كيف يضخم الترانسيستور
التضخيم هو أن تتحكم كميه قليله من التيار بتيار أكبر منها ......فتجعله يتغير حسب تغيراتها ..... فقط لا غير.......
جديد تركيبتنا أن المشع مشترك ......لكي يعمل الترانسيستور كمضخم للتيار يجب أن يمتلك جهد من التيار المباشر بالقيمه والقطبيه الملائمه ..... وهذا العمل يسمى تقطيب الترانسيستور ومن المهم فهمه بشكل واضح ....
فدائرتنا أعلاه يكتمل بها شرطين :
1- القاعده والمشع موصولان بقطبيه مباشره , (الترانسيستور من نوع NPN ) , بكلمات أخرى القاعده تمتلك 0.6 فولت إيجابي بالنسبه للمشع . وبما أن إتحاد القاعده والمشع هو PN ( دايود) , يجب أن يكون هناك 0.6 فولت لكي يسير التيار هذا إذا كان الترانسيستور من سيليسيو أما إذا كان مصنوع من الجرمانيوم ف0.2فولت
2-القاعده والمجمع موصولان بقطبيه عكسيه على جهد 6 فولت . فإجمالي الجهد بين القاعد والمجمع يساوي جهد المجمع ناقص جهد القاعده = 6-0.6=5.4فولت.
عندما يتوفر هذان الشرطان .....يبدأ الترانسيستور في العمل ويجري به تياران ..... تيار صغير يمر من المشع إلى القاعده يسمى تيار القاعده , وآخر من المشع إلى المجمع يسمى تيار المجمع ........
في درس الإرسال اللاسلكي هناك شرح مفصل لما يفعله المايكروفون ..... ملخص يحول الصوت إلى تيار متردد خفيف جدا إذا وصلناه مباشرة على السبيكر لن نستطيع سماعه ......
المايكروفون موصول بالتتالى مع جهد القاعده ومضاعفات ذلك أن الموجه الصوتيه تحدث تغيرات في تيار القاعده وهذه الأخيره تحدث تغيرات في تيار المجمع وبما أن هذا التيار أكبر تكون التغيرات أكبر والسبيكر يسمعنا الصوت بقدره أكبر....
عامل التضخيم للتيار في الترانسيستورات يسمى بيتا
ويمكننا القول بأن بيتا تساوي كم مره تيار المجمع هو أكبر من تيار القاعده . عادة يكون 100 ولكن هناك ترانسيستورات لللإشارات الصغيره لديها بيتا من 400 .
قاعده **** رمز b قـ * المجمع collector رمز C جـ * المشع emiter رمز e شـ
الجهد voltage رمز V جُـ * التيار Current رمز I تـ الثابت تـ◄ المتردد تـ~
Ic = تيار مجمع تجـ Ie = تيار مشع تشـ Ib = تيار قاعده تقـVce = جهد مشع مجمع جُشجـVcb = جهد مشع قاعده جُشقـ
Vbe = جهد مجمع قاعده . جُجقـ
هناك ثلاثه طرق يعمل بها الترانسيستور كمضخم أو ثلاثة أشكال .
كلمة أكثر إيجابي سنستعملها في الشرح , وفي الصوره أعلاه توضيح لما نقصد , فمثلا لو أخذت ثلاثة مقاومات بترتيب تسلسلي ووضعتها على جهد 12 فولت. تلاحظ أنني من كل مقاومه أنتج جهد 4 فولت , لاحظ كل مقاومه وكأن لها طرف إيجابي وسلبي خاص بها وبنفس الوقت عنصر من المجموعه ككل . أنظر المقاومه 2 , إذا قست الجهد بين أ و ب . فهو 4 فولت . وبين أ و ت فهو 8 فولت .
فأقول النقطه أأكثر إيجابيه بالنسبه للنقطه ت منه للنقطه ب .
سأستعمل عبارةتحويل الجهد إلى تيار والعكس . تحويل التيار إلى جهد , وفي كلا الحالتين المقصود إستعمال المقاومه لتقوم بهذا الدور , كما في الصوره أدناه .
الدوائر التي شرحتها أعلاه , ومن ضمنها دائرة التضخيم ذات المشع المشترك , حيث الميكروفون والسبيكر , كانت دوائر نظريه تقربنا من معرفة دائرة المدخل ودائرة المخرج , ووضعنا في الجو المطلوب ..... إلخ ... لكن تقطيب الترانسيستور يختلف عن ذلك بكثير , فأبسطها , إذا كنا بحاجه لثلاث بطاريات لتشغيل الترانسيستور , فتلك مصيبة كبيره .
قبل الدخول في موضوع التقطيب الحقيقي للترانسيستور في حالة المشع المشترك أود ذكر ما يلي :
1- الترانسيستور NPN يمكن تصوره كدايودان , لكن القاعده تشكل جزء من نقطتي لحام كل دايود , فلا تتصور أنك بوضع دايودان تكون قد إخترعت ترانسيستور جديد .
2- لكي يعمل الترانسيستور NPN القاعده , يجب أن يكون هناك دائما 0.6 فولت بين القاعده والمشع ..... القاعده دائما 0.6 فولت أكثر إيجابيه من المشع .
3- أي إشاره تصل للقاعده أقل من 0.6فولت , لا يسير لها تيار في القاعده , ولن يكون لها إثر على الإطلاق في المجمع .
4- القاعده بحاجه للتيار كي تتحكم بتيار المجمع وليس لجهد.
5- المجمع مصدر للتيار وليس للجهد .
6- المجمع نستخرج منه جهدا بوضع مقاومه بينه وبين مصدر التغذيه .
7- المجمع ذا ممانعه أو مقاومه عاليه مقارنة بالمشع .
8- الترانسيستور يخرج الإشاره المضخمه من المشع أو المجمع أو الإثنين معا .
9- عندما يكون هناك مقاومه للمجمع Rc مجـ التضخيم الذي نحصل عليه هو تضخيم للجهد .
10- عندما نعمل فقط بمقاومة مشع Re مشـ لا نستطيع القول أنه كان هناك تضخيما للجهد , لأن المشع دائما أقل جهدا من القاعده ب 0.6فولت , ولكن مع زيادة تيار القاعده , يزداد تيار المشع بكميه أكبر , فنستطيع القول بأن هناك تضخيما للتيار .
11- عندما تصبح أكبر ممانعة المجمع فلا يستطيع قيادة ممانعه دخول أصغر.
12- عندما تصبح ممانعة المشع أقل يستطيع قيادة ممانعه أقل للمدخل.
13- ربح الجهد من المجمع أكبر من واحد .
14- ربح الجهد من المشع أقل من واحد.
صديقي , أعلم أن هناك من النقاط التي لم تقدر على إستيعابها بعد , وستبدأ بذلك تدريجيا بعون الله , مع باقي الشرح , فهذا موضوع للدراسه وليس للقرائه , ( يتوجب قرائته عدة مرات).
15- الترانسيستور كمضخم , يتعامل مع التيارين المباشر( DC ) تـ◄ لتقطيب الترانسيستور والمتردد ( AC ) تـ~ تيار الإشاره , كالتيار الذي يفرزه الميكروفون مثلا . رغم أننا نستطيع دراسة كل تيار بإنفراد , فالإثنان مترابطان بشكل جذري.
دخلنا في عالم التيار المتردد , والحقيقه أنني لم نتحدث بعد في الموقع عن ما يعرف بالمعاوقه أو ( Impedance ) ورمزها(Z ) (معـ) وسأخصص لها درس مستقل , لكني سأعطيك منها ما نحتاجه لمتابعة شرحنا . المعاوقه بمفهومها الواسع هي المقاومه التي تبديها القطع الإلكترونيه على سير التيار المتردد, وتقاس بالأوم كما المقاومه العاديه , وتطبق عليها قوانين أوم , فمثلا التيار يساوي الجهد على المقاومه * كذلك * التيار يساوي الجهد على المعاوقه . وهكذا .
المعاوقه حيث هناك مقاومه فقط تساوي قيمة المقاومه Z=R معـ = مـ وبالأوم طبعا . حيث هناك فقط مكثف فهي تساوي المقاومه السعويه Xl , وهذه تتغير بتغير الذبذبه , وهناك إختلاف في الطور( الجهد يسبق التيار أو العكس) 90 درجه , يؤخذ بعين الإعتبار , كذلك المعاوقه الإجماليه لدائرة ما , لها قواعدها وتختلف تماما عما عرفناه في الترتيب المتسلسل والمتوازي للمقاومات . ما نريد أن تعرفه الآن أن هناك مقاومه للتيار المتردد يمكن أن تكون لقطعه أو لإجمالي الدائره , تسمى معاوقه ورمزها Z معـ تقاس بالأوم ء وتغيير قيمتها يغير من قيمة التيار والجهد.
مساوات المعاوقات : لنغترض أنني أصمم مضخما لإشارة ميكروفون وأريد سماع هذه الإشاره على السبيكر (السماعه ) . سنأخذ الميكروفون وننسى ما تبقى للحظات , يا صديقي عندما نتكلم الميكروفون ينتج تيار متردد ذا جهد متغير كذلك , قليل جدا ولكنه تيار أولا وأخيرا . وحيث هناك تيار وجهد لا بد أن تكون هناك مقاومه أو معاوقه , Z=V/I . إذا المايكروفون له معاوقته الداخليه , . إبقى معي لحظه.
التيار المتردد الناتج عن الميكروفون يجب أن يمد المضخم بالتيار الذي نريد تضخيمه , هذا التيار سيواجه ما يسمى بمعاوقه المدخل للمضخم ,( التي تحدد كم من التيار سيأخذ المضخم من تيار المصدر (الميكروفون)). إذا معاوقة المدخل (معدْ ) هي المقاومه لكل الدائره التي تلتقي مع مصدر الإشاره .رائع .....
لنقل أنه لدي ميكروفون معاوقته واحد كيلوأوم , وأريد إستعماله في دائرة تضخيم , ليكون ذلك التصميم صحيحا , يجب أن تكون معاوقة المدخل للمضخم واحد كيلوأوم (مساوات المعاوقات ) . ليس أي ميكروفون يناسب أي دائرة تضخيم والعكس صحيح .
كذلك الأمر في دائرة المخرج للمضخم , هناك جهد وتيار وما يعرف بمعاوقة المخرج ( معخْـ), لنفترض أنه لدي الدائره التاليه .
ولنقول أنني قمت بالمساوات , بين معاوقة الميكروفون ومعاوقة المدخل , وضخمت الإشاره وكانت معاوقة المخرج 50 كيلو أوم , لا بد وأنك قد شاهدت أن السبيكر ( مذياع ) يكتب عليه دائما , 4 أوم 8أوم إلخ . ألم تكن أرعنا مثلي في الصغر تتمنى من الله أن يتعطل جهاز راديو الوالد لتسرع إلى المذياع لتحطيمه وسحب المغناطيس منه.
ما كتب على المذياع هو معاوقته الداخليه , فرغم أن دائرتي أعلاه مصممه بالشكل الصحيح , وهي تضخم , فإذا وصلت المذياع على دائرة المخرج متمنيا من الله عز وجل أن أسمع صوتي عندما أتكلم , لن يحدث ذلك . السبب أن معاوقة المخرج أكبر بكثير من معاوقة السبيكر . الحل أن أضيف مرحله أخرى من التضخيم(مضخم آخر) تكون فيها معاوقة المدخل عاليه , وبالتحديد 50 كيلوأوم ومقاومة المخرج 8 أوم , عندها سأسمع الصوت وهذا المضخم هو من نوع مجمع مشترك الذي سيخبرني بمواصفاته حسن علي في متابعة الشرح .
بعد هذه المعلومات ..... التي تداخلت لتلعب دورا مهما في عمليه التضخيم ...... تغيرت صورة المضخم لدينا للرسم التوضيحي التالي : أليس كذلك؟......
مقاومة الحمل : ( محـ ) عباره جديده , بسيطة الفهم مما سبق وشرحناه , ممكن أن تكون معاوقة السبيكر , أو معاوقة المدخل لمرحله جديده من التضخيم , أو معاوقة الدخول الكامله لدائرة ما........ كيفني معك ؟ تمام ........
صديقي المحترم , دخلنا في موضوع التضخيم , وأخذنا ننهندس دوائر تضخيم , قبل الدخول في تقطيب الترانسيستور , ووضع مقاوماته , أو التكلم عن نقاط عمله إلخ , ذلك مقصود وأسلوبي الخاص في الشرح وستكتشف لاحقا أنها أمور مترابطه . ودعنا نعمق أكثر..,,,
إستنتاج مهم : ليكون هناك مرحله جيده لتضخيم إشارات الجهد الضعيفه ( ميكروفون, حساس ....... إلخ) , يجب أن يكون هناك معاوقة مصدر (معصـ) ( Rs ) عاليه , ومقاومة حمل قليله , العناصر التي تتكون منها مرحلة التضخيم هي التي تحدد قيمة الربح أو التكبير ك معاوقة المدخل ومعاوقة المخرج , لذى عند تقطيب الترانسيستور يجب الأخذ بعين الإعتبار تأثير أي مقاومه أو مكثف على هذان العنصرين المهمين لكل مضخم ........ قلت الكثير ولم أقل شيئا ..... أليس كذلك ؟ ..... ها ها .......أتضن أنني سأتركك هكذا ... ومعزتك عندي أنني سأفهمك إياها بطريقه أخرى.
لنقل أنه لدي جهد مصدر ( Vs ) قدره عشره ميلي فولت , معاوقة مصدر ( Rs=100k ) , ربح المضخم بيتا = مئه , معاوقة المدخل ( Zi=100k ) , و معاوقة المخرج ( Zo=100 ) الهدف أن أصل إلى واحد فولت بالمخرخ مع مقاومة حمل 10كيلوأوم
أتضن أننا فعلا سنصل الى الفولت في المخرج , بما أن بيتا تساوي 100 وجهد المصدر 10 ميلي فولت و (100*10ملـ ف) يساوي فولت واحد. في الحقيقه النتيجه غير ذلك , ولن نسمح لأنفسنا كهواة بالوقوع في هذا المطب , . هناك مقسم للجهد بين معاوقة المصدر (معصـ)(Rs ) ومعاوقة المدخل (معدْ )( Zi) , أنت تعلم ما هو مقسم الجهد أي مقاومتان بالتسلسل يتقاسم جهد المصدر بينهما أنظر الصوره حيث شرح أكثر إيجابيه.
الآن أنظر الصوره أعلاه لترى مقسم الجهد ( Zi ,Rs ). إذا جهد المدخل تغير بوجود هذا المقسم . والآن يساوي ما تقوله القاعده التاليه ( Vi=Vs*Zi/(Zi+Rs جُدْ = (جُصـ × معدْ ) ÷ ( معدْ + معصـ )
معناه جهد المدخل = 10ملـ ف*100كلـ ء/(100كلـ ء+100كلـ ء) = 1 ÷ 200 = خمسه ميلي فولت.
الآن لنرى جهد المخرج جُخْـ ( Vo ) وهو ما ضخمناه .... Vo=(Vi*beta)*Rl/Rl+Zo تساوي
(5ملـ ف*100)*10كلـ ء/(10كلـ ء+100)=0.5فولت .
لو غيرنا معاوقة المدخل معدْ Zi من 100كلـ ء إلى 10كلـ ء .وطبقنا القواعد السابقه . فستلاحظ أن خسارة الجهد ليست النصف كما في مثلنا السابق بل عشرة أضعاف , وهنا لن نتحدث عن تضخيم بل خربان بيوت ووجع راس.
هل إستطعت الإقتراب من الفكره ؟ ........ رائع.......
الآن صاحبني في الفكره التاليه : أصبح واضح لدينا وضوح الشمس أن تيار القاعده , يتحكم بتيار المجمع ويرفعه بمضاعف قيمة بيتا , شرط أن يتعدى جهد القاعده 0.6فولت . ولو أردت وضع صوره لما أقول ستكون التاليه :
يتبع
