base والباعث Emtter فى ترانزستور NPN سيمر تيار (يسمى تيار القاعدة) من البطارية إلى الباعث من خلال موحد القاعدة السفلى.
ولكن من خواص الموحد أنه لن يمرر التيار إلا إذا كان فرق الجهد عليه (بين القاعدة والباعث) كبر من جهد يسمى barrier voltage وهو فى حالة السليكون يساوى 0.7 فولت.
لذا يمكننا حساب التيار الذى سيمر فى مقاومة القاعدة بالحسابات التالية :
لاحظ أن مقاومة القاعدة فائدتها ترشيد التيار المار خلال الترانزستور لأنه لو كان كبيرا سيدمر الترانزستور.
والأن لنتخير دارة أخرى :
لن يمر التيار فى هذه الدارة لأنها تحتوى على موحدين متعاكسين (لن يتحقق جهد الـbarrier لكليهما فى نفس الوقت)
وإذا ضممنا الدارتين سويا كما بالشكل التالى :
حيث المجمع Collector أعلى جهدا من جهد القاعدة base فإن التيار سيمر رغما عن الدايود العلوى (دايود المجمع)
وينشأ فى هذه الدارات ثلاث تيارات هم : تيار القاعدة Ib وتيار الباعث IE وتيار المجمع Ic
وحسب نص قانون كيرشوف (مجموع التيارات الخارجة سيساوى مجموع التيارات الداخلة للترانزستور)
إذا IE=Ib+Ic
كما يرتبط تيار القاعدة بتيار المجمع بالعلاقة
Ic=B*Ib
حيث B هى معامل التكبير (الكسب) للترانزستور وتسمى أحيانا hfe وقيمتها فى حدود 100-300
التوصيلة التى تكلمنا عليها والمبينة فى الشكل السابق تسمى وصلة الباعث المشترك Common-Emitter حيث الباعث موصل بالأرضى لكلا البطاريتين.
و يجب أن يكون VBB>VBE حتى يمرر موحد الباعث التيار . ويتم التحكم فى تيار القاعدة بتغيير المقاومة RB .
وعندما يتغير تيار القاعدة يتغير بالتبعية تيار المجمع بالقانون Ic=B*Ib
________________________________________
وبإعادة رسم الدارة باستخدام بطارية واحدة فيها بدلا من بطارتى Vcc و VBB تصبح على الشكل التالى :
حيث تم تمثيل مسار تيار القاعدة بالأسهم الزرقاء ومسار تيار المجمع بالأسهم الحمراء.
هكذا ببساطة يعمل الترانزستور كمفتاح وربما سنتطرق إلى التفاصيل فى وقت لاحق.
________________________________________
ترانزستور BJT كمفتاح :
حالة 1
فى الدارة السابقة قمنا بفرض بعض القيم لحساب جهد الخرج (جهد المجمع) VC حيث
IB هو تيار القاعدة
IC هو تيار المجمع
IE هو تيار الباعث
RB هو مقاومة القاعدة
RL هو مقاومة الحمل
VS هو جهد بطارية الدخل
VC هو جهد المجمع
VL هو جهد الحمل
وتتم الحسابات بالشكل التالى :
ومن الحسابات السابقة نجد أنه عندما يكون هناك تيار كافى عند قاعدة الترانزستور يكون الخرج Vc مساويا ل 2.5 فولت.
حالة 2
أما إذا فتحنا المفتاح الموجود عند القاعدة فسيكون تيار القاعدة مساويا للصفر
وبإجراء نفس الحسابات سنجد أن جهد الخرج سيصبح مساويا لجهد المصدر Vs.
ولاستخدام هذه الدارة كمفتاح يجب أن نختار مقاومة الحمل RL التى تضمن لنا وجود صفر فولت (تقريبا) عندما يمر التيار فى القاعدة . أما عندما لا يمر تيار فى القاعدة (كما فى الحالة الثانية) فإن جهد الخرج سيصل إلى قيمته القصوى وهو Vs.
وبذلك تتحقق لنا حالتين مختلفتين للخرج فنحصل بهما على مفتاح يمكن فتحه وغلقه لملايين المرات فى الثانية الواحدة بواسطة التحكم فى تيار القاعدة.
________________________________________
كما يمكن إستخدام أكثر من ترانزستور فى دارة واحدة تعمل كمفتاح كما بالشكل التالى :
حالة 1
عندما يكون المفتاح الموجود على القاعدة فى الحالة 1 فإن التيار يسرى إلى قاعدة الترانزستور T1 خلال مقاومة القاعدة R1 ويجعل الترانزستور T1 فى حالة تشغيل ON وبذلك فإن التيار Ic1 يمر خلال الترانزستور إلى الأرضى ويصبح الخرج = صفر فولت.
وهذا الخرج مرتبط بقاعدة الترانزستور الثانى الذى لا يمر بقاعدته تيار ويصبح الترانزستور T2 فى حالة قطع OFF ويصبح الخرج حينها مساويا لجهد التغذية +V
بالمثل يمكنك إستنتاج حالة الخرج عندما يكون المفتاح فى الحالة 2
هل يمكنك إستنتاج ميزة استخدام ترانزستورين معا كمفتاح عن إستخدام ترانزستور واحد ؟
________________________________________
فى الفقرات السابقة ناقشنا الترنزستور NPN (السهم خارج) . أما بالنسبة للترانزستور PNP فهو أقل إستخداما وهو يعمل مثل الترانزستور NPN تماما ولكن توصل به بطارية التغذية فى وضع معكوس مما يجعل التيار يمر فى إتجاه معكوس (من الباعث للمجمع).
كلاكيت ثانى مره
الترانزيستور
الترانزيستورات ثنائية القطبية
كما ذكر سابقا فهناك تصنيف عام لأنواع الترانزيستورات : أحادية القطبية (أُونيبولار) و ثنائية القطبية (ديبولار) :
(bipolar , unipolar)
وبداية سيعالج النوع الأكثر استعمالا وهو ثنائي القطبية . وهو مكون من ثلاثة طبقات ، وثنائي القطبية من جانبه ينقسم أيضا إلى نوعين ( آن بي آن ، وبي آن بي :
(NPN , PNP)
وقد تم شرح تصميمة والتفاعلات به في الدرس الثامن في "العناصر النصف موصلة" و"الاجتياز إيجابي - سلبي" .
و يصنع في الغالب من مادة السليكون وقليلا منه يصنع من مادة الجرمانيوم . وله ثلاثة وصلات معدنية موصله بطبقاته وتسمى هذه الوصلات:
المجمع (Collector)
المشع (Emitter)
القاعدة (Base)
طريقة عمل الترانزيستور
وللتوضيح السهل لما يحدث داخل الترانزيستور :
للهويس درعين يعملا بتزامن واحد ، تسري المياه في مجرى المجمع في نفس وقت فتح مجرى القاعدة
تكمن أهمية الترانزيستور بأنه يعمل إما كمفتاح (صمام) يفتح ويغلق الدائرة الكهربائية ، أو إما كمبكر (مضخم) حيث يصل عامل تكبير التيار (h21e) في بعض أنواعه إلى ثلاثين ألف ضعف تيار القاعدة . وسنرى لاحقا ، كم تعدد وكثرة إمكانيات أتسغلال الترانزيستور .
تجربة : ترانزيستور كمفتاح
توصيل ترانزيستور NPN بمقاومة (100 آوم) وفانوس بمصدرين للجهد ، المصدر الأول (1,5 فولت) يتم توصيله بمجرى القاعدة - المشع (بالاتجاه أمامي أي وصلة موجب الجهد بوصلة المقاومة التي قبل القاعدة) ، ثم يتم توصيل مصدر الجهد الثاني (10 فولت) في دارة المجمع (وصلات السالب لمصدري الجهد توصل ببعض) ، ويتم توصيل الفانوس بين المجمع وبين مصدر الجهد الثاني .
انظر صورة الترانزستور كمفتاح
في هذه الحالة يضيء الفانوس . وإذا تغيرت قطبية الجهد الأول وهو في مجرى القاعدة - المشع (أي تبدلت وصلات الجهد الأول - الموجب بالسالب) فسيطفئ الفانوس . ولن يعمل ترانزيستور من نوع NPN بالاتجاه المعاكس .
ويعمل (أي يوصّل) ترانزيستورNPN إذا كانت قطبية القاعدة والمجمع إيجابية بالنسبة للمشع .
أما ترانزيستور PNP فهو يعمل إذا كانت قطبية القاعدة والمجمع سلبية بالنسبة للمشع .
التكبير
وأما عملية التكبير في الترانزيستور فهي تتم خلال توجيه تيار المجمع ، ولكي يوجه ترانزيستور ثنائي القطبية فمن الضروري أن يكون تيار كهربائي في القاعدة بالإضافة لجهد بين القاعدة والمشع (جهد الهويس) . ويوجه هذا الجهد سريان الشحنات من المشع إلى المجمع (باستثناء ضئيل جدا) .
أختبار "عامل تكبير التيار" في الترانزيستور
تجربة : الترانزيستور كمكبر
توصيل ترانزيستور بسيط من نوع :
(BCX 40أو BC 140 أو BC141)
بمصدر جهد مستمر ومتغير(أي مصدرين للجهد ، أنظر الشكل الترانزيستور كمكبر) ، وتم توصيل مقاومتان : واحدة بكيلو آوم والثانية معيّر مقاومة للقاعدة ، ومقياسان للأمبير : واحد في القاعدة ، والأمبير متر الثاني للمجمع ، كما يظهر في الشكل . وتتعيّر تجزئة الجهد بالمعيّر حتى تصل قيمة التيار إلى الصفر .
ثم يتم تعيير المقاومة المتغيرة حتى تصل قيمة تيار القاعدة 0,5 ميلي أمبير (أي نصف ميلي أمبير)
وعند قياس تيار المجمع في كلتى الحالتين فستجد أنه في الحالة الأولى لا يمر به تيار قط، حيث لا يمر التيار في المجمع دون التيار في القاعدة ، وفي الحالة الثانية ترتفع قيمة تيار المجمع بارتفاع قيمة التيار في القاعدة . وقد أدت قيمة 0,5 أمبير في القاعدة إلى ارتفاع قيمة تيار المجمع إلى 50 ميلي أمبير أي مائة ضعف .
اشكال الترانزستور
بعض اشكال الترانزستور في الصورة المرفقة
ملخص لما سبق:
وظيفة الترانزيستور : يستعمل الترانزيستور كعنصر كهربائي فعال وذلك كمكبر أو مفتاح وهناك نوعان منه :
الأول وهو أكثر أستعمالا - ترانزيستور ثنائي القطبية (bipolar) ، حيث يسري تيار الحمل خلال عدة مناطق به .
والنوع الثاني هو أحادي القطبية (unipolar) ، والذي يسري به التيار خلال منطقة واحدة فقط كترانزيستور FET مثلا ، أي ترانزيستور تأثير المجال . ويتأثر فيه مجالا كهربائيا عن طريق قناة نصف موصلة للتيار .
ويتكون ثنائي القطبية من ثلاثة طبقات تحد قريبا على بعضها البعض للمواد النصف ناقلة حيث إذا مر تيار في أحد هذه الطبقات فيأثر على الطبقة الأخرى .
وهناك ما يسمى بتقنية الترانزيستورات أو منطق لترانزيستور - ترانزيستور (TTL) التي تستعمل في "تقنية الرقميات" (DIGITAL) في الحاسب مثلا ، وهي تسلسل من الترانزيستورات تعمل كمفاتيح منطقية رقمية أو لتخزين المعلومات الرقمية .
دارلنتون - ترانزيستور
وهو ترانزيستور مزدوج .مضاعف . أو دارلنتون ، أو مكبر دارلنتون ، ترانزيستوران من موع نصف موصلة وثنائي القطبـية ، تكون طريقة التوصيل فيهم مجمعية ، أي دارة مجمع _ . وبدلا من دارلنتون يمكن ربط ترانزيستوران من موع نصف موصلة وثنائي القطبـية فتكون قاعدة الثاني مرتبطة بمشع الأول .
ملحوظه هامه جدا :
Transistors .. FET
يجب على الدارس أن يكون على علم بالأمور التالية :
• البنية الداخلية وآلية العمل structure & operation
• منحنيات الخواص لوصلتي القاعدة – باعث ، والقاعدة – مجمع .
• أنواع هذه الترانزستورات والرمز الهندسي .
• خطي الحمل الساكن والديناميكي DC/AC Load Line .
• دارات الانحياز Biasing Circuits .
• دارات التكبير : وسنقوم بالتركيز عليها بشكل أساسي .
لم أجد أجمل من التصنيف ذكره توماس فلويد في أحد كتبه لعائلة ترانزستورات FET ألا وهو .
وبالبلدى جدا
الترانزيستور مركب الالكتروني لديه 3 مخارج كهربائية تسمى القاعدة B (base), باعث C (collecteur), مستقبل E (émetteur).
صورة لترونزيستور BC 547 مكبرة 3 مرات
التمثيل الكهربائي لترونزيستور في التراكيب الالكترونية:
مبادئ التغشيل:
اذا قمنا بربط منبع التوتر بين المربطين C&E الترونزيستور لا يسمح بمرور التيار. (fig. 1).
اذا اردنا تمرير تيار بين المربطين C et E, علينا استعمال منبع توتر ومقاومة مناسبة.(fig. 2).
إذا كان هناك تيار IB بين B et E فــإن الترونزيستور يسمح بمرور تيار مقداره IC = ß . IB حيت ß تساوي تقريبا 100
التمثيل الالكتروني4،5و6 هو لرسوم 1،2و3 على التوالي :
وهذا من الانواع المهمه جدا فى الترانزستورات
استغفر الله العظيم واتوب اليه
الرجاء الانتباه جيدا لان هذا النوع من الترانزستورات يستخدم فى اغلب مكونات الكمبيوتر مثل الشاشات الطابعات الماذر بورد الخ فيجب فهمه للاهميه ويجب قراءته اكثر من مره
طبعا لاتنى ذكر الله وان تدعى بالدعاء الذى ذكرته فى المشاركه وهو دعاء الفهم والحفظ
MOSFET
Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
ترانزستور التأثير المجالى والمصنوع من أشباه الموصلات والأكسيد والمعدن
مقدمة :
تعتبر أشباه الموصلات النقية (مثل الجرمانيوم والسليكون) موادا ليست جيدة التوصيل للكهرباء كما أنها ليست رديئة التوصيل للكهرباء . وتتوزع الإلكترونات فى أشباه الموصلات حول أنويتها فى مدارات ولكن تتميز أشباه الموصلات النقية بوجود 4 إلكترونات فقط فى المدار الأخير مما يجعلها مستقرة . أى أنها لا تنقل الكهرباء إلا بعد أن يتم تحرير إلكترون من الأربعة عن طريق الحرارة أو عن طريق إضافة شوائب . كما أنها تتحول لعوازل عندما نجبرها على إستقبال إلكترونات أخرى فى مدارها الأخير (بإضافة شوائب ايضا).
البلورة السالبة N :
بإضافة شوائب من مادة يحتوى المدار الأخير للإلكترونات حول ذراتها على 5 إلكترونات مثل الفسفور أو الزرنيخ إلى المادة شبه الموصلة تتكون البلورة السالبة N وهى موصلة حيث يزيد فيها عدد الإلكترونات (السالبة) الحرة .
البلورة الموجبة P :
بإضافة شوائب من مادة يحتوى المدار الأخير للإلكترونات حول ذراتها على 3 إلكترونات مثل البورون والألومينيوم والجاليوم إلى المادة شبه الموصلة تتكون البلورة الموجبة P حيث ينقصها إكتساب إلكترونات للوصول لحالة الإتزان (يعنى وجود فجوات Holes).
الوصلة الثنائية :
عند توصيل بللورة من نوع P مع بلورة من نوع N كما بالشكل المرفق تنجذب بعض الألكترونات الحرة من البللورة N إلى الفجوات فى البلورة P وتتكون منطقة وسطية فارغة من حاملات التيار (بعد أن أنجذب كل ألكترون فى هذه المنطقة مع فجوة ولم يعد حرا) وتسمى هذه المنطقة بالمنطقة الميتة (أو المنزوحة) Depletion Area ونتيجة لهذه الظاهرة ووجود نوعين مختلفين من حاملات الشحنة على جانبى المنطقة المنزوحة يتكون جهد على هذه المنطقة يعرف بالجهد الحاجز Barrier Voltage .
والوصلة الثنائية هى فى الحقيقة الثنائى المعروف بالدايود .
الإنحياز الأمامى :
الشكل المرفق التالى يبين الإنحياز الأمامى للثنائى حيث يوصل الطرف الموجب للبطارية بالبلورة P والطرف السالب بالبللورة N وبهذه الطريقة نستطيع أن نقلل من الجهد الحاجز وندفع الإلكترونات للمرور عبر المنطقة المنزوحة لتغلق الدارة ويمر التيار فيها.
الإنحياز الخلفى (العكسى) :
الشكل المرفق التالى يبين الإنحياز العكسى للثنائى حيث يوصل الطرف الموجب للبطارية بالبلورة N والطرف السالب بالبللورة P وبهذه الطريقة نستطيع أن نزيد من الجهد الحاجز وندفع الإلكترونات للإنجذاب للطرف الموجب للبطارية والفجوات للإنجذاب للطرف السالب للبطارية مما يزيد من الجهد الحاجز والمنطقة المنزوحة ويوقف مرور التيار فى الدارة.
ترانزستور التأثير المجالى والمصنوع من أشباه الموصلات والأكسيد والمعدن :
كل هذه المقدمة كانت لوضع الأساس الذى سنستند عليه فى عمل الترانزستور المجالى MOSFET
>> وهو كما بالشكل التالى يتركب من :
1- طبقة سفلية Substrate وهى إما من النوع N (كما بيمين الشكل) أو من النوع P (كما بيسار الشكل)
2- منطقتين من بلورتين من نفس النوع (بعكس الطبقة السفلية N <==> P ) ويمثلان طرفين من أطراف الترانزستور وهما (المصرف Drain والمنبع Source).
3- طبقة من الأوكسيد (ثانى أكسيد السليكون SIO2) وهى مادة غير موصلة للتيار الكهربى (عازلة).
4- طبقة من المعدن وتمثل الطرف الثالث للترانزستور وهو البوابة Gate
>> ونجد أيضا من الشكل أن هذا الترانزستور له نوعان هما ال P-Cahnnel وال N-Channel بحسب أختيار نوع الطبقة السفلية والبلورتين الجانبيتين (المصرف والمنبع).
>> ومن النقاط الأربع السابقة نكون قد فهمنا الجزء MOS (شبه موصل - أكسيد- معدن) من أسم هذا الترانزستور .
ثانيا:-
الترانزستور Transistor
الترانزستور هو أهم عنصر فى عالم الإلكترونيات . حيث يمكن إستخدامه كمكبر Amplifier للإشارة وأيضا يمكن إستخدامه كمفتاح Switch ( فهو بذلك يعتبر وحدة بناء الحاسب الأساسية).
ويوجد تصنيفان للترانزستر وهما :
1- Bipolar Junction Transistor
ويطلق عليه أختصارا BJT والكلمة معناها أن كلا من الإلكترونات والفجوات holes تستخدم كحاملات للتيار .
عندما تزيد درجة حرارة المادة عن الصفر المطلق (-273 سليزيوس) تكتسب إلكترونات المادة طاقة تجعلها تترك الذرات وتخلف مكانها ما يعرف بالفجوات Holes وينطلق كل إلكترون إلى فجوة أخرى تاركا مكانه فجوة
وهذا النوع أيضا يعتبر من العناصر الذى يتحكم فيها بواسطة تيار الدخل Current Controlled أى أن تيار الخرج يعتمد على تيار الدخل.
2- Unipolar Junction Transistor
ويطلق عليه أيضا FET إختصارا لـField Effect Transistor أى أن التيار المار خلاله يتحكم فيه بالجهد المسلط على البوابة gate (أحد أطراف الترانزستور من هذا النوع)
وفيه تكون الإلكترونات أو الفجوات (أحدهما) هى حاملة التيار.
أولا : Bipolar Junction Transistor :
هذا النوع له ثلاثة أطراف :
1- القاعدة Base
2- المجمع Collector
3- الباعث Emitter
وعندما يتركب هذا الترانزستور من طبقة من مادة من نوع P محاطة بطبقتين من النوع n (كما بالشكل التالى ) يطلق عليه أسم (ترانزستور NPN)
يمكن الحصول على مواد من نوعى n و p بإضافة شوائب إلى مواد أشباه الموصلات
* الشكل "--" يرمز للإلكترونات و الشكل "oo" يرمز للفجوات(1).
والطبقات الثلاثة الشبه موصلة تتصرف كموحدين متعاكسين (2)
أما الجزء (3) فيظهر فيه شكل الترانزستور من نوع BJT كما يظهر فى مخططات الدارات ويرمز السهم المتجه للخارج إلى كون هذا الترانزستور NPN ويشير إلى اتجاه التيار التقليدى فيه .
أما الشكل التالى فيوضح ترانزستور من نوع PNP حيث توضع طبقة من نوع n بين طبقتين من نوع p فى (1) ويمكن إعتبارها كترانستوران متصلان وجها لوجه (2) ويوضح السهم الداخل فى رمز الترانزستور مسار التيار التقليدى (3)
وتعتبر ترانزستورات السليكون (المادة الشبه موصلة بها هى السليكون) أفضل من مثيلاتها المصنوعة من الجيرمانيوم حيث يمكنها العمل فى درجات حرارة وجهود وترددات أعلى ومعدل تسريب التيار به أقل.
ترانزستور BJT كمكبر :
إذا أوصلنا بطارية بين القاعدة Base والباعث Emtter فى ترانزستور NPN سيمر تيار (يسمى تيار القاعدة) من البطارية إلى الباعث من خلال موحد القاعدة السفلى.
ولكن من خواص الموحد أنه لن يمرر التيار إلا إذا كان فرق الجهد عليه (بين القاعدة والباعث) كبر من جهد يسمى barrier voltage وهو فى حالة السليكون يساوى 0.7 فولت.
لذا يمكننا حساب التيار الذى سيمر فى مقاومة القاعدة بالحسابات التالية :
لاحظ أن مقاومة القاعدة فائدتها ترشيد التيار المار خلال الترانزستور لأنه لو كان كبيرا سيدمر الترانزستور.
والأن لنتخير دارة أخرى :
لن يمر التيار فى هذه الدارة لأنها تحتوى على موحدين متعاكسين (لن يتحقق جهد الـbarrier لكليهما فى نفس الوقت)
وإذا ضممنا الدارتين سويا كما بالشكل التالى :
حيث المجمع Collector أعلى جهدا من جهد القاعدة base فإن التيار سيمر رغما عن الدايود العلوى (دايود المجمع)
وينشأ فى هذه الدارات ثلاث تيارات هم : تيار القاعدة Ib وتيار الباعث IE وتيار المجمع Ic
وحسب نص قانون كيرشوف (مجموع التيارات الخارجة سيساوى مجموع التيارات الداخلة للترانزستور)
إذا IE=Ib+Ic
كما يرتبط تيار القاعدة بتيار المجمع بالعلاقة
Ic=B*Ib
حيث B هى معامل التكبير (الكسب) للترانزستور وتسمى أحيانا hfe وقيمتها فى حدود 100-300
التوصيلة التى تكلمنا عليها والمبينة فى الشكل السابق تسمى وصلة الباعث المشترك Common-Emitter حيث الباعث موصل بالأرضى لكلا البطاريتين.
و يجب أن يكون VBB>VBE حتى يمرر موحد الباعث التيار . ويتم التحكم فى تيار القاعدة بتغيير المقاومة RB .
وعندما يتغير تيار القاعدة يتغير بالتبعية تيار المجمع بالقانون Ic=B*Ib
________________________________________
وبإعادة رسم الدارة باستخدام بطارية واحدة فيها بدلا من بطارتى Vcc و VBB تصبح على الشكل التالى :
حيث تم تمثيل مسار تيار القاعدة بالأسهم الزرقاء ومسار تيار المجمع بالأسهم الحمراء.
هكذا ببساطة يعمل الترانزستور كمفتاح وربما سنتطرق إلى التفاصيل فى وقت لاحق.
________________________________________
ترانزستور BJT كمفتاح :
حالة 1
فى الدارة السابقة قمنا بفرض بعض القيم لحساب جهد الخرج (جهد المجمع) VC حيث
IB هو تيار القاعدة
IC هو تيار المجمع
IE هو تيار الباعث
RB هو مقاومة القاعدة
RL هو مقاومة الحمل
VS هو جهد بطارية الدخل
VC هو جهد المجمع
VL هو جهد الحمل
وتتم الحسابات بالشكل التالى :
ومن الحسابات السابقة نجد أنه عندما يكون هناك تيار كافى عند قاعدة الترانزستور يكون الخرج Vc مساويا ل 2.5 فولت.
حالة 2
أما إذا فتحنا المفتاح الموجود عند القاعدة فسيكون تيار القاعدة مساويا للصفر
وبإجراء نفس الحسابات سنجد أن جهد الخرج سيصبح مساويا لجهد المصدر Vs.
ولاستخدام هذه الدارة كمفتاح يجب أن نختار مقاومة الحمل RL التى تضمن لنا وجود صفر فولت (تقريبا) عندما يمر التيار فى القاعدة . أما عندما لا يمر تيار فى القاعدة (كما فى الحالة الثانية) فإن جهد الخرج سيصل إلى قيمته القصوى وهو Vs.
وبذلك تتحقق لنا حالتين مختلفتين للخرج فنحصل بهما على مفتاح يمكن فتحه وغلقه لملايين المرات فى الثانية الواحدة بواسطة التحكم فى تيار القاعدة.
________________________________________
كما يمكن إستخدام أكثر من ترانزستور فى دارة واحدة تعمل كمفتاح كما بالشكل التالى :
حالة 1
عندما يكون المفتاح الموجود على القاعدة فى الحالة 1 فإن التيار يسرى إلى قاعدة الترانزستور T1 خلال مقاومة القاعدة R1 ويجعل الترانزستور T1 فى حالة تشغيل ON وبذلك فإن التيار Ic1 يمر خلال الترانزستور إلى الأرضى ويصبح الخرج = صفر فولت.
وهذا الخرج مرتبط بقاعدة الترانزستور الثانى الذى لا يمر بقاعدته تيار ويصبح الترانزستور T2 فى حالة قطع OFF ويصبح الخرج حينها مساويا لجهد التغذية +V
بالمثل يمكنك إستنتاج حالة الخرج عندما يكون المفتاح فى الحالة 2
هل يمكنك إستنتاج ميزة استخدام ترانزستورين معا كمفتاح عن إستخدام ترانزستور واحد ؟
________________________________________
فى الفقرات السابقة ناقشنا الترنزستور NPN (السهم خارج) . أما بالنسبة للترانزستور PNP فهو أقل إستخداما وهو يعمل مثل الترانزستور NPN تماما ولكن توصل به بطارية التغذية فى وضع معكوس مما يجعل التيار يمر فى إتجاه معكوس (من الباعث للمجمع).
كلاكيت ثانى مره
الترانزيستور
الترانزيستورات ثنائية القطبية
كما ذكر سابقا فهناك تصنيف عام لأنواع الترانزيستورات : أحادية القطبية (أُونيبولار) و ثنائية القطبية (ديبولار) :
(bipolar , unipolar)
وبداية سيعالج النوع الأكثر استعمالا وهو ثنائي القطبية . وهو مكون من ثلاثة طبقات ، وثنائي القطبية من جانبه ينقسم أيضا إلى نوعين ( آن بي آن ، وبي آن بي :
(NPN , PNP)
وقد تم شرح تصميمة والتفاعلات به في الدرس الثامن في "العناصر النصف موصلة" و"الاجتياز إيجابي - سلبي" .
و يصنع في الغالب من مادة السليكون وقليلا منه يصنع من مادة الجرمانيوم . وله ثلاثة وصلات معدنية موصله بطبقاته وتسمى هذه الوصلات:
المجمع (Collector)
المشع (Emitter)
القاعدة (Base)
طريقة عمل الترانزيستور
وللتوضيح السهل لما يحدث داخل الترانزيستور :
للهويس درعين يعملا بتزامن واحد ، تسري المياه في مجرى المجمع في نفس وقت فتح مجرى القاعدة
تكمن أهمية الترانزيستور بأنه يعمل إما كمفتاح (صمام) يفتح ويغلق الدائرة الكهربائية ، أو إما كمبكر (مضخم) حيث يصل عامل تكبير التيار (h21e) في بعض أنواعه إلى ثلاثين ألف ضعف تيار القاعدة . وسنرى لاحقا ، كم تعدد وكثرة إمكانيات أتسغلال الترانزيستور .
تجربة : ترانزيستور كمفتاح
توصيل ترانزيستور NPN بمقاومة (100 آوم) وفانوس بمصدرين للجهد ، المصدر الأول (1,5 فولت) يتم توصيله بمجرى القاعدة - المشع (بالاتجاه أمامي أي وصلة موجب الجهد بوصلة المقاومة التي قبل القاعدة) ، ثم يتم توصيل مصدر الجهد الثاني (10 فولت) في دارة المجمع (وصلات السالب لمصدري الجهد توصل ببعض) ، ويتم توصيل الفانوس بين المجمع وبين مصدر الجهد الثاني .
انظر صورة الترانزستور كمفتاح
في هذه الحالة يضيء الفانوس . وإذا تغيرت قطبية الجهد الأول وهو في مجرى القاعدة - المشع (أي تبدلت وصلات الجهد الأول - الموجب بالسالب) فسيطفئ الفانوس . ولن يعمل ترانزيستور من نوع NPN بالاتجاه المعاكس .
ويعمل (أي يوصّل) ترانزيستورNPN إذا كانت قطبية القاعدة والمجمع إيجابية بالنسبة للمشع .
أما ترانزيستور PNP فهو يعمل إذا كانت قطبية القاعدة والمجمع سلبية بالنسبة للمشع .
التكبير
وأما عملية التكبير في الترانزيستور فهي تتم خلال توجيه تيار المجمع ، ولكي يوجه ترانزيستور ثنائي القطبية فمن الضروري أن يكون تيار كهربائي في القاعدة بالإضافة لجهد بين القاعدة والمشع (جهد الهويس) . ويوجه هذا الجهد سريان الشحنات من المشع إلى المجمع (باستثناء ضئيل جدا) .
أختبار "عامل تكبير التيار" في الترانزيستور
تجربة : الترانزيستور كمكبر
توصيل ترانزيستور بسيط من نوع :
(BCX 40أو BC 140 أو BC141)
بمصدر جهد مستمر ومتغير(أي مصدرين للجهد ، أنظر الشكل الترانزيستور كمكبر) ، وتم توصيل مقاومتان : واحدة بكيلو آوم والثانية معيّر مقاومة للقاعدة ، ومقياسان للأمبير : واحد في القاعدة ، والأمبير متر الثاني للمجمع ، كما يظهر في الشكل . وتتعيّر تجزئة الجهد بالمعيّر حتى تصل قيمة التيار إلى الصفر .
ثم يتم تعيير المقاومة المتغيرة حتى تصل قيمة تيار القاعدة 0,5 ميلي أمبير (أي نصف ميلي أمبير)
وعند قياس تيار المجمع في كلتى الحالتين فستجد أنه في الحالة الأولى لا يمر به تيار قط، حيث لا يمر التيار في المجمع دون التيار في القاعدة ، وفي الحالة الثانية ترتفع قيمة تيار المجمع بارتفاع قيمة التيار في القاعدة . وقد أدت قيمة 0,5 أمبير في القاعدة إلى ارتفاع قيمة تيار المجمع إلى 50 ميلي أمبير أي مائة ضعف .
اشكال الترانزستور
بعض اشكال الترانزستور في الصورة المرفقة
ملخص لما سبق:
وظيفة الترانزيستور : يستعمل الترانزيستور كعنصر كهربائي فعال وذلك كمكبر أو مفتاح وهناك نوعان منه :
الأول وهو أكثر أستعمالا - ترانزيستور ثنائي القطبية (bipolar) ، حيث يسري تيار الحمل خلال عدة مناطق به .
والنوع الثاني هو أحادي القطبية (unipolar) ، والذي يسري به التيار خلال منطقة واحدة فقط كترانزيستور FET مثلا ، أي ترانزيستور تأثير المجال . ويتأثر فيه مجالا كهربائيا عن طريق قناة نصف موصلة للتيار .
ويتكون ثنائي القطبية من ثلاثة طبقات تحد قريبا على بعضها البعض للمواد النصف ناقلة حيث إذا مر تيار في أحد هذه الطبقات فيأثر على الطبقة الأخرى .
وهناك ما يسمى بتقنية الترانزيستورات أو منطق لترانزيستور - ترانزيستور (TTL) التي تستعمل في "تقنية الرقميات" (DIGITAL) في الحاسب مثلا ، وهي تسلسل من الترانزيستورات تعمل كمفاتيح منطقية رقمية أو لتخزين المعلومات الرقمية .
دارلنتون - ترانزيستور
وهو ترانزيستور مزدوج .مضاعف . أو دارلنتون ، أو مكبر دارلنتون ، ترانزيستوران من موع نصف موصلة وثنائي القطبـية ، تكون طريقة التوصيل فيهم مجمعية ، أي دارة مجمع _ . وبدلا من دارلنتون يمكن ربط ترانزيستوران من موع نصف موصلة وثنائي القطبـية فتكون قاعدة الثاني مرتبطة بمشع الأول .
ملحوظه هامه جدا :
Transistors .. FET
يجب على الدارس أن يكون على علم بالأمور التالية :
• البنية الداخلية وآلية العمل structure & operation
• منحنيات الخواص لوصلتي القاعدة – باعث ، والقاعدة – مجمع .
• أنواع هذه الترانزستورات والرمز الهندسي .
• خطي الحمل الساكن والديناميكي DC/AC Load Line .
• دارات الانحياز Biasing Circuits .
• دارات التكبير : وسنقوم بالتركيز عليها بشكل أساسي .
لم أجد أجمل من التصنيف ذكره توماس فلويد في أحد كتبه لعائلة ترانزستورات FET ألا وهو .
وبالبلدى جدا
الترانزيستور مركب الالكتروني لديه 3 مخارج كهربائية تسمى القاعدة B (base), باعث C (collecteur), مستقبل E (émetteur).
صورة لترونزيستور BC 547 مكبرة 3 مرات
التمثيل الكهربائي لترونزيستور في التراكيب الالكترونية:
مبادئ التغشيل:
اذا قمنا بربط منبع التوتر بين المربطين C&E الترونزيستور لا يسمح بمرور التيار. (fig. 1).
اذا اردنا تمرير تيار بين المربطين C et E, علينا استعمال منبع توتر ومقاومة مناسبة.(fig. 2).
إذا كان هناك تيار IB بين B et E فــإن الترونزيستور يسمح بمرور تيار مقداره IC = ß . IB حيت ß تساوي تقريبا 100
التمثيل الالكتروني4،5و6 هو لرسوم 1،2و3 على التوالي :
وهذا من الانواع المهمه جدا فى الترانزستورات
استغفر الله العظيم واتوب اليه
الرجاء الانتباه جيدا لان هذا النوع من الترانزستورات يستخدم فى اغلب مكونات الكمبيوتر مثل الشاشات الطابعات الماذر بورد الخ فيجب فهمه للاهميه ويجب قراءته اكثر من مره
طبعا لاتنى ذكر الله وان تدعى بالدعاء الذى ذكرته فى المشاركه وهو دعاء الفهم والحفظ
MOSFET
Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
ترانزستور التأثير المجالى والمصنوع من أشباه الموصلات والأكسيد والمعدن
مقدمة :
تعتبر أشباه الموصلات النقية (مثل الجرمانيوم والسليكون) موادا ليست جيدة التوصيل للكهرباء كما أنها ليست رديئة التوصيل للكهرباء . وتتوزع الإلكترونات فى أشباه الموصلات حول أنويتها فى مدارات ولكن تتميز أشباه الموصلات النقية بوجود 4 إلكترونات فقط فى المدار الأخير مما يجعلها مستقرة . أى أنها لا تنقل الكهرباء إلا بعد أن يتم تحرير إلكترون من الأربعة عن طريق الحرارة أو عن طريق إضافة شوائب . كما أنها تتحول لعوازل عندما نجبرها على إستقبال إلكترونات أخرى فى مدارها الأخير (بإضافة شوائب ايضا).
البلورة السالبة N :
بإضافة شوائب من مادة يحتوى المدار الأخير للإلكترونات حول ذراتها على 5 إلكترونات مثل الفسفور أو الزرنيخ إلى المادة شبه الموصلة تتكون البلورة السالبة N وهى موصلة حيث يزيد فيها عدد الإلكترونات (السالبة) الحرة .
البلورة الموجبة P :
بإضافة شوائب من مادة يحتوى المدار الأخير للإلكترونات حول ذراتها على 3 إلكترونات مثل البورون والألومينيوم والجاليوم إلى المادة شبه الموصلة تتكون البلورة الموجبة P حيث ينقصها إكتساب إلكترونات للوصول لحالة الإتزان (يعنى وجود فجوات Holes).
الوصلة الثنائية :
عند توصيل بللورة من نوع P مع بلورة من نوع N كما بالشكل المرفق تنجذب بعض الألكترونات الحرة من البللورة N إلى الفجوات فى البلورة P وتتكون منطقة وسطية فارغة من حاملات التيار (بعد أن أنجذب كل ألكترون فى هذه المنطقة مع فجوة ولم يعد حرا) وتسمى هذه المنطقة بالمنطقة الميتة (أو المنزوحة) Depletion Area ونتيجة لهذه الظاهرة ووجود نوعين مختلفين من حاملات الشحنة على جانبى المنطقة المنزوحة يتكون جهد على هذه المنطقة يعرف بالجهد الحاجز Barrier Voltage .
والوصلة الثنائية هى فى الحقيقة الثنائى المعروف بالدايود .
الإنحياز الأمامى :
الشكل المرفق التالى يبين الإنحياز الأمامى للثنائى حيث يوصل الطرف الموجب للبطارية بالبلورة P والطرف السالب بالبللورة N وبهذه الطريقة نستطيع أن نقلل من الجهد الحاجز وندفع الإلكترونات للمرور عبر المنطقة المنزوحة لتغلق الدارة ويمر التيار فيها.
الإنحياز الخلفى (العكسى) :
الشكل المرفق التالى يبين الإنحياز العكسى للثنائى حيث يوصل الطرف الموجب للبطارية بالبلورة N والطرف السالب بالبللورة P وبهذه الطريقة نستطيع أن نزيد من الجهد الحاجز وندفع الإلكترونات للإنجذاب للطرف الموجب للبطارية والفجوات للإنجذاب للطرف السالب للبطارية مما يزيد من الجهد الحاجز والمنطقة المنزوحة ويوقف مرور التيار فى الدارة.
ترانزستور التأثير المجالى والمصنوع من أشباه الموصلات والأكسيد والمعدن :
كل هذه المقدمة كانت لوضع الأساس الذى سنستند عليه فى عمل الترانزستور المجالى MOSFET
>> وهو كما بالشكل التالى يتركب من :
1- طبقة سفلية Substrate وهى إما من النوع N (كما بيمين الشكل) أو من النوع P (كما بيسار الشكل)
2- منطقتين من بلورتين من نفس النوع (بعكس الطبقة السفلية N <==> P ) ويمثلان طرفين من أطراف الترانزستور وهما (المصرف Drain والمنبع Source).
3- طبقة من الأوكسيد (ثانى أكسيد السليكون SIO2) وهى مادة غير موصلة للتيار الكهربى (عازلة).
4- طبقة من المعدن وتمثل الطرف الثالث للترانزستور وهو البوابة Gate
>> ونجد أيضا من الشكل أن هذا الترانزستور له نوعان هما ال P-Cahnnel وال N-Channel بحسب أختيار نوع الطبقة السفلية والبلورتين الجانبيتين (المصرف والمنبع).
>> ومن النقاط الأربع السابقة نكون قد فهمنا الجزء MOS (شبه موصل - أكسيد- معدن) من أسم هذا الترانزستور .
» أوبشن فايل (تحديث) لعبة WORLD SOCCER Winning Eleven 2008
» تحذيرات من مخاطر اجهزة MP3 وIPod على السمع
» نهاية الكون
» أبحاث علمية لبناء "مصعد" ينقل البشر إلى الفضاء الخارجي
» كواكب شبيهة بالأرض في «درب التبانة»
» اكتشاف "كوكب خارق" مشابه لكوكب الأرض
» الفرق بين معالجات intel : i3-i5-i7 والقادم i9
» الكاستم 4.1m33-2 لأفضل المنتديات والأعضاء كاملاً مع الكيرنل
» تنبيه إلى جميع أعضاء موقع ومنتدى إبداع للأبد
» [[ توازن الطاقات الأربع ]]
» لا تتبعن خطاها***
» يوم "تاريخي" للغة العربية في مجال الانترنت
» استفسار في التحميل
» الاتجاه والتجديدات الأخيرة ...
» نظام طبقات المنتدى
» نصائح لتنمية النفس ...
» القوانين الجديدة ... إطلع عليها قبل مشاركتك
» تهنئة على الطاير
» الموضوع الرسمي للمواضيع المميزة