بسم الله الرحمن الرحيم
دروس في الإليكترونيات
الدرس الحادي عشر
المكبر
- الدوائر المكبرة
- مكبر الجهد المستمر
- مكبر الجهد المتردد
- مكبر الحزمة العريضة
- المكبر السمعي بالترانزيستور
- طيف الترددات
طيف الترددات
بالنسبة لموضوع الإشارة المرسلة والمستقبلة فإنشاء الله سوف يخصص لها أكثر من حصة ولكن وبما أننا دخلنا في موضوع التردد وشكل الموجة ، تكبيرها والتأثير عليها تردديا فلابد من طرح رسم توضيحي لطيف الترددات و نطاق استعمالها .
إعادة ملخصة : المقاومة تحد من قوة التيار ،،،،، الجهد المتردد له موجات ،،،،، الصمام الثنائي ، يسري به التيار باتجاه واحد فقط ،،،،، المكثف يخزن الجهد(الطاقة) ،،،،، الملف يولد مغنطة طاقية ،،،،، والمحول يحول الجهد إلى الأعلى والى أسفل ،،،،، التقويم يحول الجهد المتردد إلى جهد مستمر،،،،، الترانزيستور - مفتاح أو مكبر .
المكبر
الدوائر المكبرة
رغم التقدم السريع للدوائر المتكاملة فإن الترانزيستور ثنائي القطبية لم يزل وسيظل مكون مهم وضروري في الدوائر الإليكترونية ، خاصة في حل مشاكل "المُلاءُمة"(1) بين مداخل ومخارج الدوائر المتكاملة . ويستعمل الترانزيستور كثيرا في الدوائر المكبرة المختلفة ، وهي تنقسم إلى : مكبرات جهد مستمر ، "مكبرات جهد متردد" ، "مكبرات قدرة" ، و"مكبرات تعشيق" . تستعمل مكبرات الجهد المتردد لتكبير إشارات التردد وذلك من بداية سلم التردد وحتى نطاق فوق جيجا هرتز ، وتستعمل "مكبرات جهد مستمر" لنقل الجهد وتكون دون مكونات تتأثر بالتردد كالمكثف والملف ، وتستعمل مكبرات القدرة (ذو تيارات مجمع عالية) للإشارة ذو الاستطاعة (القدرة) العالية ، أما ومكبرات التع شيق (ذو التيارات العالية وسريعة التعشيق) تستعمل لتوجيه إشارة جهد مربع الشكل .
و تخضع جميع الدوائر المكبرة عامة والدوائر التي تمر بها إشارة خاصة لقاعدة مهمة ، وهي العمل كل ما يخص توجيه التيار بدقة وأمان ، وكيف يمر تيار الإشارة ، مهما كانت سرعته ، عبر المكونات بفاعلية وشدة تفاعل مثاليات ، ولأجل لذلك يجب إدخال توازن معيّن في توجيه الإشارة ، ما تحتاجه من مسلك دون حواجز في مدخل الدائرة ، خلال المكونات ، أو مخرجها. (تفاصيل لاحقة في موضوع "المُلاءُمة"(1) )
مكبر الجهد المستمر
يتم تقسيم الجهد المطلوب للقاعدة عن طريق المقاومات م 1 و م2 ، ولكي تستتب وتُثبت "نقطة التشغيل" (3) حراريا فتستعمل لهذا السبب مقاومة المشع ، ولا يوضع مكثف حول أو بدل مقاومة المشع لشبب بقاء تأثر المكبر بالتردد .
والمعادلة المناسبة لحسب "عامل تكبير الجهد" لهذا المكبر (دون مكثف للمشع) في كالتالي :
معطيات الترانزيستور A BC 107 : تعريف معنى الحروف أنظر (2) "جدول المعطيات البيانية للمكونات النصف موصلة"
- جهد نقطة التشغيل (أي جهد مجمع- مشع) = 5 فوت
- قيمة تيار المجمع = 2 ميلي أمبير
- جهد القاعدة - مشع = 0,62 فولت
- مقاومة القصر للمدخل (h11e) = 2,7 كيلو آوم
- عامل تكبير التيار القصري (h21e) = 220
- مقاومة المجمع = 2,2 كيلو آوم
- مقاومة المشع = 470 آوم
ولو حسبنا النتيجة (وهي 4,5) فسنجد أن عامل التكبير للجهد المستمر هو ضئيل وأقل بكثير من الجهد المتردد وبنفس المكبر، ولا يتبقى لرفع عامل التكبير إلا توصيل عددا من المراحل المتتالية. وهنا تبدأ إحدى المشاكل المهمة للإليكترونيات ، وهي "المُلاءُمة"(1) عندما تتوالى مراحل التكبير - واحدة تلو الأخرى تكون فروق "مُلاءُمة"(1) للجهد بين المدخل والمخرج بالإضافة للمؤثرات الحرارية التي تأثر على "نقطة التشغيل" (3). ولاحقا سوف يتم معالجة مراحل التكبير ذو التوصيل المختلف وذلك لحل مشاكل عدم "المُلاءُمة"(1) .
مكبر الجهد المتردد
وتصنف مكبرات الجهد المتردد إلى نوعان : الأول "مكبر الحزمة العريضة" والذي يكبر نطاق كبير من الترددات ، أي مثل "المكبر السمعي" الذي يكبر جميع الترددات التي تسمها الأذن البشرية (من 20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز، 20 آلف هرتز) ، والنوع الثاني هو "مكبر محدد التردد" وكما يعرف الاسم فهو يكبر حزمة رفيعة للتردد 700 ميجا هرتز مثلا، ويستعمل في التردد العالي .
ولحسب تردد الإشارة الملتقطة معادلة التردد :
ولمكبر الحزمة العريضة (مثل : من 20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز) يبدأ بعشرين هرتز وينتهي ب20 كيلو هرتز ، أي خلال التصميم أو الحساب يجب أخذ ترددان بعين الاعتبار "الحد الأسفل لتردد " و "الحد الأعلى للتردد" ، وبناءا على ذلك يتم حسب ما يسمى بدائرة مُمرر وهي عبارة عن مكثف ومقاومة مثلا ، تُدخل التردد المطلوب إلى مرحلة التكبير ، فثملا "مُمرر الترددات العالية" يدخل الترددات العلية فقط ويحجز الترددات المنخفضة ، بنما "مُمرر الترددات المنخفضة" يدخل الترددات المنخفضة ويحجز الترددات العالية .
معطيات حسب تردد الإشارة الملتقطة:
مقاومة المدخل = م1 بالتوازي مع م2 ومع المقاومة بين القاعدة والمشع .
وفي حالة المكبر أعلاه يتشكل "مُمرر الترددات العالية" في مدخل المكبر من المقاومة والكثافة في المدخل ، أي أن "الحد الأسفل لتردد المُمرر" وهي (20هرتز) تتشكل من مكثف المدخل ( الذي يسمى مكثف الربط أو اللقط أيضا، لأنه يلتقط الإشارة) والمقومة 1 بالإضافة لمقاومة مدخل الترانزيستور (مدخ) ولتحديد قيمة مكثف المدخل مثلا ٍ :
وبالنسبة للمخرج فتأخذ معطيات المخرج من المقاومة والكثافة وتعامل بنفس المعادلة .
=================================================
(1) مُلاءُمة . توافق . مُواءمة ، توافق بين دائرتان كهربائيتان ، المصدر والعبء أو الحمل ويتلاءم فيهم المقاومة الداخلية للمصدر بمقاومة الحمل . وللتوافق أنواع مختلفة :
توافق الجهد :
تكون فيه مقاومة الحمل أكبر من مقاومة الداخلية للمصدر م ح < < م د
توافق التيار:
تكون فيه مقاومة الحمل أصغر من مقاومة الداخلية للمصدر م ح > > م د
توافق القدرة :
تكون فيه مقاومة الحمل متساوية مع المقاومة الداخلية للمصدر م ح = م د
(2) جدول المعطيات البيانية للمكونات النصف موصلة
المعطيات البيانية الخاصة لتعريف خواص العناصر النصف موصله:
(التعريف الأوربي Pro Electron)
تُعرف العناصر الإلكترونية بحرفين وثلاثة أرقام : أول حرف (من اليسار) يعني المواد المصنوع منها العنصر :
الحرف الأول - يعرف عن المادة المصنوع منها :
A = من مادة الجرمانيوم
B = من مادة السليكون
C = من مادة جاليوم الزرنيخ , الخ ..
R = العناصر الضوئية ومولد الـدَوِيّ (هول)
الحرف الثاني : يعرف عن الوظـيفة الرئيسية للعنصر :
A= الصمام الثنائي للإشارة الضعيفة ، تقويم وتعشيق
B = الصمام الثنائي السعوي
C = ترانزيستور لترددات المنخفضة
D = ترانزيستور قدرة لترددات المنخفضة
E = ثنائي إزاكي , او الصمام الثنائي النفقي
F = ترانزيستور للترددات العالية
G = صمام ثنائي للذبذبة للترددات العالية
H = مسبار الـدَوِيّ ، (هول ) المجالي
L = ترانزيستور القدر للترددات العالية
N = رابط او قارن بصـري
P = الصمام الثنائي والمكونات الضوئية
Q = الصمام الثنائي الباعث للضوء
R = تيريستور
S = ترانزيستور التعشيق
T = تيريستور
U = ترانزيستور القدرة للتعشيق
X = الصمام الثنائي للتضـاعف ( كاسكاد)
Y = الصمام الثنائي للقدرة
Z = صمام الزينر
(3) ضبط نقطة التشغيل
نقطة التشغيل أو نقطة الشوط ، ويعطي تحديد نقطة التشغيل
شكلا مثاليا للموجة ، في الترانزيستور تشكل جهود القاعدة - المشع وجهود المجمع - المشع نقطة التشغيل للترانزيستور، وتكون جهود المجمع - المشع فرق الجهد بين جهد التشغيل وبين ما يقع من جهد في المقاومتان .
تشغيل ثنائي الشوط ، أي يكبر نصف الموجة فقط ، عندما تكون نقطة تشغيل الترانزيستور بالضبط عند انطواء المنحنى الخاص له .
