العناصر الأساسية - الترانزستور الثنائي

الترانزستور الثنائي هو عنصر يتحكم في التيار بواسطة التيار.

تمييز القطبية

باستثناء القاعدة، القطب الذي يحمل السهم هو القاعدة، والذي لا يحمل سهم هو المجمع. إذا كان السهم يشير إلى الخارج، فهو NPN، وإذا كان يشير إلى الداخل، فهو PNP.

تعرف على أقدام التعبئة المختلفة

العلاقة الأساسية للتيار

اتجاه التيار في الترانزستور الثنائي يعتمد على اتجاه التيار في المرحلة الإرسالية.

• NPN: التيار يخرج من المرحلة الإرسالية، لذا القاعدة والمجمع يدخلان.
• PNP: التيار يدخل المرحلة الإرسالية، لذا القاعدة والمجمع يخرجان.

القواعد:

1. يتوافق مع قانون كيرشهوف للتيار: \(i_B + i_C = i_E\)
2. في حالة التضخيم، يتحكم التيار في المجمع فقط بالتيار في القاعدة (\(i_C = \beta i_B\))، ولا يتأثر بالجهد بين المجمع والإرسال.
3. عندما يكون القاعدة والإرسال موصلين، فإن الجهد التقسيمي \(U_{BE}\) يكون حوالي 0.7 فولت.

لذلك، يعتبر الترانزستور الثنائي مصدر تيار قابل للتحكم، حيث يتم التحكم في تيار كبير \(i_C\) بواسطة تيار صغير \(i_B\)، وذلك بناءً على مضاعفة التضخيم الثابتة \(\beta\) للترانزستور.

لذلك، \(i_E=(1+\beta)i_B = \frac{1+\beta}{\beta}·i_C\)

خصائص الجهد والتيار الناتج

كما هو موضح في الشكل، تنقسم خصائص الجهد والتيار الناتج للترانزستور الثنائي إلى عدة مناطق:

• منطقة التضخيم: في هذه المنطقة، يكون تيار الترانزستور \(i_C\) ثابتًا تقريبًا بغض النظر عن \(u_{CE}\)، ويتوافق تقريبًا مع \(i_C = \beta i_B\).
• منطقة التشبع: في هذه المنطقة، يزداد تيار الترانزستور \(i_C\) مع زيادة \(u_{CE}\). عمومًا، يعتبر الترانزستور في منطقة التشبع عندما يكون \(u_{CE}\) أقل من الجهد المشبع \(U_{CES}\) (عادةً ما يكون 0.3 فولت).
• منطقة القطع: هي الخط الذي يمثل \(I_B = 0\)، ولكن في هذه الحالة لا يكون \(i_C\) صفرًا، لأن هناك تسرب تيار يعتمد على \(u_{CE}\). تمثل منطقة القطع حالة الترانزستور عندما لا يكون هناك تدفق للتيار تقريبًا، وتقريبًا يعتبر مغلقًا تمامًا.

إذا أردنا وصف خصائص الجهد والتيار بواسطة معادلات رياضية، فيجب تبسيط المنحنى قليلاً:

بعد التبسيط، يمكن اعتبارها على النحو التالي:

• منطقة التضخيم: يتوافق \(i_C = \beta i_B\)، ولا يتأثر بـ \(u_{CE}\).
• منطقة التشبع: يزداد \(i_C\) مع زيادة \(u_{CE\)، ويكون تقريبًا خطيًا.
• خط \(U_{CES}\) العمودي: يمثل الحدود بين منطقة التشبع ومنطقة التضخيم.

دائرة تكبير مرحلة العازلة

حالة عمل الترانزستور

• 截止状态
  • يشير إلى عدم وجود تيار واضح في القاعدة (حيث يكون \(I_{BQ}\) صغيرًا جدًا مما يؤدي إلى أن \(I_{CQ}\) صغيرًا أيضًا) ، وبالتالي يكون القاعدة والمصعد مفتوحة.
  • \(I_{BQ} = 0, I_{CQ} = 0, I_{EQ} = I_{BQ}+I_{CQ}=0\). توازن الجهد على المصعد / عكس الجهد على المصعد ، وتوازن الجهد على المجمع.
• حالة التضخيم
  • يشير إلى أن المكبر في حالة مناسبة لـ \(I_{BQ}\) وتلبية \(I_{CQ} = \beta I_{BQ},I_{EQ} = (1+ \beta)I_{BQ}, I_{BQ} = \frac{V_{CC}-U_{BE}}{R_B}\)
  • الجهد العكسي للمصعد / الجهد العكسي للمجمع.
  • هذه هي الحالة الأكثر استخدامًا في الدوائر الإلكترونية.
• حالة التشبع
  • \(I_{CQ} < \beta I_{BQ}\) ، ولكنها لا تزال تتغير مع \(U_{CEQ}\). كلا \(I_{BQ}\) و \(I_{CQ}\) كبيرة ، و \(I_{CQ}\) لم يعد تحت السيطرة الكاملة لـ \(I_{BQ}\) ، والجهد \(U_{CEQ}\) يكون صغيرًا.
  • طالما أن \(U_{CEQ} < U_{CES}\) ، فإنه يدخل في حالة التشبع. في هذا الوقت ، عند زيادة \(I_{BQ}\) ، لا يزيد \(I_{CQ}\) تقريبًا.
  • الجهد العكسي للمصعد / الجهد العكسي للمجمع.
  • يجب تجنب الدخول في حالة التشبع في الدوائر الإلكترونية ، بينما يتوقع الدخول في حالة التشبع أو القطع في الدوائر الرقمية.
• حالة الانقلاب
  • تم عكس المجمع والمصعد. على الرغم من أنه يمكن استخدامه ، إلا أنه يؤدي إلى انخفاض كبير في \(\beta\).
  • حالة التشبع تشبه فتح صنبور الماء ، ولكن لا يوجد ماء في الخزان ، في هذا الوقت هناك ماء قدر الماء المتوفر.
  • الجهد العكسي للمصعد / الجهد العكسي للمجمع.

هناك ثلاث طرق لتحديد حالة العمل للثلاثيات ، وهي طريقة التقدير وطريقة حل المعادلات وطريقة الرسم. يتمحور طريقة التقدير حول افتراض أن \(U_{BEQ}\) تقريبًا يساوي 0.7 فولت ، ولكن هناك خطأ (كلما زاد الجهد ، زاد الخطأ) ؛ يجب أن تعرف طريقة حل المعادلات التعبير الرياضي لخصائص الجهد والتيار للمدخلات والمخرجات ، ويتم حلها بواسطة المعادلات ، وعادة ما لا يتم استخدامها ؛ يتمحور طريقة الرسم حول استخدام الرسم البياني لخصائص الجهد والتيار ونقطة التقاطع مع خط آخر لحساب موضع العمل الثابت ، ثم يتم تقدير النتيجة بالنظر المباشر.

المعلمات الرئيسية للثلاثيات

• معامل تكبير التيار \(\beta\): عادة ما يكون بمقدار 10-100 مرة ، ولكن يفضل استخدام 30-80 مرة في التطبيقات (التكبير الصغير لا يكون واضحًا ، والعمل الكبير غير مستقر).
• أقصى تيار مسموح به للمجمع \(I_{CM}\): قد يؤدي التجاوز إلى حدوث أضرار.
• أقصى استهلاك للطاقة المسموح به للمجمع \(P_{CM}\)
• جهد الانهيار العكسي بين المجمع والمصعد \(V_{CEO}\)

تحديد حالة العمل للثلاثيات

طريقة التقدير

حيث "تقدير نقطة العمل الثابتة" هو تقدير تقريبي لحالة الثلاثيات (تيارات الفروع المختلفة ، الجهود المختلفة في العقد) بافتراض أن \(U_{BEQ}\) تقريبًا يساوي 0.7 فولت (عادة ما يتم حساب \(I_{CQ}\) و \(U_{CEQ}\)) ، والخطوات المحددة كما يلي:

1. استنادًا إلى \(U_{BEQ} = 0.7 V\) ، حساب \(I_{BQ}\)
2. افترض حالة التضخيم ، أي \(I_{CQ} = \beta I_{BQ}\) ، وحل لـ \(U_{CEQ}\)
3. إذا كان \(U_{CEQ} >= 0.3 V\) في هذا الوقت ، فإن الافتراض صحيح ، والثلاثيات في حالة التضخيم ، و \(I_{CQ}\) و \(U_{CEQ}\) هما المطلوبين.
4. إذا كان \(U_{CEQ} < 0.3 V\) في هذا الوقت ، فإن الافتراض غير صحيح ، والثلاثيات في حالة التشبع.

طريقة الرسم

الأساس الرئيسي لطريقة الرسم هو استخدام الرسم البياني لخصائص الجهد والتيار ونقطة التقاطع مع خط آخر لحساب موضع العمل الثابت ، ثم يتم تقدير النتيجة بالنظر المباشر.

الدوائر الأساسية للتضخيم

كما هو موضح في الشكل ، وظيفة كل جزء هي:

• \(C_1\)/\(C_2\) : عازل تيار مستمر وتوصيل تيار متردد. يستبعد تأثير \(U_{CC}\). القيمة المستخدمة عادة تتراوح بين عدة ميكروفاراد إلى عدة عشرات من الميكروفاراد.
• \(U_{CC}\) : وظيفة الدائرة ؛ توفير نقطة عمل ثابتة مناسبة.
• \(R_B\) : توفير \(I_B\) المناسب ، القيمة المستخدمة عادة تتراوح بين عدة عشرات من الأوم إلى عدة مئات من الكيلوأوم.
• \(R_C\) : القيمة المستخدمة عادة تتراوح بين عدة كيلوأوم إلى عدة عشرات من الكيلوأوم.

تحليل:

• الجهد الكلي عبر القاعدة والمشع \(U_{BE} = U_{BEQ}+u_i\)
• التيار الكلي عبر القاعدة \(i_B=I_{BQ}+i_b\)
• التيار الكلي عبر المجمع \(i_C=I_{CQ}+i_c\)
• الجهد الكلي عبر المشع والمجمع \(u_CE=V_{CC}-{i_C}{R_C}=V_{CC}-(I_{CQ}+i_c)R=U_{CEQ}+({-i_C}{R_C})\)

نقاط ضعف هذه الدائرة: على الرغم من بساطتها التصميمية، إلا أن نقطة العمل الثابتة غير مستقرة وتتأثر بشكل كبير بالعناصر المكونة لها.

عنوان النص: https://wiki-power.com/
يتم حماية هذا المقال بموجب اتفاقية CC BY-NC-SA 4.0، يُرجى ذكر المصدر عند إعادة النشر.

تمت ترجمة هذه المشاركة باستخدام ChatGPT، يرجى تزويدنا بتعليقاتكم إذا كانت هناك أي حذف أو إهمال.