شرح الالكترونيات الابتدائية

للمبتدئين في الإلكترونيات ، والبناء المشاريع الإلكترونية الأساسية من مخطط الدائرة قد يكون أمرًا مربكًا. يهدف هذا الدليل السريع إلى مساعدة المبتدئين من خلال تمكينهم من الحصول على تفاصيل مفيدة حول الأجزاء الإلكترونية وكذلك فيما يتعلق بتقنيات بناء الدوائر. سوف نفحص الأجزاء الأولية مثل المقاومات والمكثفات والمحثات والمحولات ومقاييس الجهد.

المقاومات

المقاوم هو جزء يبدد الطاقة ، عادة عن طريق الحرارة. يتم تعريف التنفيذ بالعلاقة المعروفة باسم قانون أوم: V = I X R حيث V هو الجهد فوق المقاوم بالفولت ، وأشير إلى التيار عبر المقاوم بالأمبير و R هي قيمة المقاوم بالأوم. تظهر تمثيلات المقاوم في الشكل 1.1.

إما نحن قادرون على ذلك الاستفادة من المقاوم لتغيير الجهد في موقع معين في الدائرة ، أو يمكننا تطبيقه لتغيير التيار في الموقع المطلوب من الدائرة.

يمكن تحديد قيمة المقاوم من خلال الحلقات الملونة حوله. ستجد 3 حلقات أو نطاقات أساسية تنقلنا هذه التفاصيل (الشكل 1.2).

تم رسم الأشرطة بألوان محددة ويمثل كل شريط ملون رقمًا كما هو موضح في الجدول 1.1. كمثال عندما تكون العصابات بنية ، حمراء وبرتقالية ، فإن قيمة المقاوم ستكون 12 × 1،00.0 أو 12000 أوم يتم تحديد 1000 أوم عادةً على أنها كيلو أوم أو ك ، بينما 1000000 ميجو أوم أو مو.

تشير آخر حلقة أو شريط ملون إلى مقدار التسامح للمقاوم ، لقيمة المقاوم المعينة. يكشف الذهب عن تفاوت + أو - 5 في المائة (± 5٪) ، بينما تشير الفضة إلى أنها + أو - 10 في المائة (± 10٪). إذا لم تجد أي نطاق موجود ، فعادة ما يعني ذلك أن التسامح هو ± 20 في المائة.

بشكل عام ، كلما زاد حجم المقاومة ، زادت القوة التي يمكن التعامل معها. قد يختلف تصنيف الطاقة بالواط من 1/8 وات إلى العديد من الواطات. هذه القوة هي في الأساس نتاج الجهد (V) والتيار (I) الذي يمر عبر المقاوم.

بتطبيق قانون أوم يمكننا تحديد القوة (P) التي تبددها المقاوم مثل P = V X I = I ^ 2R = V ^ 2 / R حيث R هي قيمة المقاوم. لن تجد أي جانب سلبي كهربائي أثناء العمل بمقاوم قد يكون عمليا أكبر من المواصفات المطلوبة.

يمكن أن يكون العيب الطفيف الوحيد في شكل أبعاد ميكانيكية متزايدة وربما تكاليف أعلى.

المكثفات

الاسم السابق لأي مكثف كان يستخدم كمكثف ، على الرغم من أن الاسم الحالي يبدو أكثر ارتباطًا بوظيفته الفعلية. تم تصميم المكثف 'بسعة' لتخزين الطاقة الكهربائية.

تتمثل الوظيفة الأساسية للمكثف في السماح بمرور تيار متناوب (تيار متردد) من خلاله ولكن يمنع التيار المباشر (تيار مستمر).

اعتبار آخر حاسم هو أنه في حالة وجود دي.سي. الجهد ، من على سبيل المثال من خلال بطارية ، متصل عبر مكثف للحظة ، بشكل أساسي ، سيستمر هذا التيار المستمر في البقاء عبر خيوط المكثف حتى يتم ربط إما عنصر مثل المقاوم عبره ، أو قد تقصر نهايات المكثف في النهاية مع بعضها البعض مما يؤدي إلى تفريغ الطاقة المخزنة.

اعمال بناء

بشكل عام ، يتكون المكثف من زوج من الألواح مفصولة بمحتوى عازل يُعرف بالعازل.

يمكن تشكيل العازل بواسطة الهواء أو الورق أو السيراميك أو البوليسترين أو أي نوع من المواد المناسبة المختلفة. بالنسبة لقيم السعة الأكبر ، يتم استخدام إلكتروليت لفصل العزل الكهربائي. هذه المادة الإلكتروليتية لديها القدرة على تخزين الطاقة الكهربائية بكفاءة عالية.

مطلوب عادة تيار مستمر ثابت للعمل بالسعة. هذا هو السبب في أننا نجد في الرسوم البيانية للدائرة الطرف الموجب للمكثف المشار إليه ككتلة بيضاء بينما الجانب السالب ككتلة سوداء.

تشمل المكثفات المتغيرة أو القابلة للضبط دوارة دوارة مفصولة بفجوة هوائية أو عازل مثل الميكا. إلى أي مدى تتداخل هذه الريشات مع بعضها البعض ، يحدد مقدار السعة ، ويمكن تغيير ذلك أو ضبطه عن طريق تحريك مغزل المكثف المتغير.

يتم قياس السعة في فاراد. ومع ذلك ، يمكن أن يكون مكثف فاراد كبيرًا جدًا لأي استخدام عملي. لذلك ، يتم تحديد المكثفات إما في microfarads (uF) أو nanofarad (nF) أو في picofarads (pF).

مليون بيكوفاراد يتوافق مع ميكروفاراد واحد ، ومليون ميكروفاراد يساوي فاراد واحد في الحجم. على الرغم من عدم استخدام nanofarads (nF) في كثير من الأحيان ، فإن nanofarad واحد يمثل ألف بيكوفاراد.

من حين لآخر ، قد تجد مكثفات أصغر تحمل رموز لونية عليها ، تمامًا مثل المقاومات.

لهذه ، يمكن تحديد القيم في pF كما هو موضح في مخطط الألوان المجاور. يوفر زوج العصابات في الأسفل التسامح والجهد العملي الأقصى للمكثف.

يجب أن نلاحظ بدقة أن معدل الجهد المطبوع على جسم المكثف يمثل الحد الأقصى المطلق للجهد المسموح به للمكثف والذي لا يجب تجاوزه أبدًا. أيضًا ، عند استخدام المكثفات الإلكتروليتية ، يجب فحص القطبية بعناية ولحامها وفقًا لذلك.

المحركات

في الدوائر الإلكترونية اداة الحث خصائص العمل هي عكس المكثفات. تُظهر المحاثات الميل لتمرير تيار مباشر من خلالها ولكن تحاول معارضة أو مقاومة التيار المتردد. عادة ما تكون على شكل لفائف من الأسلاك النحاسية المطلية بالمينا ، وعادة ما تكون ملفوفة حول سابقة.

لخلق قيمة عالية المحاثات ، عادةً ما يتم إدخال مادة حديدية على أنها جوهر ، أو يمكن تثبيتها مثل الغطاء المحيط بالملف خارجيًا.

السمة المهمة للمحث هي قدرته على توليد 'emf خلفي'. بمجرد إزالة الجهد المطبق عبر محث. يحدث هذا عادةً بسبب السمة الملازمة للمحث للتعويض عن فقدان التيار الأصلي عبر التيار.

يمكن رؤية الرموز التخطيطية للمحث في الشكل 1.5. وحدة الحث هي Henry ، على الرغم من أن الملي هنري أو الميكرو هنري (mH وعلى التوالي) تستخدم عادة في محاثات القياس في التطبيقات العملية.

واحد ملي هنري لديه 1000 ميكرو هنري بينما ألف ميلي هنري يساوي هنري واحد. المحاثات هي إحدى تلك المكونات التي يصعب قياسها خاصةً إذا لم تتم طباعة القيمة الفعلية. كما أن قياسها يصبح أكثر تعقيدًا عند إنشائها في المنزل باستخدام معلمات غير قياسية.

عندما يتم استخدام المحاثات لحجب إشارات التيار المتردد ، فإنها تسمى اختناقات تردد الراديو أو اختناقات التردد اللاسلكي (RFC). تُستخدم المحاثات مع المكثفات لتشكيل دوائر مضبوطة ، والتي تسمح فقط بنطاق التردد المحسوب ، وتحجب الباقي.

دوائر موالفة

ستسمح الدائرة المضبوطة (الشكل 1.6) ، التي تتضمن مغو L ومكثف C ، أساسًا إما بتردد معين بالتحرك عبر جميع الترددات الأخرى وحجبها ، أو تمنع قيمة تردد معينة وتسمح لجميع الترددات الأخرى بالمرور عبر.

يصبح مقياس انتقائية الدائرة المضبوطة التي تتحقق من قيمة التردد عامل Q (للجودة).

يُطلق على هذه القيمة المضبوطة للتردد أيضًا تردد الطنين (f0) ويتم قياسها بالهرتز أو الدورات في الثانية.

يمكن استخدام مكثف ومحث في سلسلة أو بالتوازي لتشكيل a دارة ضبط الرنين (الشكل 1.6.a). قد يكون للدارة المضبوطة التسلسلية خسارة منخفضة مقارنةً بالدائرة المضبوطة المتوازية (الشكل 1.6.b) بها خسارة عالية.

عندما نذكر الخسارة هنا ، فإنها تشير عادةً إلى نسبة الجهد عبر الشبكة ، إلى التيار المتدفق عبر الشبكة. يُعرف هذا أيضًا بمقاومته (Z).

قد تكون الأسماء البديلة لهذه الممانعة لمكونات محددة في شكل على سبيل المثال المقاومة (R) للمقاومات والمفاعلة (X) للمحاثات والمكثفات.

محولات

تستخدم المحولات لتصعيد الجهد / التيار المتردد للإدخال إلى مستويات إخراج أعلى أو للتنحي عن نفس المستوى إلى مستويات خرج أقل. يضمن هذا العمل أيضًا في وقت واحد عزلًا كهربائيًا كاملًا عبر مدخلات التيار المتردد ومخرج التيار المتردد. يمكن رؤية اثنين من المحولات في الشكل. 1.7.

تشير المصنوعات إلى جميع التفاصيل الموجودة على الجانب الأساسي أو جانب الإدخال من خلال اللاحقة '1'. يُشار إلى الجانب الثانوي ، أو جانب الإخراج ، باللاحقة '2' T1 و T2 تشير إلى مقدار المنعطفات على الأساسي والثانوي في المقابل. ثم:

عندما تم تصميم المحولات للتنحي عن التيار الكهربائي 240 فولت إلى جهد أقل ، لنقل 6 فولت ، يشتمل الجانب الأساسي على عدد أكبر نسبيًا من المنعطفات باستخدام سلك قياس أرق بينما يتم بناء الجانب الثانوي باستخدام عدد أقل نسبيًا من المنعطفات ولكن باستخدام سلك قياس أكثر سمكًا.

هذا يرجع إلى حقيقة أن الجهد العالي يتضمن تيارًا أقل نسبيًا وبالتالي سلكًا أرق ، في حين أن الجهد المنخفض ينطوي على تيار أعلى نسبيًا وبالتالي سلكًا أكثر سمكًا. قيم القوة الكهربائية الأولية والثانوية الصافية (V x I) متساوية تقريبًا في محول مثالي.

عندما يحتوي ملف المحول على سلك مستخرج من أحد المنعطفات (الشكل 1.7.b) ، ينتج عنه تقسيم جهد اللف عبر التنصت والذي يتناسب مع عدد المنعطفات على الملف مفصولة بسلك متوسط.

سيظل صافي حجم الجهد عبر النهاية الكاملة إلى نهاية الملف الثانوي وفقًا للصيغة الموضحة أعلاه

يعتمد حجم المحول على حجم مواصفاته الحالية الثانوية. إذا كانت المواصفات الحالية أكبر ، تزداد أبعاد المحول أيضًا بشكل متناسب.

هناك أيضا محول مصغر مصمم ل دوائر عالية التردد ، مثل أجهزة الراديو ، المرسلات إلخ ولديهم مكثف داخلي متصل عبر الملف.

كيفية استخدام أشباه الموصلات في المشاريع الإلكترونية

بواسطة: غابة ميمس

يمكن أن يكون بناء المشاريع الإلكترونية وتجربتها أمرًا مجزيًا ، ولكنه يمثل تحديًا كبيرًا. يصبح الأمر أكثر إرضاءً ، عندما تكون أنت هاوي أنهِ بناء مشروع دائرة ، وشغِّله ، وابحث عن نموذج عمل مفيد تم تطويره من مجموعة من المكونات غير المرغوب فيها. هذا ، يجعلك تشعر وكأنك منشئ ، بينما يعرض المشروع الناجح جهودك الهائلة ومعرفتك في المجال المعني.

قد يكون هذا لمجرد الاستمتاع ببعض أوقات الفراغ. قد يرغب بعض الأشخاص الآخرين في إنجاز مشروع لم يتم تصنيعه بعد ، أو قد يتم تخصيص منتج إلكتروني من السوق إلى إصدار أكثر ابتكارًا.

لتحقيق النجاح أو تعطل عطل في الدائرة ، يجب أن تكون على دراية جيدة بعمل المكونات المختلفة وكيفية تنفيذها بشكل صحيح في الدوائر العملية. حسنًا ، دعنا نصل إلى النقطة.

سنبدأ في هذا البرنامج التعليمي باستخدام أشباه الموصلات.

كيف أشباه الموصلات تم إنشاؤه باستخدام السيليكون

ستجد مجموعة متنوعة من المكونات شبه الموصلة ، لكن السيليكون ، وهو العنصر الأساسي للرمل ، هو من بين العناصر الأكثر شهرة. تتكون ذرة السيليكون من 4 إلكترونات فقط داخل غلافها الخارجي.

ومع ذلك قد ترغب في الحصول على 8 منهم. نتيجة لذلك ، تتعاون ذرة السيليكون مع الذرات المجاورة لها لمشاركة الإلكترونات بالطريقة التالية:

عندما تشترك مجموعة من ذرات السيليكون في إلكتروناتها الخارجية ، ينتج عن ذلك تكوين ترتيب يُعرف بالبلورة.

يُظهر الرسم أدناه بلورة سيليكون بها إلكتروناتها الخارجية فقط. لا يوفر السيليكون في شكله النقي غرضًا مفيدًا.

بسبب هذه الشركات المصنعة تعزز هذه العناصر القائمة على السيليكون بالفوسفور والبورون والمكونات الإضافية. هذه العملية تسمى 'المنشطات' من السيليكون. بمجرد تنفيذ المنشطات ، يتم تحسين السيليكون بخصائص كهربائية مفيدة.

سيليكون مخدر P و N : يمكن استخدام عناصر مثل البورون والفوسفور بشكل فعال للاندماج مع ذرات السيليكون لتصنيع البلورات. ها هي الحيلة: تحتوي ذرة البورون على 3 إلكترونات فقط في غلافها الخارجي ، بينما تحتوي ذرة الفوسفور على 5 إلكترونات.

عندما يتم دمج أو مخدر السيليكون مع بعض إلكترونات الفوسفور فإنه يتحول إلى n من السيليكون (ن = سلبي). عندما يتم دمج السيليكون مع ذرات البورون التي تفتقر إلى الإلكترون ، يتحول السيليكون إلى سيليكون من النوع p (p = إيجابي).

P- نوع السيليكون. عندما يتم تخدير ذرة البورون بمجموعة من ذرات السيليكون ، فإنها تؤدي إلى ظهور تجويف إلكتروني شاغر يسمى 'ثقب'.

هذا الثقب يجعل من الممكن لإلكترون من ذرة مجاورة أن 'يسقط' في الفتحة (الفتحة). هذا يعني أن 'ثقب' واحد قد غير موقعه إلى موقع جديد. ضع في اعتبارك أن الثقوب يمكن أن تطفو بسهولة عبر السيليكون (بنفس الطريقة التي تتحرك بها الفقاعات على الماء).

N- نوع السيليكون. عندما يتم دمج ذرة الفوسفور أو مخدر مع مجموعة من ذرات السيليكون ، يعطي النظام إلكترونًا إضافيًا يُسمح له بالانتقال عبر بلورة السيليكون براحة نسبية.

من الشرح أعلاه نفهم أن السيليكون من النوع n سيسهل مرور الإلكترونات عن طريق التسبب في قفز الإلكترونات من ذرة إلى أخرى.

من ناحية أخرى ، سيمكن السيليكون من النوع p أيضًا من مرور الإلكترونات ولكن في الاتجاه المعاكس. لأنه في النوع p ، فإن الثقوب أو أغلفة الإلكترونات الشاغرة هي التي تسبب نقل الإلكترونات.

إنها مثل مقارنة شخص يركض على الأرض ، وشخص يركض على جهاز السير المتحرك . عندما يجري شخص ما على الأرض ، تظل الأرض ثابتة ، ويتحرك الشخص للأمام ، بينما يظل الشخص ثابتًا في جهاز المشي ، تتحرك الأرض للخلف. في كلتا الحالتين ، يمر الشخص بحركة نسبية إلى الأمام.

فهم الثنائيات

يمكن مقارنة الثنائيات بالصمامات ، وبالتالي تلعب دورًا مهمًا في المشاريع الإلكترونية للتحكم في اتجاه تدفق الكهرباء داخل تكوين الدائرة.

نحن نعلم أن كلاً من السيليكون من النوع n و p له القدرة على توصيل الكهرباء. تعتمد مقاومة كلا المتغيرين على النسبة المئوية للثقوب أو الإلكترونات الزائدة التي تمتلكها. نتيجة لذلك ، قد يكون النوعان أيضًا قادرين على التصرف مثل المقاومات ، مما يقيد التيار ويسمح له بالتدفق فقط في اتجاه معين.

من خلال إنشاء العديد من السيليكون من النوع p داخل قاعدة من السيليكون من النوع n ، يمكن تقييد الإلكترونات للتحرك عبر السيليكون في اتجاه واحد فقط. هذه هي حالة العمل الدقيقة التي يمكن رؤيتها في الثنائيات ، التي تم إنشاؤها باستخدام منشطات السيليكون بتقاطع pn.

كيف يعمل الصمام الثنائي

يساعدنا الرسم التوضيحي التالي في الحصول على توضيح سهل بشأن كيفية استجابة الصمام الثنائي للكهرباء في اتجاه واحد (للأمام) ويضمن حجب الكهرباء في الاتجاه المعاكس (عكسًا).

في الشكل الأول ، يتسبب فرق جهد البطارية في تنافر الثقوب والإلكترونات باتجاه الوصلة p-n. في حالة تجاوز مستوى الجهد 0.6 فولت (بالنسبة إلى الصمام الثنائي السليكوني) ، يتم تحفيز الإلكترونات للقفز عبر التقاطع والانصهار مع الثقوب ، مما يجعل من الممكن نقل الشحنة الحالية.

في الشكل الثاني ، يتسبب فرق جهد البطارية في سحب الثقوب والإلكترونات بعيدًا عن التقاطع. هذا الموقف يمنع تدفق الشحنة أو التيار يسد مسارها. عادة ما يتم تغليف الثنائيات في غلاف زجاجي أسطواني صغير.

يحدد شريط دائري غامق أو مائل إلى اللون الأبيض حول أحد طرفي جسم الصمام الثنائي محطة الكاثود الخاصة به. يصبح الطرف الآخر بشكل طبيعي محطة الأنود. توضح الصورة أعلاه كلاً من الغلاف المادي للديود وكذلك رمزه التخطيطي.

لقد فهمنا الآن أنه يمكن مقارنة الصمام الثنائي بمفتاح إلكتروني أحادي الاتجاه. ما زلت بحاجة إلى فهم كامل لبعض العوامل الأخرى لعمل الصمام الثنائي.

فيما يلي بعض النقاط المهمة:

1. لا يجوز للديود توصيل الكهرباء حتى يصل الجهد الأمامي المطبق إلى مستوى عتبة معين.

بالنسبة لثنائيات السيليكون ، تبلغ حوالي 0.7 فولت.

2. عندما يصبح التيار الأمامي مرتفعًا جدًا أو أعلى من القيمة المحددة ، فقد يتلف الصمام الثنائي شبه الموصل أو يحترق! ويمكن أن تتفكك الاتصالات الطرفية الداخلية.

إذا احترقت الوحدة ، فقد يظهر الصمام الثنائي فجأة التوصيل عبر كلا الاتجاهين النهائيين. قد تؤدي الحرارة الناتجة عن هذا العطل إلى تبخير الوحدة في النهاية!

3. الجهد العكسي المفرط قد يؤدي إلى توصيل الصمام الثنائي في الاتجاه المعاكس. نظرًا لأن هذا الجهد كبير جدًا ، فقد يؤدي تدفق التيار غير المتوقع إلى كسر الصمام الثنائي.

أنواع واستخدامات الصمام الثنائي

الثنائيات متوفرة في العديد من الأشكال والمواصفات المختلفة. فيما يلي بعض الأشكال المهمة التي يشيع استخدامها في الدوائر الكهربائية:

ديود إشارة صغيرة: يمكن استخدام هذه الأنواع من الثنائيات لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر منخفض التيار ، لـ كشف أو إزالة تشكيل إشارات الترددات اللاسلكية ، في الجهد تطبيق مضاعف ، العمليات المنطقية ، لتحييد ارتفاعات الجهد العالي ، وما إلى ذلك لصنع مقومات القدرة.

مقومات الطاقة الثنائيات : لها سمات وخصائص متشابهة مثل الصمام الثنائي للإشارة الصغيرة ، ولكن تم تصنيفها على التعامل مع مقادير كبيرة من التيار . يتم تركيبها فوق حاويات معدنية كبيرة تساعد على امتصاص وتبديد الحرارة غير المرغوب فيها وتوزيعها عبر لوحة مبدد حراري متصلة.

يمكن رؤية مقومات الطاقة في الغالب في وحدات الإمداد بالطاقة. المتغيرات الشائعة هي 1N4007 ، 1N5402 / 5408 ، 6A4 إلخ

زينر ديود : هذا نوع خاص من الصمام الثنائي يتميز بجهد انهيار عكسي محدد. بمعنى ، يمكن أن تعمل ثنائيات زينر مثل مفتاح تحديد الجهد. يتم تصنيف ثنائيات زينر بجهود انهيار مطلقة (Vz) والتي قد تتراوح من 2 إلى 200 فولت.

الصمام الثنائي الباعث للضوء أو المصابيح : جميع أشكال الثنائيات لها خاصية إصدار القليل من الإشعاع الكهرومغناطيسي عند تطبيقها على جهد قاعدة أمامية.

ومع ذلك ، فإن الثنائيات التي يتم إنشاؤها باستخدام مواد أشباه الموصلات مثل فوسفيد زرنيخيد الغاليوم تتمتع بالقدرة على إصدار كمية أكبر بكثير من الإشعاع مقارنة بثنائيات السيليكون العادية. وتسمى هذه الصمامات الثنائية الباعثة للضوء أو المصابيح.

ضوئي : مثلما تصدر الثنائيات بعض الإشعاع ، فإنها تعرض أيضًا مستوى معينًا من التوصيل عند إضاءتها بمصدر ضوء خارجي.
ومع ذلك ، فإن الثنائيات المصممة خصيصًا لاكتشاف والاستجابة للضوء أو الإضاءة تسمى الثنائيات الضوئية.

تحتوي على نافذة زجاجية أو بلاستيكية تسمح للضوء بالدخول إلى المنطقة الحساسة للضوء في الصمام الثنائي.

عادة ما تحتوي هذه على منطقة تقاطع كبيرة للتعرض المطلوب للضوء.

يسهل السيليكون صنع الثنائيات الضوئية الفعالة.

تُستخدم أنواع مختلفة من الثنائيات على نطاق واسع في العديد من التطبيقات. في الوقت الحالي ، دعونا نناقش وظيفتين مهمتين للإشارة الصغيرة الثنائيات والمعدلات :

الأول عبارة عن دائرة مقوم بموجة واحدة يتم من خلالها تصحيح التيار المتردد بإمداد قطبي مزدوج متغير إلى إشارة أو جهد قطبي واحد (dc).

التكوين الثاني هو دائرة مقوم الموجة الكاملة والتي تشتمل على تكوين رباعي الصمامات ويطلق عليها أيضًا جسر المعدل . هذه الشبكة لديها القدرة على تصحيح كلا نصفي إشارة دخل التيار المتردد.

لاحظ التمييز في النتيجة النهائية من الدائرتين. في دائرة نصف الموجة ، تنتج دورة واحدة فقط من المدخلات AC ناتجًا ، بينما في الجسر الكامل يتم تحويل كلتا الدورتين النصفيتين إلى قطبية واحدة DC.

الترانزستور

قد يكون من المستحيل تقريبًا إكمال مشروع إلكتروني بدون ترانزستور ، والذي يشكل في الواقع لبنة البناء الأساسية للإلكترونيات.

الترانزستورات عبارة عن أجهزة شبه موصلة لها ثلاثة أطراف أو خيوط. يسمح مقدار ضئيل للغاية من التيار أو الجهد على أحد الخيوط بالتحكم في كمية أكبر بكثير من مرور التيار عبر السلكين الآخرين.

وهذا يعني أن الترانزستورات هي الأنسب للعمل كمضخمات وتبديل منظمات. سوف تجد مجموعتين أساسيتين من الترانزستورات: ثنائي القطب (BJT) وتأثير المجال (FET).

في هذه المناقشة سنركز فقط على الترانزستورات ثنائية القطب BJT. ببساطة ، عن طريق إضافة تقاطع مكمل إلى الصمام الثنائي p-n للتقاطع ، يصبح من الممكن إنشاء 'شطيرة' من السيليكون المكونة من 3 أقسام. يمكن أن يكون هذا التشكيل الشبيه بالشطيرة إما n-p-n أو p-n-p.

في كلتا الحالتين ، تعمل منطقة القسم الأوسط مثل نظام الحنفية أو التحكم الذي ينظم كمية الإلكترونات أو انتقال الشحنة عبر الطبقات الثلاث. الأقسام الثلاثة للترانزستور ثنائي القطب هي الباعث والقاعدة والمجمع. يمكن أن تكون منطقة القاعدة رفيعة جدًا وتحتوي على ذرات منشطات أقل بكثير مقارنة بالباعث والمجمع.

نتيجة لذلك ، ينتج عن تيار قاعدة الباعث المخفّض بدرجة كبيرة تيار أكبر بكثير للمجمع-الباعث للتحرك. تتشابه الثنائيات والترانزستورات مع العديد من الخصائص المهمة:

لن يسمح تقاطع القاعدة-الباعث الذي يشبه تقاطع الصمام الثنائي بنقل الإلكترون ما لم يتجاوز الجهد الأمامي 0.7 فولت. تؤدي الكمية الزائدة من التيار إلى تسخين الترانزستور والأداء بكفاءة.

في حالة ارتفاع درجة حرارة الترانزستور بشكل كبير ، فقد يتطلب الأمر إيقاف تشغيل الدائرة! في النهاية ، قد تتسبب كمية مفرطة من التيار أو الجهد في حدوث تلف دائم لمادة أشباه الموصلات التي تشكل الترانزستور.

يمكن العثور على أنواع مختلفة من الترانزستورات اليوم. الأمثلة الشائعة هي:

إشارة صغيرة وتحويل : يتم تطبيق هذه الترانزستورات لتضخيم إشارات الإدخال منخفضة المستوى إلى مستويات أكبر نسبيًا. يتم إنشاء تبديل الترانزستورات إما للتبديل في وضع التشغيل بالكامل أو إيقاف التشغيل بالكامل. يمكن استخدام العديد من الترانزستورات على حد سواء للتضخيم والتبديل بشكل جيد.

ترانزستور الطاقة : تستخدم هذه الترانزستورات في مكبرات الصوت عالية الطاقة وإمدادات الطاقة. عادة ما تكون هذه الترانزستورات كبيرة الحجم وذات غلاف معدني ممتد لتسهيل قدر أكبر من تبديد الحرارة والتبريد ، وكذلك لسهولة تركيب المبددات الحرارية.

تردد عالي : تستخدم هذه الترانزستورات في الغالب أدوات تعتمد على الترددات اللاسلكية مثل أجهزة الراديو والتلفزيون والميكروويف. هذه الترانزستورات مبنية مع منطقة قاعدية أرق ، ولها أبعاد جسم مخفضة. يمكن رؤية الرموز التخطيطية للترانزستورات npn و pnp أدناه:

تذكر أن علامة السهم التي تشير إلى دبوس الباعث تشير دائمًا إلى اتجاه تدفق الثقوب. عندما تُظهر علامة السهم اتجاهًا معاكسًا للقاعدة ، فإن BJT بها باعث يتكون من مادة من النوع n.

تحدد هذه العلامة الترانزستور على وجه التحديد كجهاز n-p-n بقاعدة بها مادة من النوع p. من ناحية أخرى ، عندما تشير علامة السهم إلى القاعدة ، فهذا يشير إلى أن القاعدة تتكون من مادة من النوع n ، وتفاصيل أن كل من الباعث والمجمع يتكونان من مادة من النوع p ، ونتيجة لذلك ، فإن الجهاز a pnp BJT.

كيف استخدم الترانزستورات ثنائية القطب

عندما يتم تطبيق جهد أرضي أو 0 فولت على قاعدة ترانزستور npn ، فإنه يمنع تدفق التيار عبر أطراف الباعث والمجمع ويتم إيقاف تشغيل الترانزستور.

في حالة انحياز القاعدة للأمام من خلال تطبيق فرق محتمل لا يقل عن 0.6 فولت عبر مسامير باعث القاعدة في BJT ، فإنها تبدأ على الفور في تدفق التيار من الباعث إلى أطراف المجمع ويقال إن الترانزستور قد تم تبديله. تشغيل.'

بينما يتم تشغيل BJTs بهاتين الطريقتين فقط ، يعمل الترانزستور مثل مفتاح التشغيل / الإيقاف. في حالة انحياز القاعدة للأمام ، يصبح حجم تيار المجمع-الباعث معتمدًا على الاختلافات الأصغر نسبيًا في تيار القاعدة.

ال يعمل الترانزستور في مثل هذه الحالات كمكبر للصوت . يتعلق هذا الموضوع الخاص بالترانزستور حيث من المفترض أن يكون الباعث هو المحطة الأرضية المشتركة للإدخال والإشارة على حد سواء ، ويشار إليه باسم دائرة الباعث المشترك . يمكن تصور عدد قليل من دارات الباعث المشترك الأساسية من خلال المخططات التالية.

الترانزستور كمفتاح

سيقبل تكوين الدائرة هذا نوعين فقط من إشارة الإدخال ، إما إشارة 0V أو إشارة أرضية ، أو جهد موجب + V أعلى من 0.7V. لذلك ، في هذا الوضع ، يمكن تشغيل الترانزستور أو إيقاف تشغيله. يمكن أن يتراوح المقاومة في القاعدة بين 1 كيلو و 10 كيلو أوم.

الترانزستور العاصمة مكبر للصوت

في هذه الدائرة مقاومة متغيرة يخلق انحيازًا أماميًا إلى الترانزستور وينظم حجم تيار القاعدة / الباعث. المتر يظهر مقدار التيار يتم تسليمها عبر خيوط باعث التجميع.

يضمن المقاوم لسلسلة العدادات سلامة العداد ضد التيار الزائد ، ويمنع تلف ملف العداد.

في دائرة تطبيق حقيقية ، يمكن إضافة مقياس الجهد باستخدام مستشعر مقاوم ، تختلف مقاومته استجابةً لعامل خارجي مثل الضوء ودرجة الحرارة والرطوبة وما إلى ذلك.

ومع ذلك ، في المواقف التي تتباين فيها إشارات الإدخال بسرعة ، تصبح دائرة مضخم التيار المتردد قابلة للتطبيق كما هو موضح أدناه:

مضخم التيار المتردد الترانزستور

يُظهر مخطط الدائرة دائرة مضخم تيار متردد بترانزستور أساسية للغاية. يمنع المكثف الموجود عند المدخلات أي شكل من أشكال التيار المستمر من دخول القاعدة. يتم حساب المقاوم المطبق على الانحياز الأساسي لإنشاء جهد يساوي نصف مستوى الإمداد.

الإشارة التي يتم تضخيمها 'تنزلق' على طول هذا الجهد الثابت وتغير اتساعها فوق وتحت مستوى جهد التبريد هذا.

إذا لم يتم استخدام المقاوم المتحيز ، فسيتم تضخيم نصف العرض فوق مستوى 0.7 فولت فقط مما يتسبب في حدوث كميات كبيرة من التشوهات غير السارة.

بخصوص اتجاه التيار

نحن نعلم أنه عندما تنتقل الإلكترونات عبر موصل ، فإنها تولد تدفقًا للتيار عبر الموصل.

نظرًا لأن حركة الإلكترونات تقنيًا هي في الواقع من منطقة مشحونة سالبة إلى منطقة مشحونة إيجابياً ، فلماذا تظهر علامة السهم في رمز الصمام الثنائي للإشارة إلى تدفق معاكس للإلكترونات.

يمكن تفسير ذلك بنقطتين.

1) وفقًا للنظرية الأولية لبنجامين فرانكلين ، تم افتراض أن تدفق الكهرباء من المنطقة الموجبة إلى المنطقة المشحونة السالبة. ومع ذلك ، بمجرد اكتشاف الإلكترونات ، كشفت الحقيقة الفعلية.

ومع ذلك ، استمر الإدراك في البقاء كما هو ، واستمرت الخطط في اتباع الخيال التقليدي الذي يظهر فيه التدفق الحالي من الإيجابي إلى السلبي ، لأن التفكير بطريقة ما بالعكس يجعل من الصعب علينا محاكاة النتائج.

2) في حالة أشباه الموصلات ، فإن الثقوب هي التي تنتقل عكس الإلكترونات. هذا يجعل الإلكترونات تبدو وكأنها تتحول من الموجب إلى السالب.

لكي نكون دقيقين ، يجب ملاحظة أن تدفق التيار هو في الواقع تدفق الشحنة الناتج عن وجود أو عدم وجود الإلكترون ، ولكن فيما يتعلق بالرمز الإلكتروني ، نجد ببساطة الطريقة التقليدية أسهل في اتباعها ،

الثايرستور

تمامًا مثل الترانزستورات ، فإن الثايرستورات هي أيضًا أجهزة شبه موصلة لها ثلاثة أطراف وتلعب دورًا مهمًا في العديد من المشاريع الإلكترونية.

تمامًا كما يتم تشغيل الترانزستور بتيار صغير عند أحد الخيوط ، يعمل الثايرستور أيضًا بنفس الطريقة ويمكّن تيارًا أكبر بكثير من التوصيل عبر الخيوط التكميلية الأخرى.

الاختلاف الوحيد هو أن الثايرستور ليس لديه القدرة على تضخيم إشارات التيار المتردد المتذبذبة. يستجيبون لإشارة إدخال التحكم إما عن طريق التشغيل الكامل أو الإيقاف الكامل. هذا هو السبب في أن الثايرستور يُعرف أيضًا باسم 'مفاتيح الحالة الصلبة'.

مقومات التحكم بالسيليكون (SCR)

SCRs هي أجهزة تمثل شكلين أساسيين من الثايرستور. هيكلها يشبه الترانزستورات ثنائية القطب ولكن SCR لها طبقة رابعة ، ومن ثم ثلاثة تقاطعات ، كما هو موضح في الشكل التالي.

يمكن تصور التخطيط الداخلي SCR والرمز التخطيطي في الصورة التالية.

عادةً ، يتم عرض pinouts SCR بأحرف مفردة على النحو التالي: A للأنود ، K (أو C) للكاثود ، و G للبوابة.

عندما يتم تطبيق الأنود pinA الخاص بـ SCR بإمكانية موجبة أعلى من دبوس الكاثود (K) ، يصبح الوصلان الخارجيان منحازان للأمام ، على الرغم من أن الوصلة المركزية p-n تظل منحازة عكسية تمنع أي تدفق للتيار من خلالها.

ومع ذلك ، بمجرد تطبيق دبوس البوابة G بجهد موجب أدنى ، فإنه يسمح بقدرة أكبر بكثير للتوصيل من خلال دبابيس الأنود / الكاثود.

في هذه المرحلة ، يتم إغلاق SCR ويتم تشغيل البقايا حتى بعد إزالة انحياز البوابة. قد يستمر هذا إلى ما لا نهاية حتى يتم فصل القطب الموجب أو الكاثود مؤقتًا عن خط الإمداد.

يعرض المشروع التالي أدناه SCR تم تكوينه مثل مفتاح للتحكم في المصباح المتوهج.

مفتاح الجانب الأيسر هو مفتاح الضغط إلى الإيقاف مما يعني أنه يفتح عند الضغط عليه ، في حين أن مفتاح الجانب الأيمن هو مفتاح الضغط إلى التشغيل الذي يتم تشغيله عند الضغط عليه. عندما يتم الضغط على هذا المفتاح للحظات أو فقط أو ثانية ، فإنه يقوم بتشغيل المصباح.

مزلاج SCR ويتحول المصباح إلى وضع التشغيل الدائم. لإيقاف تشغيل المصباح إلى حالته الأولية ، يتم الضغط على مفتاح الجانب الأيسر للحظة.

يتم تصنيع SCRs بمعدلات طاقة وقدرة معالجة مختلفة ، من 1 أمبير ، و 100 فولت إلى 10 أمبير أو أعلى وعدة مئات من الفولتات.

ترياك

تستخدم Triacs بشكل خاص في الدوائر الإلكترونية التي تتطلب تبديل حمل التيار المتردد عالي الجهد.

يبدو الهيكل الداخلي للتيرستورات في الواقع مثل اثنين من SCR متصلان بالتوازي العكسي. هذا يعني أن التيرستورات يحصل على القدرة على توصيل الكهرباء في كلا الاتجاهين لإمدادات التيار المستمر وكذلك إمدادات التيار المتردد.

لتنفيذ هذه الميزة ، تم إنشاء التيرستورات باستخدام خمس طبقات من أشباه الموصلات مع منطقة إضافية من النوع n. يتم توصيل pinouts triac بحيث يتلامس كل دبوس مع زوج من منطقة أشباه الموصلات هذه.

على الرغم من أن وضع العمل لمحطة بوابة التيرستورات يشبه SCR ، إلا أنه لا تتم الإشارة إلى البوابة بشكل محدد إلى محطات الأنود أو الكاثود ، وذلك لأن التيرستورات يمكنها إجراء كلا الاتجاهين بحيث يمكن تنشيط البوابة مع أي من المحطات اعتمادًا على ما إذا تم استخدام إشارة موجبة أو إشارة سلبية لمشغل البوابة.

لهذا السبب ، تم تعيين طرفي حمل الحمولة الرئيسيتين في triac على أنهما MT1 و MT2 بدلاً من A أو K. تشير الأحرف MT إلى 'المحطة الرئيسية'. كما هو موضح في الرسم البياني التالي للدائرة.

عندما يتم تطبيق التيرستورات لتبديل التيار المتردد ، فإن الجر لا يعمل إلا طالما بقيت البوابة متصلة بإدخال إمداد صغير. بمجرد إزالة إشارة البوابة ، فإنها لا تزال تحافظ على التيرستورات في وضع التشغيل ولكن فقط حتى تصل دورة الموجة AC إلى خط عبور الصفر.

بمجرد وصول التيار المتردد إلى خط الصفر ، يقوم التيرستورات بإيقاف تشغيل نفسه والحمل المتصل بشكل دائم ، حتى يتم تطبيق إشارة البوابة مرة أخرى.

يمكن استخدام Triacs للتحكم في معظم الأجهزة المنزلية إلى جانب المحركات والمضخات.

على الرغم من تصنيف التيرستورات أيضًا وفقًا لقدرتها على المعالجة الحالية أو تصنيفها مثل SCRs ، إلا أن SCRs متاحة بشكل عام بتصنيفات حالية أعلى بكثير من التيرستورات.

أشباه الموصلات أجهزة انبعاث الضوء

عند تعرضها لمستويات عالية من الضوء والحرارة والإلكترونات والطاقات المماثلة ، تُظهر معظم أشباه الموصلات ميلًا لإصدار الضوء عند الطول الموجي المرئي للإنسان أو الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء.

أشباه الموصلات المناسبة بشكل مثالي لهذا هي تلك التي تأتي في عائلة ثنائيات الوصلة pn.

تقوم الثنائيات الباعثة للضوء (LED) بذلك عن طريق تحويل التيار الكهربائي مباشرة إلى ضوء مرئي. تعتبر LED فعالة للغاية مع تحويلها الحالي للضوء أكثر من أي شكل آخر من مصادر الضوء.

تستخدم مصابيح LED عالية السطوع البيضاء إضاءة المنزل الأغراض ، بينما تستخدم مصابيح LED الملونة في تطبيقات الديكور.

يمكن التحكم في شدة LED إما عن طريق التقليل الخطي لمدخل التيار المباشر أو من خلال تعديل عرض النبضة الإدخال يسمى أيضًا PWM.

كاشفات ضوء أشباه الموصلات

عندما يتلامس أي شكل من أشكال الطاقة مع بلورة شبه موصلة ، فإنها تؤدي إلى توليد تيار في البلورة. هذا هو المبدأ الأساسي وراء عمل جميع أجهزة استشعار الضوء شبه الموصلة.

يمكن تصنيف أجهزة الكشف عن الضوء بأشباه الموصلات إلى أنواع رئيسية:

تلك التي تم إنشاؤها باستخدام أشباه الموصلات pn والأخرى التي ليست كذلك.

في هذا التفسير سنتعامل فقط مع المتغيرات p-n. تعد أجهزة الكشف عن الضوء القائمة على تقاطع P-n هي العضو الأكثر استخدامًا في عائلة أشباه الموصلات الضوئية.

معظمها مصنوع من السيليكون ويمكنه اكتشاف الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة.

الثنائيات الضوئية:

الثنائيات الضوئية مصممة خصيصًا للمشاريع الإلكترونية المصممة لاستشعار الضوء. يمكنك العثور عليها في جميع أنواع الأدوات مثل الكاميرات ، أجهزة الإنذار ضد السرقة ، حي الاتصالات ، إلخ.

في وضع كاشف الضوء ، يعمل الصمام الثنائي الضوئي عن طريق إنشاء ثقب أو مشاركة الإلكترون عند تقاطع pn. يؤدي هذا إلى تحريك التيار بمجرد توصيل المحطات الجانبية للوصلة p و n بمصدر خارجي.

عند استخدامه في الوضع الكهروضوئي ، يعمل الثنائي الضوئي كمصدر حالي في وجود ضوء ساقط. في هذا التطبيق ، يبدأ الجهاز في العمل في وضع التحيز العكسي استجابةً لإضاءة ضوئية.

في حالة عدم وجود ضوء ، لا يزال تيار كمية دقيقة يتدفق المعروف باسم 'التيار المظلم'.

يتم تصنيع الثنائي الضوئي عمومًا في العديد من تصميمات التغليف المختلفة. وهي متوفرة في الغالب في هيكل بلاستيكي ، وعدسات وفلترة مثبتة مسبقًا ، وما إلى ذلك.

التمايز الرئيسي هو أبعاد أشباه الموصلات المستخدمة للجهاز. صممت الثنائيات الضوئية المخصصة لأوقات الاستجابة عالية السرعة في العملية الضوئية التحيز العكسي باستخدام أشباه الموصلات ذات المساحة الصغيرة.

تميل الثنائيات الضوئية ذات المساحة الأكبر إلى الاستجابة بشكل بطيء قليلاً ، ولكن قد يكون لديها القدرة على تقديم درجة أعلى من الحساسية لإضاءة الضوء.

يشترك الثنائي الضوئي والصمام الثنائي الباعث للضوء في رمز تخطيطي متطابق ، باستثناء اتجاه الأسهم المتجه إلى الداخل للديود الضوئي. اعتادت الثنائيات الضوئية عادةً على التعرف على النبضات المتغيرة السريعة حتى في الطول الموجي القريب من الأشعة تحت الحمراء ، كما هو الحال في اتصالات الموجات الضوئية.

توضح الدائرة أدناه الطريقة التي يمكن بها تطبيق الثنائي الضوئي في إعداد مقياس الضوء. نتائج خرج هذه الدائرة خطية تمامًا.

الترانزستورات الضوئية

يتم تطبيق أجهزة الترانزستورات الضوئية في المشاريع الإلكترونية التي تتطلب درجة أعلى من الحساسية. تم إنشاء هذه الأجهزة حصريًا لاستغلال حساسيتها لميزة الضوء في جميع الترانزستورات. بشكل عام ، يمكن العثور على الترانزستور الضوئي في جهاز npn به قسم قاعدة عريض يمكن أن يتعرض للضوء.

يأخذ الضوء الذي يدخل القاعدة مكان تيار باعث القاعدة الطبيعي الموجود في ترانزستورات npn العادية.

بسبب هذه الميزة ، فإن الترانزستور الضوئي قادر على تضخيم اختلافات الضوء على الفور. يوجد عادةً نوعان من أجهزة الترانزستورات الضوئية npn التي يمكن الحصول عليها. واحد مع هيكل npn القياسي ، البديل البديل يأتي مع ترانزستور npn إضافي لتقديم تضخيم إضافي ، ويعرف باسم ترانزستور 'photodarlington'.

هذه حساسة للغاية ، على الرغم من أنها بطيئة بعض الشيء مقارنة بالترانزستور الضوئي العادي npn. الرموز التخطيطية المستخدمة عمومًا لأجهزة الترانزستورات الضوئية مذكورة أدناه:

غالبًا ما يتم تطبيق الترانزستورات الضوئية لاكتشاف نبضات الضوء (التيار المتردد). يتم استخدامها بالإضافة إلى ذلك لتحديد الضوء المستمر (DC) ، مثل الدائرة التالية حيث يتم تطبيق photodarlington لتنشيط مرحل.

سيتم تحديث هذا البرنامج التعليمي بانتظام بمواصفات المكونات الجديدة ، لذا يرجى متابعة أخبارنا.