بعد أن كتبت هذا الموضوع فى احدى المنتديات وقمت بتجميعه فى كتاب ولاقى انتشارا واسعا على الإنترنت وقبولا كبيرا بفضل الله تعالى تناقلته المنتديات المختلفة والمكتبات
في نهاية هذه الصفحة إن شاء الله سأقوم بوضع رابط للكتاب لمن أراد تحميله
دراسة الترانزستور وطرق استخداماته المختلفة
موضوع جديد يتناول طرق استخدام الترانزستور كـــ:
( سويتش - مذبذب - مضخم اشارات - منظم جهد - عاكس زاوية الإشارة )
هذه صور للترانزستور وهو التطور الكبير للصمام الكهربي القديم الذي يشبه المصباح والذي يحتاج لقاعدة خاصة لتثبيته وله عيوب كثيرة بالمقارنة مع الترانزستور الحديث وهذه إحدى أشكاله
ولن ندخل في تفاصيل المقارنة لكن ندخل مباشرة في تكوين الترانزستور الذي يتكون من أشباه الموصلات وليس فتيل تسخين وشبكات حاكمة وأنبوب زجاجي كما فى الصمام وإنما فقط ثلاث بلورات من أشباه الموصلات ، بلورة للقاعدة وبلورتان مختلفتان عن القاعدة وهما المجمع والمشع .
وهنا القاعدة متصلة بالبلورة السالبة ونقصد بكلمة بلورة وصلة رقيقة من أشباه الموصلات ، والمشع متصل بالبلورة الموجبة والمجمع متصل بالبلورة الثالثة الموجبة كما فى الشكل التالي :-
وإذا تم التصنيع من بلورات مخالفة لهذه الأقطاب فتكون كالشكل التالي :-
ولكل نوع من النوعان السابقان فى طريقة التصنيع استخدام حسب أقطاب الكهرباء فى الدارة الكهربية ، والآن وقبل أن ننتقل لطريقة العمل يجب أن نلقى نظرة على الدايود ( الموحد الكهربائي ) ضروري لننا بحاجة لمعرفة كيف تعمل أشباه الموصلات من حيث التوصيل الأمامي والعكسي .
الموحد الكهربائي ( الوصلة الثنائية )
Diode
وهو عبارة عن بلورتان مختلفتان القطبية حدهما موجبة ويرمز لها بالرمز ( P ) والأخرى سالبة ويرمز لها بالرمز ( N ) وهو يعمل كثمام يسمح بمرور التيار في اتجاه واحد ولا يسمح بالمرور فى الإتجاه المعاكس حيث أن الإتجاه المعاكس يسمى الإتجاه العكسي وأما الإتجاه المسموح به يسمى الإتجاه الأمامي والبلورات كما سبق الذكر أنها من مادة شبه موصلة مثل الجرمانيوم أو السيليكون ولها نظام تقنية في مقدار الشوائب حيث أنها تصنع من شريحة صغيرة من السيليكون على سبيل المثال يتم فيها زرع شوائب ثلاثية أو خماسية التكافؤ .
لن نخوض في كيفية حركة الإلكترونات وكيف يتم انتقالها لتملأ الفجوات بالبلورة الموجبة ثم يكون هناك عزل حتى يتم توصيل التيار الأمامي ولكن نتكلم مباشرا على نوع الإنحياز الأمامي والعكسي :-
في حالة التوصيل الأمامي فقط يعمل الدايود على السماح للتيار بالمرور وأما فى التوصيل العكسي فيعمل على منع التيار من المرور وهذه هى قاعدة توصيل الدايود واستطعنا الإستفادة من الدايود على سبيل المثال في عمل تحديد اتجاه سير التيار فى الدوائر الكهربائية وبالتالى نستطيع حماية الدوائر والأجهزة من عكس توصيل أطراف البطارية أو مصدر التغذية بطريق الخطأ كما استطعنا عمل توحيد لإتجاه التيار ليصبح مستمر بدلا من التيار المتغير .
والآن نعود للترانزستور الذي وجدناه شبه الدايود غير أنه يزيد عليه ببلورة ثالثة ومن هنا فيمكننا تشبيهه بأنه عبارة عن دايودان متحدان الوسط كما في الشكل التالي
والسؤال الذي يطرح نفسه الآن هل يمكننا استخدام الترانزستور بدلا من عدد 2 دايود ؟
وهل يمكننا استخدام 2 ترانزستور كعدد 4 دايودات لعمل قنطرة توحيد للتيار ؟
وهل يمكننا توصيل دايودان لنحصل على ترانزستور ؟
هتان الرسمتان لتوضيح الفكرة واتجاه البلورات
السالبة والموجبة لكن لا يمكن استخدام الدايودات كترانزستور أبدا ولا يمكن أن يحل
الترانزستور مكان الدايودات إلا من النواحى النظرية فقط و سيظهر هذا بوضوح فى
التجربة التالية عند استخدام الترانزستور كسوتش أى مفتاح توصيل يتحكم التيار فى
تشغيله أو إطفائة وسنرى كيف ينتقل التيار من المشع إلى المجمع أما فى حالة الدايود
فمستحيل انتقال التيار عبر الدايودان المعكوسان فى الرسمة السابقة والإختلاف يرجع
إلى أن الموضوع ليس موضوع ترتيب بلورات فقط إنما هى نسب دقيقة يتم تحديدها بدقة
بالغة وبأحجام تختلف عن بعضها فليست بلورة المشع بحجم بلورة المجمع أو بلورة
القاعدة وهذا يتسبب فى قياس كل طرفان عن غيرهما من موديل لآخر وبالنسبة للترانزستور
الواحد تجد أن المقاومة بين المجمع والقاعدة أقل منها بين القاعدة والمشع والمقاومة
بين المشع والمجمع عالية جدا وبمجرد مرور تيار أمامى بسيط للقاعدة تجد المقاومة بين
المجمع والمشع صغيرة ،
والآن إلى التجربة التالية والتى توضح أولى
استخدامات الترانزستور كمفتاح ولنركز جيدا كيف يعمل وهذه التجربة أساس عمل
الترانزستور والدخول إلى لغز هذا العنصر الذى أحدث ثورة فى عالم الإلكترونيات والذى
نقل مستواها من حالة الصمامات ومشاكلها إلى حال مختلف مما جعل من البحث فى موضوع
أشباه الموصلات اهتماما حتى تم التوصل لعمل المتكاملات بعد ذلك
،
هذا هو التوصيل الأمامى للترانزستور ، وها
قد قمنا بتحريك المفتاح ليعمل على السماح للتيار السالب المار عبر المفاوم R2 للدخول إلى القاعدة ذات البلورة السالبة وبهذا يكون التوصيل
أمامى حيث أن المشع الموجب متصل بالقطب الموجب للباور فيضئ الليد وفى حالة فصل
المفتاح سيتم قطع تيار القاعدة فيتوقف الترانزستور تماما عن
العمل
والذى قد يبدو غريبا هو أن الليد متصل بالطرف السالب و نحن كل ما علينا توصيل نفس القطب السالب للترانزستور ليعمل على مرور التيار الموجب من المشع إلى المجمع وكأننا نتعامل مع بوابة نعطيها إشارة لتسمح بالوصل أو القطع !!
والذى قد يبدو غريبا هو أن الليد متصل بالطرف السالب و نحن كل ما علينا توصيل نفس القطب السالب للترانزستور ليعمل على مرور التيار الموجب من المشع إلى المجمع وكأننا نتعامل مع بوابة نعطيها إشارة لتسمح بالوصل أو القطع !!
==============
معلومات
جانبية :
المقاومة المتصلة مع الليد للحد من شدة
التيار المارة لليد ويمكن حذفها لو أننا سنستخدم مصباح 6 فولت -
9 فولت ، والمقاومة R2 لخفض التيار المار عبر
القاعدة للترانزستور ويمكن خفضها لاحقا إلى 1 كيلو أوم
لكن ليس فى هذه التجربة ،
==============
هذه من وجهة نظرى
أهم تجربة للترانزستور لفهم طريقة عمله وتوصيله ، والآن يمكننا متابعة
التجارب
ننتقل لإضافة تطوير أكثر لهذا المفتاح
الترانزستورى
نحن الآن نستخدم الترانزستور كسوتش و هنا
سنضيف مكثف من النوع الكيميائى ( الكتروليتى ) 100 مايكرو فاراد 16 فولت
كما فى المخطط
عرفنا أننا إذا قفلنا المفتاح SW1 سيضئ الليد
و الآن :-
1- سنقوم بقفل SW1 ليضئ الليد
2- ثم نقوم بقفل المفتاح SW2
ماذا حدث ؟ ؟
لقد انطفئ الليد ثم عاد وأضاء سريعا
واستقر مضيئا ! !
3- و الآن نقوم بفتح المفتاح SW2 أولا
ثم المفتاح SW1
والآن الليد منطفئ لأن المفتاح SW1
مفتوح .
4- قم بقفل المفتاح SW2 ستلاحظ إضاءة
الليد ثم انطفاءه تدريجيا ببطء رغم أن المفتاح SW1 مفتوح !
التفسير :
أننا فى الخطوة رقم 2 قمنا بعمل شحن
للمكثف الفارغ مما جعل التيار يتجه كاملا لشحن المكثف الفارغ ذى المقاومة المنخفضة
وترك الترانزستور فانطفئ الليد وأثناء عملية الشحن تزداد مقاومة المكثف ويعود
التيار تدريجيا وبسرعة لقاعدة الترانزستور فيعاد إضاءة الليد تدريجيا ولكن بسرعة
عالية لأن شحن المكثف لا تأخذ إلا وقت صغير جدا وقد لا يلاحظ تدريج إضاءة الليد
،
----------------
----------------
فى الخطوة 4 كان المفتاح SW1 مفتوح ولكن
عند قفل المفتاح SW2 قمنا بتوصيل المكثف المشحون ليعمل كبطارية على طرف القاعدة مما
جعل الليد يضئ ولكن تضعف قوة الإضاءة تدريجيا حتى تكتمل عملية تفريغ المكثف
الكيميائى ذى 100 مايكرو
----------------
معلومة جانبية :
كلما كان المكثف ذى سعة أكبر كانت عملية الشحن والتفريغ أقل من حيث السرعة ( أبطء )
أى أطول زمنا وكلما كانت سعة المكثف أقل كانت سرعة الشحن والتفريغ أسرع
نقوم بعمل تكرار لنفس
دارة المفتاح ولكن سنعمل على توصيل المكثف من ناحية واحدة فقط كما فى الشكل التالى
، وطبعا فهمنا فكرة المفتاح وماذا كان تأثير المكثف
نفس مكونات المفتاح التى ذكرناها ولكن مكررة هنا مرتان
والليدان مضيئان ولا يوجد ما يمنع الإضاءة والفكرة واضحة حتى الآن ،
نقوم بتوصيل كل مكثف على خرج الترانزستور الآخر ونتابع ماذا
سيحدث الآن :
الآن أصبح كل مفتاح متأثرا بخرج المفتاح
الآخر إذا عمل أحدهما قام بشحن مكثف المفتاح الآخر وبذلك ينطفئ الليد الآخر حتى
إتمام الشحن ليعود للإضاءة وعندها يعمل على إعادة شحن المكثف الثانى ويطفئ الليد
الآخر إلى أن يتم الشحن بالكامل وهكذا وبذلك نحصل على خرج متبادل الإضاءة يضئ ليد و
الآخر مطفئ ثم يضئ الأخير ويطفئ الأول وهكذا ( إضاءة متبادلة )
كالتى تستخدم فى إشارات الفلاشر فى محطات
القطار أو فى سيارات الشرطة ولعب الأطفال والإعلانات وكثير من هذه الإستخدامات
،
والآن نفس التجربة ولكن !
لاحظنا أنه كلما قمنا بتقليل قيمة المكثف فإن سرعة التقطيع فى الضوء تزداد لأن عملية الشحن والتفريغ أصبحت أسرع . .
جميل
لقد قمنا بعمل مذبذب ينتج موجة مربعة وهى التى كانت تسبب الإضاءة والإطفاء ! !
والآن سنعمل على تقليل سعة كلا المكثفان إلى 100 نانو أى 0,1 مايكرو فقط والآن أصبح التناوب سريع التردد إلى درجة تقع داخل النطاق السمعى ( النطاق السمعى يقع ما بين 15 إلى 20000 هيرتز ) ولذلك يمكننا وضع مكثف على طرف مجمع أى من الترانزستوران وتوصيل سماعة خارجية لنسمع الصوت الصادر كما فى المخطط التالى
هكذا أصبح لدينا سرينة صوتية ذات نغمة واحدة مستمرة يمكن استخدامها كإنذار أو إلغاء السماعة واستخدام طرف الخرج كحاقن إشارة وتتبع عمليات الإصلاح للمكبرات الصوتية والراديو أو لهواة إشارات مورس
أن عملية شحن وتفريغ المكثف تعمل على تغيير فى التيار الواقع على قاعدة الترانزستور وبالتالى فإن خرجه المتمثل فى الليد يتغير فيغير الإضاءة والآن سنقوم بهذه التجربة التالية
بدلا من المكثف وضعنا مقاومة متغيرة ستتحكم فى الإضاءة لأنها ستعمل على تغيير التيار المار للقاعدة , سنقوم بعمل مشروع صغير حول هذه التجربة
هذا المذبذب يعطى خرجا شبيه بما تعطية المتكاملة 555 كموجة مربعة لكن هناك إختلافات بينهم أخرى فالمتكاملة 555 تحتاج لتغذية تقع بين 5 إلى 15 فولت تقريبا وليس أقل ولا أكثر أما المذبذب الذ نتكلم عنه فيمكنه أن يتغذى بداية من 1 فولت مثلا مع تعديل بسيط فى المكونات كما أنه يمكننا الإستعاضة عن الترانزستوران بأنواع أكبر قدرة فى بعض الحالات التى تتعامل مع تيار أعلى ونريد فيها إخراج تيار أعلى كخرج متبادل ( يشبه الدفع والجذب ) أى نأخذ طرف الخرج من مجمع الترانزستور وطرف الخرج الآخر من مجمع الترانزستور الثانى وليس من الأرضى ،فالمتكاملة تشبه هذا المذبذب فى الخرج ويمكننا استخدام أى منهم مكان الآخر مع إجراء بعض التعديلات البسيطة والتى تتناسب مع المشروع المطلوب ،
لقراءة الموضوع كاملا يرجى تحميل الكتاب من هنا
