مقحل حقلي موصول

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
تركيب الترانزيستور نوع P : المصدر S ،// والمصب D ،// والبوابة G.

الطبقة العازلة لتزانزستور المتأثر بالحقل junction gate field-effect transist وهو شكل بسيط من ترانزستور ، يوصل أحياناً بجهد كهربائي على البوابة G ، وبواسطة ذلك الجهد يمكن التحكم في التيار الكهربي بين المنبع (مصدر)Source والمصب (المخرج) Drain.

ويوجد نوعان من هذا الترانزيستور :

1-مقحل "قناة إن" n-Kanal ، وهو مادة مشوبة "بنوع إن" من التشويب ،

2-مقحل " قناة بي" p-Kanal ، وهو مكون من مادة مشوبة "بنوع بي" من التشويب.

ونظرا لأن التيار الكهربائي سوف يسير فيه من المصب إلى المصدر فهو يعتبر أحادي القطب .بالإضافة إلى هذا الجسم تترسب عليه طبقة من نوع التشويب الآخر ، وعن طريق تغيير جهدها الكهربائي يمكن التحكم في التيار المار في القناة.

ملحوظة: الفرق بينه وبين ترانزستور ثنائي الأقطاب هو أن ثنائي الأقطاب مكون من الأجزاء NPN أو PNP .

تكوين الترانزيستور JFET[عدل]

رمز الترانزيستور نوع n-type JFET


يتكون الترانزستور من طبقتين من مادتين مختلفتين . أولهم مادة شبه موصلة مطعمة بمادة تحمل شحنات كهربية موجبة وتسمى نوع p-type ، كما في الشكل وتمثل عالبية جسم الترانزستور ، يمكن أن يمر فيها التيار من "المصب " إلى "المنبع" . ومرسب على تلك الطبقة طبقة أخرى مطعمة بمادة غنية بالإلكترونات ( شحنات سالبة) ويسمى هذا النوع n-type.


ويوصل طرفي الوصلة بمصدر للجهد حيث يوصل المصب D بالقطب الموجب لبطارية (نحو 12 فولط) ، ويوصل من الناحية الأخرى )وتسمى المنبع أو المصدر) S بالقطب السالب للبطارية . بذلك يقوم الترانزستور بعمل مقاومة كهربائية ويمر فيه تيار . ولكن عمل الترانزستور يكتمل بوضع جهد على السلك الموصول بالبوابة G . حينئذ يمكن التحكم في شدة التيار المار عبر "القناة" بين المصب والمصدر. وبذلك فيكون عمل المقحل الحقلي الموصول مشابها لعمل وصلة بي إن ، وتكون التوصيلات الخارجية مقاومات أومية.

رمزي الوصلة :

رمز الترانزيستور نوع p-type JFET

هكذا يرمز لنوع المقحل قناة إن : يشير السهم إلى قطبية الوصلة بي-إن بين القناة و البوابة . وهو هنا يشير من "بي" إلى "إن " وهو نفس الاتجاه المتعارف عليه تقنيا للتيار (وليس اتجاه سير الإلكترونات).


وبالنسبة إلn رمز نوع المقحل قناة بي: فإن السهم يشير أيضا إلى الاتجاه التقني للتيار (انظر أسفله)

بنيته[عدل]

الوصف التالي يتعلق بنوع "المقحل قناة إن" (بالنسبة إلى "مقحل القناة بي" فتتبادل منطقتي "بي" و "إن" فيما بينهما وبالتالي تنعكس إشارات الجهد الكهربائي والتيار الملحقة بهما)  :

يتكون مقحل n-Kanal-JFET من مادة مشوبة "نوع إن " تغطيها طبقة مشوبة "بنوع بي" التي تعمل كعازل (قارن وصلة بي إن ). تمثل أحد طرفي المنطقة إن "المصب" D ، والطرف الآخر " المصدر" S . وتسمى المنطقة بين المصدر والمصب "القناة إن".

n-ChannelJFET: وفيها UGS جهد الانحياز

المنطقة بي هي وصلة "البوابة" G وهي مشتبكة بالمنطقة إن من الوسط ، و تستخدم لضبط عمل المقحل . وهي تكون مع "القناة إن " ثلاثي بي-إن " . يشبه عمل المقحل JFET عمل الموسفت ، ولا تختلف طريقة عملهما .

التوصيلة في الشكل إلى اليسار ليست هي المعتادة عمليا ، ولكنها توضح أنه إذا كان لا يوجد على البوابة جهد (سالب) يمنع مرور الإلكترونات في "القناة إن " ، فإن التيار الكهربائي يمر من المصب إلى المصدر ، كما لو كان المقحل مقاومة صغيرة.

التوصيلة العملية هي الشكل إلى اليمين حيث وصلت البوابة بجهد سالب . عندئذ يجعل الحقل الكهربائي الناشيء عن جهد البوابة على "تقليل" التيار المار من المصب إلى المصدر . أي عن طريق إحداث تغيير في جهد البوابة يمكن تغيير شدة التيار المارة في "القناة" بين المصب والمصدر ، بالتالي يمكن التحكم فيه . يسمى الجهد المطبق من الخارج على البوابة جهد انحياز .


في حالة وضع جهد سالب (مثل -4 فولط) على البوابة ينقطع مرور التيار في القناة . لكل مقحل "جهد حرج" للبوابة ، فإذا كان جهد البوابة أعلى من الجهد الحرج مر التيار من المصب إلى المصدر . وإذا كان جهد البوابة أقل من جهدها الحرج فإن التيار ينقطع .


ملحوظة :نلاحظ أن التيار (أحمر) هو التيار بالإصطلاح التكنولوجي (يمر التيار من القطب الموجب إلى القطب السالب) ، وهذ عكس "التعريف الفيزيائي " للتيار ، إذا اكتشف العلماء بعد ذلك ان الإلكترونات هي ناقلة التيار ، وهي تتحرك من القطب السالب (المصدر أو المنبع) إلى القطب الموجب (المصب أو الأنود ) .

طريقة عمله[عدل]

شكل 1 :تغير تيار المصب بتغير جهد المصب عندما يكون جهد البوابة 0 أو -5و2 فولط أو غيرها.
شكل 2:تغير تيار المصب بتغير جهد البوابة.(جهد المصب ثابت).


كما وصفنا أعلاه يتحكم جهد البوابة في مقدار التيار المار بين المصب والمصدر .


الشكل 1:

عندما يكون جهد البوابة صفرا يتزايد تيار المصب بتزايد جهد المصب خطيا في البدء ، ثم يصل إلى حالة " تشبع" بعد ذلك ويبقى ثابتا رغم تزايد جهد المصب (يصل إلى 10 مللي أمبير) .

وعندما نضع جهد البوابة -5و2 فولط (ويسمى هذا جهد انحياز) ، ونبدأ بزيادة جهد المصب نجد أن تيار المصب يزداد أيضا خطيا بتزايد جهد المصب ، إلى أنه يكون أقل من حالة وجود جهد مقداره 0 على البوابة . وبعد فترة يصل إلى التشبع حيث يبقى تيار المصب ثابتا على الرغم من تزايد جهد المصب (يصل إلى 5و7 مللي أمبير).

لدينا في الرسم حالتين أخرتين عندما يكون جهد البوابة (جهد الانحياز) -5 فولط و -5و7 فولط . وهما يتسمان بمرور تيار منخفض للمصب .

في الشكل 2:

يوضح تغير تيار المصب بتغير جهد البوابة عندما يكون جهد المصب ثابتا (جهد المصب يكون دائما موجبا ). عندما يكون جهد البوابة - 7 فولط مثلا فهو لا يسمح بمرور تيار بين المصب والمصدر. وعندما يصل جهد البوابة -4 فولط ، فهنا يبدأ سير تيار ضعيف بين المصب والمصدر . هذا الجهد هو الجهد الحرج للترانزستور ، فعندما يكون جهد البوابة أعلى منه فيمكن للتزانزستور أن يقوم بوظيفته .

حساب مضخم إشارات[عدل]

Common Source amplifier.png

في هذه الدائرة الإلكترونية التي تستخدم لتكبير إشارات متذبذبة ندخلها عند C1 ، نجد جهد انحياز على "البوابة" G للترانزستور JFET. يحدد هذا الجهد عن طريق مجزيء الجهد R1-R2  :


V_{GM}=U_{CC}.\frac{R_2}{R_1+R_2}

حيث V_{GM} هو فرق الجهد بين البوابة والأرضية ، (الأرضية هنا هي التوصيلة السفلى V 0 ، واستخدمنا للأرضية الرمز M اختصارا لكلمة Mass ).

يبلغ الجهد عند المصدر = Id.R4

وهو يكون أعلى من جهد البوابة حيث أن جهدها Vgs لا بد وأن يكون سالبا .

ويبلغ جهد المصب = U_{CC} - Id.R_3

حيث Id هو التيار المار بين المصب والمصدر .

ويمكننا الآن اختيار بيانات الدائرة :

فلنختار مثلا نقطة تشغيل الترانزستور المبينة اعلاه في الشكل 2 حيث Id = 2mA و Vgs = -2,5V.

أي أن جهد انحياز البوابة -5و2 فولط.

ونريد تثبيت الجهد عند Vgm = 1V.

فإدا كان الجهد الموجب للمصدر الخارجي الموصول بالمصب Ucc = 12 V, فيمكن اختيار على سبيل المثال المقاومتان R2 = 10kΩ و R1 = 110kΩ.


ونظرا لأن Vgs لا بد وان تساوي -2,5V, فلا بد ايضا من ان تكون Vs = 1+2,5 =3,5V.

كما أننا اخترنا 2mA = Id (وهو يساوي أيضا Is) , إذن فتبلغ المقاومة R4 = 3,5/2.10-3 وهذا يساوي 1,75kΩ .


بهذا نكون قد حددنا المقاومات R1 و R2 و R4 ، وباقي اختيار المقاومة R3 التي تحدد جهد المخرج عند D .


يختار جهد المصب عند D بصفة عامة في الوسط بين جهد المصدر و الجهد الخارجي Ucc, بحيث يسمح بتغير جهد المصب حتى أقصي جهد من جهة ، ومن جهة أخرى لضبط جهد المخرج في حالة الاستقرار ، عند ادخال إشارة متذبذبة من ناحية G ونريد تضخيمها وتخرج من C2.


وليكن اختيارنا أن نثبت Vdm عند 8 فولط (جهد المخرج عند C2). ونصل إلى ذلك باختيار المقاومة R3 = 2kΩ.

المواصفات التقنية لترانزستور[عدل]

I–V characteristics of n-channel JFET
شكل 4: تغير تيار المصب بتغير جهد المصب لـ n-channel JFET عند قيم مختلفة لجهد البوابة.

الشكل 3:

إلى اليسار يعطي مواصفات الترانزستور في شكل بياني التي يعطيها المصنع للمستهلك لاختيار نقطة التشغيل المناسبة للدائرة التي يرغبها . الرسم البياني إلى اليمين يوضح تغير التيار بين المصب والمصدر (الرأسي) بتغير جهد المصب (المحور الأفقي) وذلك عند قيم مختلفة لجهد الانحياز (جهد البوابة) .


الشكل 4:

طبقا لمعطيات مصنع الترانزستور كما في الشكل 4 يمكن اختيار "نقطة التشغيل" عن طريق اختيار جهد الانحياز Vgs , بغرض استخدام هذا الترانزستور في دائر مضخم إشارات . وليكن جهد الانحياز -8و0 فولط. (انظر إلى هذه النقطة على المنحنى المتقطع ).

تجد أنه عند ادخال اشارات متذبذبة متراكبة على جهد النحياز ويكون مطال الإشارات 2و0 فولط ، فيتغير جهد البوابة بين -8و0 + 2و0 = -6و0 فولط ، وبين -8و0 -2و0 = - 0و1 فولط .

تلك المنطقة على منحنى الخط المتقطع تضمن تساوي جزئي الإشارة الموجب والسالب عند المخرج ، فتكون الإشارة المكبرة غير مشوهة.


الشكل 5 (أسفله):

يوضح الشكل 5 دائرة تضخيم لإشارة مذبذبة ، وكيف أن الإشارة المضخمة الناتجة يمكن أن تكون مماثلة للإشارة الداخلة في شكلها [الصورة الاولى والثانية عند المخرج Ua ]. ومن الممكن تغير شكل الإشارة الناتجة كانقطاع نهايتها العظمى الموجبة [الصور الثالثة عند المخرج ] عندما تكون نقطة التشغيل عالية على منحنى الخط المتقطع  ; أو مقطوعة من أسفل [الصورة الرابعة لمخرج الإشارات ] عندما تكون نقطة التشغيل قريبة من الأرضي Mass potential.


تأثير اختيار نقطة التشغيل لمضخم إلكتروني.



تدخل الإشارات المتذبذبة عن طريق مغير الجهد P1 ، ونقطة التشغيل مختارة بواسطة قيم R و P2 . فإذا كانت نقطة التشغيل في الوسط بين الجهد الأقصى للمصب (الجهد الخارجي (+ ) ) و الحد الأدنى للجهد (جهد الأرضي (-) ) ، تكون الإشارة الناتجة متناظرة حول نقطة التشغيل .

أما إذا ازحنا نقطة التشغيل إلى أعلى فإن قمة الأشارة ستنقطع عند الحد الأقصى لجهد المصب ، وإذا أزحنا نقطة التشغيل إلى أسفل فإن أسفل الإشارة سيحده الجهد الأرضي. بهذا يتشوه شكل الإشارة الناتجة .


كذلك يتشوه شكل الإشارة الناتجة عندما تكون الإشارة المراد تكبيرها كبيرة . في هذه الحالة لا تكفي المسافة بين الجهد الأقصى والجهد الأدنى لاحتواء الإشارة ، وعندئذ يقال بأن الإشارة مقلّمة Clipping [الصورة الخامسة إلى اليمين ، بالألمانية Übersteuerung].

اقرأ أيضا[عدل]

Transistor stub.svg هذه بذرة مقالة عن الإلكترونيات أو العاملين في هذا المجال تحتاج للنمو والتحسين، فساهم في إثرائها بالمشاركة في تحريرها.