فهم ترانزستور ثنائي القطب BJT: الوظائف والتشغيل والتكوينات

مرحبًا ، أيها الأصدقاء ، مرحبًا بكم في قناة ALL ABOUT ELECTRONICS على YouTube. في هذا الفيديو ، سنتعرف على ترانزستور التقاطع ثنائي القطب. أدى اختراع الترانزستور إلى اختراع العديد من أجهزة أشباه الموصلات الأخرى بما في ذلك الدوائر المتكاملة. وفي الواقع ، بسبب هذه

الدوائر المتكاملة ، فإن أجهزة الكمبيوتر الحديثة ، وغيرها من الأدوات الإلكترونية ، التي نستخدمها أمر ممكن. لذا ، فإن ترانزستور التقاطع ثنائي القطب أو BJT عبارة عن جهاز شبه موصل ثلاثي الأطراف ، يمكن أن يعمل كموصل أو عازل بناءً على إشارة الإدخال المطبقة. وبسبب هذه

الخاصية ، يمكن استخدام الترانزستور كمفتاح في الإلكترونيات الرقمية. أو يمكن استخدامه كمكبر للصوت في الإلكترونيات التناظرية. في الوقت الحاضر ، تستخدم ترانزستورات التأثير الميداني على نطاق واسع في الصناعة الإلكترونية. ولكن لا يزال يتم استخدام BJTs على نطاق واسع. وأي

شخص مهتم بالإلكترونيات ، يجب أن يكون لديه بعض المعرفة الأساسية عن BJT. لذلك في ترانزستور التقاطع ثنائي القطب هذا ، هناك ثلاث مناطق مخدرة. الباعث والقاعدة والمجمع. واستناداً إلى تعاطي المنشطات في هذه المناطق الثلاث ، يُعرف باسم الترانزستور NPN أو PNP. لذلك

في حالة ترانزستور NPN ، يتم تخدير كل من الباعث والمجمع بشوائب من النوع N ، والقاعدة مخدرة بشوائب من النوع P. على الطرف الآخر ، في ترانزستور PNP ، يتم تخدير القاعدة بشوائب من النوع N ، والباعث والمجمعات مخدرون مع

شوائب من النوع P. وهنا ، يشير المصطلح ثنائي القطب إلى أن الإلكترونات والثقوب تساهم في تدفق التيار. الآن إذا نظرت داخل BJT هذا ، فهناك تقاطعان PN. واحد بين الباعث والقاعدة ، والثاني بين القاعدة والمجمع. ويبدو كما لو أن

الثنائيتين المتتاليتين متصلتان في السلسلة. لكن في الواقع ، لن تتصرف على هذا النحو. لأنه عندما نتصل بالثنائيات المتتالية ، فإننا نفترض أنه لا يوجد تفاعل بين الثنائيات. هذا يعني أن هذين الثنائيين يعملان بشكل مستقل. ولكن في

حالة BJT ، يوجد تفاعل بين المنطقتين. لذلك إذا قمنا بتوصيل الثنائيين من الخلف إلى الخلف مثل هذا ، فلن يتصرف مثل BJT. الآن إذا تحدثنا عن البناء الداخلي لـ BJT ، فإن الباعث مخدر بشدة ، ووظيفة الباعث

هي تزويد الإلكترون. وفي الواقع ، هذا هو السبب في أنه يُعرف باسم الباعث. ثم إذا تحدثت عن القاعدة ، فإنها مخدرة قليلاً ، ويكون تركيز المنشطات للمجمع بين الباعث والقاعدة. هذا يعني أن المجمع هو مخدر بشكل معتدل. وإذا تحدثنا

عن عرض هذه المناطق الثلاث ، فإن منطقة القاعدة تكون أضيق بكثير مقارنة بالمنطقتين . إذن من حيث العرض ، فإن منطقة Collector أوسع من المنطقتين الأخريين . لأن وظيفة منطقة المجمع هي جمع الإلكترونات التي يوفرها

الباعث. وفي الحقيقة ، هذا هو السبب في أنها تُعرف باسم المُجمع. الآن اعتمادًا على التحيز ، يمكن تشغيل BJT في ثلاث مناطق. المنطقة النشطة ومنطقة القطع ومنطقة التشبع. لذلك في حالة منطقة التشغيل النشطة ، يكون تقاطع قاعدة الباعث

متحيزًا للأمام. ويكون مفترق جامع القاعدة متحيزًا. لنفترض أن الجهد عند Emitter هو VE ، والجهد عند القاعدة هو VB ، والجهد عند المجمع هو VC. وللتحيز إلى الأمام ، يجب أن يكون جهد القاعدة أكبر من الباعث. وبالمثل

، لعكس انحياز تقاطع قاعدة المجمع هذا ، يجب أن يكون الجهد عند المجمع أكبر من القاعدة. هذا يعني ، لتشغيل BJT ، في المنطقة النشطة ، يمكننا القول ، يجب أن يكون جهد المجمع أكبر من جهد القاعدة ، ويجب أن يكون جهد القاعدة أكبر

من جهد الباعث. لذلك بمجرد استيفاء هذا الشرط ، سيعمل BJT في المنطقة النشطة. وبالمثل ، في منطقة القطع ، يتم عكس كل من تقاطع القاعدة-الباعث وتقاطعات جامع القاعدة. لذلك لتشغيل BJT في هذه المنطقة ، يجب أن يكون جهد الباعث

أكبر من الجهد الأساسي ، وفي نفس الوقت ، يجب أن يكون جهد المجمع أكبر من الجهد الأساسي. وبالمثل ، في حالة منطقة التشبع للعملية ، يكون كلا من باعث القاعدة وتقاطع جامع القاعدة في BJTs متحيزين للأمام. هذا يعني في منطقة العمل هذه ،

الجهد الأساسي VB أكبر من جهد الباعث ، وفي نفس الوقت ، هذا الجهد الأساسي ، أكبر أيضًا من جهد المجمع. هذه هي مناطق العمل الثلاثة ، في حالة BJT. بصرف النظر عن ذلك ، هناك منطقة تشغيل أخرى ، والتي تُعرف باسم

منطقة العملية النشطة العكسية. لذلك في منطقة التشغيل هذه ، بدلاً من تقاطع باعث القاعدة ، يكون تقاطع جامع القاعدة متحيزًا للأمام ، ويكون تقاطع باعث القاعدة متحيزًا عكسيًا. ولكن في منطقة العمل هذه ، يكون المكسب الذي توفره BJTs أقل بكثير ، ونتيجة لذلك ،

يتم عادةً تجنب منطقة التشغيل هذه. وبالمثل ، إذا تحدثنا عن ترانزستور PNP ، فعندئذٍ في حالة منطقة التشغيل النشطة ، يكون تقاطع باعث القاعدة هذا متحيزًا للأمام ، ويكون تقاطع قاعدة المجمع منحازًا عكسيًا. ولكن في هذه الحالة ، يكون جهد المشع أكبر من جهد القاعدة

، وبالمثل يكون جهد القاعدة أكبر من جهد المجمع. لذلك يمكننا القول أنه في حالة ترانزستور PNP ، لتشغيله في المنطقة النشطة ، يجب أن يكون جهد المشع أكبر من جهد القاعدة ، ويجب أن يكون جهد القاعدة أكبر من جهد المجمع.

وبالمثل ، يمكن أيضًا استخدام ترانزستور PNP في مناطق مختلفة. لذلك عندما يتم استخدام BJT للتضخيم ، يتم استخدامه في هذه المنطقة النشطة. ومتى تم استخدامه كمفتاح ، ويتم استخدامه في التشبع في منطقة القطع. وفي مقاطع الفيديو القادمة ،

سنرى بالتفصيل حول مناطق العمل المختلفة هذه. الآن إذا تحدثنا عن الرمز ، فهذا هو رمز ترانزستور NPN. إذن هذه المحطات الثلاثة ، هي جامع القاعدة والباعث. وهنا ، يشير هذا السهم إلى اتجاه التيار

أثناء منطقة التشغيل النشطة. لذلك في حالة ترانزستور NPN ، سيتدفق التيار من القاعدة باتجاه الباعث. على الطرف الآخر ، إذا رأيت رمز ترانزستور PNP ، فهو مشابه لترانزستور NPN ، ولكن هنا سينعكس اتجاه السهم. حتى الآن ،

سوف يتدفق التيار من الباعث باتجاه منطقة القاعدة. الآن كما قلت ، عندما يتم استخدام BJT لتضخيم الإشارة ، يتم تشغيلها في المنطقة النشطة. وهناك طرق مختلفة لتكوينه. لذلك في حالة تكوين Emitter المشترك ،

تكون محطة Emitter مشتركة بين المدخلات والمخرجات. هذا يعني أنه في هذا التكوين ، يتم تطبيق إشارة الإدخال بين القاعدة والباعث ، ويتم قياس الإخراج بين المجمع ومحطة الباعث. وبالمثل في حالة تكوين المُجمع المشترك ، فإن

طرف المُجمع يكون مشتركًا بين المدخلات وجانب المخرجات. وبالمثل في تكوين القاعدة المشترك ، فإن المحطة الأساسية مشتركة بين المدخلات وجانب المخرجات. لذلك كل تكوين له ميزته وعيوبه ، وسنرى كل هذه

التكوينات بالتفصيل في مقاطع الفيديو القادمة. ولكن باختصار ، بناءً على المتطلبات والتطبيق ، يمكن تكوين BJT في أي من هذه التكوينات الثلاثة. حسنًا ، دعونا الآن نفهم عمل BJT ، متى تم تشغيله في المنطقة النشطة.

وهنا ، سوف نأخذ مثال الترانزستور NPN. الآن قبل أن نفهم العمل ، اسمحوا لي فقط أن امسح الرموز التي تستخدم لجهد التوريد. كما ترون هنا ، بالنسبة لمستلزمات Base و Collector ، يتم استخدام اشتراك مزدوج. هذا يعني هنا ،

أن VBB هو مصدر جهد للقاعدة. و VCC هو جهد المنبع المتصل بمحطة المجمع. ويحدد هذا الجهد VBE الفرق بين الجهد عند القاعدة ومحطة الباعث. لذلك يمكن تعريف هذا الجهد VBE على أنه الجهد VB ناقص VE. لذلك إذا كان

الجهد عند طرف القاعدة هو VB والجهد عند طرف Emitter هو VE ، فيمكن تعريف الجهد VBE على أنه جهد VB ناقص VE. وهنا ، يتم قياس هذا الجهد VB و VE فيما يتعلق بالمحطة الأرضية. وبالمثل ، يمكن تعريف هذا الجهد VCE على أنه

جهد المجمع VC ناقص VE. لذلك بدلاً من VBE إذا كتبنا الجهد VEB ، فيمكن كتابته كجهد VE ناقص VB. وهذا الجهد سيكون سالب من VBE. لذلك خلال مناقشتنا حول BJT ، سنستخدم هذه الرموز. هنا يتم تطبيق جهد القاعدة ، و جهد المجمع

بهذه الطريقة ، فإن تقاطع الانبعاث الأساسي سوف يتحيز للأمام. وسيحصل تقاطع جامع القاعدة على تحيز معكوس. هذا يعني هنا ، أن BJT متحيز بطريقة ، هذا الجهد VBE موجب ، وهذا الجهد VCB موجب أيضًا. الآن إذا لاحظت هنا ،

هذا هو مفرق PN. لذلك عندما يكون تقاطع PN هذا متحيزًا للأمام ، ويكون انخفاض جهد الصورة النموذجي عبر هذا الصمام الثنائي في النطاق من 0.6 إلى 0.7 فولت. هذا يعني أنه كلما قمنا بتحيز إلى الأمام ، فإن تقاطع القاعدة المشع ، فإن انخفاض الجهد النموذجي بين هاتين القاعدتين والتقاطع المشع

سيكون حوالي 0.7 فولت تقريبًا. الآن بمجرد تطبيق جهد التحيز هذا ، سيتم دفع الإلكترونات من الباعث نحو محطة القاعدة. لأنه كما قلت سابقًا ، فإن الباعث هو المخدر بشدة. هذا يعني أن الباعث يحتوي على عدد كبير من الإلكترونات ،

حيث أن الغالبية هي الحاملة. وبمجرد تطبيق جهد الانحياز ، فإن هذا الجهد السالب سيدفع الإلكترونات نحو منطقة القاعدة. نتيجة لذلك ، ستبدأ الإلكترونات في التحرك نحو منطقة القاعدة. الآن بمجرد أن تدخل الإلكترونات منطقة القاعدة هذه ، وهناك مساران لها

. الأول هو أنه يمكن أن يتدفق نحو الطرف الموجب على اليسار ، والثاني هو أنه يمكن أن يتدفق إلى منطقة المجمع. لكن معظم الإلكترونات ستدخل منطقة المجمع. لأنه إذا رأيت هنا ، فإن القاعدة مخدرة قليلاً. هذا يعني أن عدد الثقوب في

منطقة القاعدة هذه صغير جدًا مقارنة بالإلكترونات القادمة من منطقة الباعث. هذا يعني أن الإلكترونات الحرة ، التي وصلت إلى منطقة القاعدة هذه ، ستشهد عمرًا أطول. والسبب الثاني هو أن عرض منطقة القاعدة رقيق جدًا. هذا يعني أن معظم الإلكترونات ، ستكون

قادرة على الهروب من منطقة القاعدة هذه ، ويمكنها الذهاب إلى منطقة المجمع. هذا يعني أنه في منطقة القاعدة هذه ، سيتم إعادة اتحاد عدد قليل من الإلكترونات مع هذه الثقوب ، وسوف تنجذب نحو الطرف الموجب لهذا VBB. وستدخل الإلكترونات المتبقية في

منطقة المجمع. الآن ، إذا لاحظت هنا ، بمجرد دخول الإلكترونات من الباعث إلى منطقة القاعدة ، فإنها ستصبح حاملات الشحنة الأقلية. وإذا رأيت هنا ، فإن ملتقى جامع القاعدة يكون متحيزًا. لذلك نظرًا للمجال الكهربائي المطبق في

محطات التجميع ، فإن حاملات الشحنة الأقلية هذه ، أو ستنجذب الإلكترونات نحو طرف المجمع. لذلك بمجرد أن تدخل الإلكترونات في منطقة المجمع هذه ، فإنها ستنجذب بواسطة الطرف الموجب لهذا VCC. لذا ، إذا رأيت اتجاه تدفق الإلكترون ،

ومن الباعث ستتدفق الإلكترونات في هذا الاتجاه ، وستجمع منطقة المجمع معظم الإلكترونات المنبعثة من الباعث. وسوف تتدفق كمية صغيرة جدًا من الإلكترونات فقط في هذا الاتجاه. وإذا رأينا اتجاه الثقوب ،

فسيكون عكس اتجاه تدفق الإلكترونات تمامًا. وفي الواقع ، فإن التيار التقليدي ، سوف يتدفق أيضًا في نفس الاتجاه. هذا يعني أن IB الحالي الأساسي سوف يتدفق في هذا الاتجاه ، بينما سيتدفق المجمع والتيار الباعث في هذا الاتجاه. فلنقم الآن بتأسيس

العلاقة بين كل هذه التيارات. لذلك إذا قمت بتطبيق KCL ، فيمكننا القول أن IB زائد IC الحالي ، هذا يساوي تيار الباعث. هذا يعني أن تيار الباعث هو مجموع تيار القاعدة وتيار المجمع. كما قلت ، فقط جزء من الإلكترونات

قادر على السير في هذا الاتجاه. هذا يعني أن تيار القاعدة سيكون صغيرًا جدًا. أو يمكننا القول أن هذا المجمع الحالي IC يساوي تقريبًا IE. ويمكن تعريفه بالضبط على أن IC الحالي للمجمع يساوي alpha ضرب IE. ويحدد هذا ألفا ، أي جزء من

تيار الباعث يتدفق عبر طرف المجمع. الآن إذا وضعنا قيمة IC هذه في هذا التعبير ، فيمكننا القول أن هذا الأساس الحالي IB زائد alpha في IE يساوي IE. هذا يعني أن IB الحالي الأساسي يساوي 1 ناقص alpha مرة Emitter current. ومرة أخرى ، إذا وضعنا

قيمة IE من حيث تيار المجمع ، فيمكننا القول أن IB الحالي الأساسي يساوي 1 ناقص alpha مضروبًا في IC مقسومًا على alpha. هذا يعني أن IB الحالي الأساسي يساوي 1 ناقص alpha مقسومًا على alpha times Collector current. أو يمكننا أن نقول أن المجمع IC الحالي هو

يساوي ألفا مقسومًا على 1 ناقص ألفا مضروبًا في القاعدة الحالية. ولنفترض أن هذا يساوي بيتا. هذا يعني أن IC الحالي للمجمع يساوي بيتا مضروبًا في IB. لذلك يُعرف هذا الإصدار التجريبي بالمكاسب الحالية لـ BJT. وعادة ، تتراوح قيمة بيتا من 50 إلى 400 بالنسبة

للترانزستورات المختلفة. إذن من هذا يمكننا أن نقول أن ، IB زائد IC يساوي تيار الباعث. وهذا يعني أن الأساس IB الحالي زائد beta مضروبًا في IB يساوي IE. وهذا يعني أنه يمكن إعطاء IE الحالي Emitter كـ beta زائد 1 مرة IB. إذن هذه هي العلاقة بين تيار القاعدة وتيار الباعث

وتيار المجمع. الآن إذا لاحظت هنا ، في تكوين Emitter المشترك هذا ، فإن تيار القاعدة هذا هو التيار على جانب الإدخال ، بينما تيار المجمع هو التيار على جانب الإخراج. وهذان التياران مرتبطان بهذا التعبير. هذا يعني أنه من خلال التحكم في تيار القاعدة هذا

على جانب الإدخال ، من الممكن التحكم في تيار المجمع. ولهذا السبب ، تُعرف هذه الترانزستورات ثنائية القطب باسم جهاز التحكم الحالي. هذا يعني فقط من خلال التحكم في تيار الإدخال على جانب القاعدة ، من الممكن التحكم في تيار الإخراج.

على الطرف الآخر ، إذا رأيت نوعًا آخر من الترانزستور ، فهذا هو ترانزستور تأثير المجال ، فهو جهاز التحكم في الجهد. هذا يعني أنه في هذه الحالة ، من خلال التحكم في جهد الدخل ، من الممكن التحكم في تيار الخرج. أيضًا إذا لاحظت هنا ، في هذا التكوين لـ

BJT ، يتم تضخيم تيار مجمع الإخراج بواسطة عامل بيتا. وإذا قمنا بتوصيل المقاوم بين المجمع ومحطة الباعث ، فمن الممكن تضخيم إشارة الإدخال. هذا يعني أنه بعد التحيز بواسطة BJT ، في هذا التكوين ، إذا طبقنا إشارة التيار المتردد

عند الإدخال ، فمن الممكن تضخيم هذه الإشارة. وسنناقش ذلك بالتفصيل في مقاطع الفيديو القادمة. الآن أثناء مناقشتنا ، لم نفكر في التيار بسبب ناقلات شحن الأقلية في منطقة التجميع هذه. لأنه إذا لاحظت هنا ، فإن

مفترق الجمع الأساسي هذا هو انحياز معكوس. لذا للحظة ، إذا أزلنا اتصال Emitter هذا ، فإن التيار الذي يتدفق عبر المجمع يرجع فقط إلى ناقلات شحن الأقلية. ولنفترض أن هذا التيار يساوي IC O. لذا فإن هذا التيار مشابه لتيار

التشبع العكسي ، الذي رأيناه في الصمام الثنائي للوصل PN. لذا فإن إجمالي تكنولوجيا المعلومات والاتصالات الحالية للمجمع سيكون مساويًا لـ IC بالإضافة إلى ICO. حيث يكون هذا ICO هو الحالي بسبب ناقلات شحن الأقلية. وعادة ما يكون هذا التيار في نطاق ميكرو أمبير. بينما

يكون IC الحالي للمجمع في نطاق ملي أمبير. هذا كل شيء عن أنواع مختلفة من التيارات في BJT. لذلك في مقاطع الفيديو القادمة ، سنرى التكوينات المختلفة لـ BJT ، بالإضافة إلى خصائص الإدخال والإخراج لـ BJT. وسنرى أيضًا كيف يمكن

تحيز BJT باستخدام تقنيات مختلفة. لكن آمل أن تحصل في هذا الفيديو على لمحة موجزة عن BJT. لذلك إذا كان لديك أي سؤال أو اقتراح ، فأخبرني هنا في قسم التعليقات أدناه. إذا أعجبك هذا الفيديو ، فاضغط على زر الإعجاب ، واشترك في القناة لمزيد من مقاطع الفيديو هذه.