Transistor as amplifiers الترانزستور كمضخم او مكبر
عندما يتم رسم خط ينضم إلى نقاط التشبع والقطع ، يمكن تسمية هذا الخط باسم خط التحميل . هذا الخط ، عند رسمه فوق منحنى خصائص الإخراج ، يقوم بالاتصال عند نقطة تسمى نقطة التشغيل .
وتسمى هذه النقطة التي تعمل أيضا نقطة هادئة أو ببساطة Q-نقطة . يمكن أن يكون هناك العديد من نقاط التقاطع هذه ، ولكن يتم تحديد نقطة Q بطريقة تجعل الترانزستور ، بغض النظر عن تأرجح إشارة التيار المتردد ، في المنطقة النشطة.
يوضح الرسم البياني التالي كيفية تمثيل نقطة التشغيل.
يجب ألا تنزعج نقطة التشغيل لأنها يجب أن تظل مستقرة لتحقيق تضخيم أمين. ومن ثم فإن نقطة السكون أو نقطة Q هي القيمة التي يتحقق فيها التضخيم الصادق .
تسمى عملية زيادة قوة الإشارة بالتضخيم . يسمى هذا التضخيم عند القيام به دون أي خسارة في مكونات الإشارة بالتضخيم المخلص .
التضخيم المخلص هو عملية الحصول على أجزاء كاملة من إشارة الدخل عن طريق زيادة قوة الإشارة. يتم ذلك عندما يتم تطبيق إشارة التيار المتردد عند دخلها.
في الرسم البياني أعلاه ، يتم تضخيم إشارة الإدخال المطبقة بالكامل وإعادة إنتاجها دون أي خسائر. يمكن فهم هذا على أنه تضخيم صادق .
يتم اختيار نقطة التشغيل بحيث تقع في المنطقة النشطة وتساعد في إعادة إنتاج إشارة كاملة دون أي خسارة.
إذا تم اعتبار نقطة التشغيل بالقرب من نقطة التشبع ، فسيكون التضخيم أقل من ذلك.
إذا تم اعتبار نقطة التشغيل بالقرب من نقطة القطع ، فسيكون التضخيم كما هو.
ومن ثم فإن وضع نقطة التشغيل هو عامل مهم لتحقيق التضخيم الصادق. ولكن لكي يعمل الترانزستور بشكل صحيح كمضخم ، تظل دائرة الإدخال (أي تقاطع القاعدة-الباعث) منحازة للأمام ودائرة الخرج (على سبيل المثال ، تقاطع قاعدة التجميع) تظل منحازة عكسية.
وبالتالي تحتوي الإشارة المضخمة على نفس المعلومات الموجودة في إشارة الإدخال بينما تزداد قوة الإشارة.
لضمان التضخيم الأمين ، يجب استيفاء الشروط الأساسية التالية.
يضمن استيفاء هذه الشروط أن الترانزستور يعمل على المنطقة النشطة ذات المدخلات المنحازة للأمام والخرج المنحاز العكسي.
لفهم هذا ، دعونا نفكر في دائرة ترانزستور NPN كما هو موضح في الشكل أدناه. يكون تقاطع القاعدة-الباعث متحيزًا للأمام ويكون تقاطع المجمع-الباعث متحيزًا عكسيًا. عندما يتم تطبيق إشارة عند الإدخال ، فإن تقاطع القاعدة-الباعث في ترانزستور NPN يتحيز للأمام من أجل نصف دورة موجبة للإدخال ومن ثم يظهر عند الإخراج.
بالنسبة للدورة النصفية السلبية ، يحصل نفس التقاطع على انحياز عكسي وبالتالي لا تعمل الدائرة. هذا يؤدي إلى تضخيم غير مخلص كما هو موضح في الشكل أدناه.
دعونا الآن نقدم بطارية V BB في الدائرة الأساسية. يجب أن يكون حجم هذا الجهد بحيث يجب أن يظل تقاطع الباعث الأساسي للترانزستور متحيزًا للأمام ، حتى بالنسبة للدورة النصفية السلبية لإشارة الإدخال. عندما لا يتم تطبيق أي إشارة دخل ، يتدفق تيار مستمر في الدائرة ، بسبب V BB . وهذا ما يعرف إشارة الصفر جامع التيار I C .
خلال دورة النصف الموجبة للإدخال ، يكون تقاطع القاعدة-الباعث أكثر تحيزًا للأمام وبالتالي يزداد تيار المجمع. خلال الدورة النصفية السلبية للإدخال ، يكون تقاطع الإدخال أقل تحيزًا للأمام وبالتالي ينخفض تيار المجمع. ومن ثم تظهر كل من دورات الإدخال في المخرجات وبالتالي نتائج التضخيم الصادقة ، كما هو موضح في الشكل أدناه.
ومن ثم ، من أجل التضخيم المخلص ، يجب أن يتدفق تيار مجمع الإشارة الصفري المناسب. يجب أن تكون قيمة تيار مجمع الإشارة الصفري مساوية على الأقل للحد الأقصى لتيار المجمع بسبب الإشارة وحدها.
يجب أن يكون الحد الأدنى لجهد القاعدة لجهد المرسل V BE أكبر من جهد القطع حتى يكون التقاطع متحيزًا للأمام. الحد الأدنى للجهد المطلوب لتوصيل ترانزستور السيليكون هو 0.7 فولت ولترانزستور الجرمانيوم 0.5 فولت. إذا كان جهد الباعث الأساسي V BE أكبر من هذا الجهد ، يتم التغلب على الحاجز المحتمل ، وبالتالي يزداد تيار القاعدة وتيارات المجمع بشكل حاد.
ومن ثم إذا انخفض V BE لأي جزء من إشارة الإدخال ، فسيتم تضخيم هذا الجزء إلى حد أقل بسبب تيار المجمع الصغير الناتج ، مما يؤدي إلى تضخيم غير مخلص.
لتحقيق تضخيم صادق ، يجب ألا يقل جهد باعث المجمع V CE عن جهد القطع ، والذي يسمى جهد الركبة . إذا كان V CE أقل من جهد الركبة ، فلن يكون تقاطع قاعدة المجمع متحيزًا بشكل صحيح. ثم لا يمكن للمجمع جذب الإلكترونات المنبعثة من الباعث وسوف تتدفق نحو القاعدة مما يزيد من تيار القاعدة. وبالتالي فإن قيمة β تقع.
لذلك ، إذا انخفض V CE لأي جزء من إشارة الدخل ، فسيتم مضاعفة هذا الجزء إلى حد أقل ، مما يؤدي إلى تضخيم غير مخلص. لذلك إذا كانت V CE أكبر من V KNEE ، فإن تقاطع قاعدة المجمع يكون منحازًا عكسيًا بشكل صحيح وتظل قيمة β ثابتة ، مما يؤدي إلى تضخيم أمين.
لقد ناقشنا حتى الآن مناطق مختلفة لتشغيل الترانزستور. ولكن من بين كل هذه المناطق ، وجدنا أن الترانزستور يعمل جيدًا في المنطقة النشطة ، وبالتالي يطلق عليه أيضًا المنطقة الخطية . نواتج الترانزستور هي تيار المجمع وفولتية المجمع.
عندما يتم النظر في خصائص خرج الترانزستور ، يبدو المنحنى على النحو التالي لقيم الإدخال المختلفة.
في الشكل أعلاه، يتم رسم خصائص الانتاج بين جامع الحالي I C وجامع الجهد V CE لقيم مختلفة من قاعدة الحالي I B . يتم أخذها في الاعتبار هنا لقيم الإدخال المختلفة للحصول على منحنيات إخراج مختلفة.
عندما يتم النظر في قيمة الحد الأقصى لتيار المجمع المحتمل ، ستكون هذه النقطة موجودة على المحور Y ، وهو ليس سوى نقطة التشبع . بالإضافة إلى ذلك ، عندما يتم النظر في قيمة الحد الأقصى لجهد باعث المجمع ، ستكون هذه النقطة موجودة على المحور السيني ، وهو نقطة القطع .
عندما يتم رسم خط يصل بين هاتين النقطتين ، يمكن تسمية هذا الخط باسم خط التحميل . يسمى هذا لأنه يرمز إلى الإخراج عند الحمل. هذا الخط، عندما تعادل على إخراج منحنى مميزة، يجعل الاتصال عند نقطة كما دعا نقطة التشغيل أو نقطة هادئة أو ببساطة Q-نقطة .
هادئة أو ببساطة Q-نقطة .
يمكن فهم مفهوم خط التحميل من الرسم البياني التالي.
يتم رسم خط التحميل من خلال ضم نقاط التشبع والقطع. المنطقة الواقعة بين هذين هي المنطقة الخطية . يعمل الترانزستور كمضخم جيد في هذه المنطقة الخطية.
إذا تم رسم خط التحميل هذا فقط عند منح انحياز التيار المستمر إلى الترانزستور ، ولكن لا يتم تطبيق إشارة إدخال ، فإن خط التحميل هذا يسمى خط تحميل التيار المستمر . في حين أن خط التحميل المرسوم في ظل الظروف التي يتم فيها تطبيق إشارة الإدخال جنبًا إلى جنب مع الفولتية DC ، يُطلق على هذا الخط اسم خط تحميل التيار المتردد .
عندما يتم منح الترانزستور التحيز ولا يتم تطبيق أي إشارة عند إدخاله ، يمكن فهم خط التحميل المرسوم في ظل هذه الظروف على أنه حالة التيار المستمر . هنا لن يكون هناك تضخيم لأن الإشارة غائبة . ستكون الدائرة كما هو موضح أدناه.
ستكون قيمة جهد باعث المجمع في أي وقت
نظرًا لأن V CC و R C قيمتان ثابتتان ، فإن المعادلة أعلاه هي معادلة من الدرجة الأولى ، وبالتالي ستكون خطًا مستقيمًا على خصائص الإخراج. يسمى هذا الخط باسم خط تحميل DC . يوضح الشكل أدناه خط تحميل التيار المستمر.
للحصول على خط التحميل ، يجب تحديد نقطتي نهاية الخط المستقيم. اجعل هاتين النقطتين A و B.
عندما جامع باعث الجهد V CE = 0، جامع الحالي هو الحد الأقصى ويساوي V CC / R C . هذا يعطي القيمة القصوى لـ V CE . يظهر هذا على شكل
هذا يعطي النقطة A (OA = V CC / R C ) على محور تيار المجمع ، كما هو موضح في الشكل أعلاه.
عندما يكون تيار المجمع I C = 0 ، يكون جهد باعث المجمع هو الحد الأقصى وسيكون مساويًا لـ V CC . وهذا يعطي قيمة أقصى I C . يظهر هذا على شكل
(كما أنا ج = 0)
هذا يعطي النقطة B ، والتي تعني (OB = V CC ) على محور جهد باعث المجمع الموضح في الشكل أعلاه.
ومن ثم تم تحديد كل من نقطة التشبع والقطع وتعلمنا أن خط التحميل هو خط مستقيم. لذلك ، يمكن رسم خط تحميل DC.
يحلل خط تحميل التيار المستمر الذي تمت مناقشته سابقًا ، تباين تيارات المجمع والجهد ، عندما لا يتم تطبيق جهد التيار المتردد. في حين أن خط تحميل التيار المتردد يعطي الجهد من الذروة إلى الذروة ، أو أقصى تأرجح خرج ممكن لمكبر صوت معين.
سننظر في دائرة مكافئة للتيار المتردد لمكبر صوت CE لفهمنا.
من الشكل أعلاه ،
لكي يعمل الترانزستور كمكبر للصوت ، يجب أن يبقى في منطقة نشطة. يتم اختيار النقطة الهادئة بحيث يكون أقصى انحراف لإشارة الإدخال متماثلًا في كل من الدورات النصفية السلبية والإيجابية.
بالتالي،
و
حيث V CEQ هو جهد المجمع الباعث عند نقطة السكون
يمثل الرسم البياني التالي خط تحميل التيار المتردد المرسوم بين نقاط التشبع والقطع.
من الرسم البياني أعلاه ، فإن IC الحالي عند نقطة التشبع هو
الجهد V CE عند نقطة القطع هو
ومن ثم فإن الحد الأقصى الحالي لذلك المقابل V CEQ = V CEQ / (R C // R 1 ) هو
ومن ثم بإضافة التيارات الهادئة ، تكون نقاط نهاية خط تحميل التيار المتردد
عندما يتم تمثيل خطوط تحميل التيار المتردد والتيار المستمر في رسم بياني ، يمكن فهم أنهما غير متطابقين. يتقاطع كلا الخطين عند نقطة Q أو نقطة هادئة . نقاط نهاية خط تحميل التيار المتردد هي نقاط التشبع والقطع. هذا مفهوم من الشكل أدناه.
من الشكل أعلاه ، من المفهوم أنه يتم الحصول على نقطة الهدوء (النقطة المظلمة) عندما تكون قيمة التيار الأساسي IB هي 10mA. هذه هي النقطة التي يتقاطع فيها كل من خطي تحميل التيار المتردد والتيار المستمر.
في الفصل التالي ، سنناقش مفهوم نقطة الهدوء أو نقطة التشغيل بالتفصيل.