العناصر النشطة les composant actif

بسم الله الرحمن الرحيم

دروس في الإليكترونيات

- العناصر الإليكترونية النصف موصلة

- الصمام الثنائي ( ديود)

العناصر النصف موصلة

الثورة في الإليكترونيات الحديثة

للأسف أن كلمة ثورة في اللغة العربي قد ساء أستعملها ، وذلك بفرض من مَن يريد تكبير ما هو ليس كبيرا، وذلك بظلم وبحق الثورات الحقيقية والفعلية . فالترانزيستور مثلا قد أحدث ثورة فعلية . الترانزيستور الذي أحدث اختراقا هائلا في الإليكترونيات الحديثة ، والذي دونه لم تصل البشرية لما وصلت له من هذه الإنجازات الضخمة من تقدم في حقول شتى ، علميا ، مدنيا ، وعسكريا وعمليا ، ودونه لم يتحقق التصغير للأجهزة ، ودونه لم تكن الدوائر المتكاملة أو وحدات الذاكرة بهذه الأحجام مثلا ، وبالتالي دونه لم تكن هناك وحدات المعالجة المركزية (CPU) التي تشكل الدماغ للحاسب ، ودونه يحتاج الحاسب الذي أمامنا إلى قاعة احتفال كاملة بكل ما فيها من خسارة وتبدد للمكان ، للوقت، للطاقة وللحرارة .



السليكون - العنصر الذي أحدث الثورة

لكي يرسي في أذهاننا ما نستوعبه ويثبت بصورة دائمة فعلينا أن نتمعّن جيدا لما يجري من التفاعلات أو" تـنـقيط" في العناصر النصف موصلة . فالترانزيستورات بأشكالها ، والصمامات الثنائية بأشكالها، والدوائر المتكاملة بأشكالها تقع جميعها تحت هذا التصنيف (فالترانزيستور مثلا يتكون من أثـنين من الديود ) .



المواد النصف موصلة

أن جودة التوصيل في الكهرباء عامة ، هي أهم مقياس للمعادن ، حيث أن المواد المعدنية تنقسم لثلاثة أنواع : الموصلة ، النصف موصلة ، والعازلة . و تتميز المواد الموصلة والنصف موصلة ( ذو "العامل الحراري السالب الخاص بالمقاومة" ?) بأن مقاومة التيار فيها تقل ، وجودة توصيلها تعلو كلما انخفضت درجة الحرارة ، وفي درجة معيّنة للحرارة تزول مقاومتها كليا ، وذو ("العامل الحراري الموجب الخاص بالمقاومة") تنخفض جودة توصيلها كلما انخفضت درجة الحرارة وتنقلب إلى مقاومة دون حدود أي إلى مادة عازلة في نقطة التجميد المطلقة ( نقطة الصفر في سُلم كلفين للحرارة أي 273,15 تحت الصفر في سلم الدرجات المئوية ) .

والمقياس لهذه العناصر هو قيمة المقاومة في للمساحة فيها :

المواد الموصلة : 1,5 مايكرو آوم لسنتيمتر الواحد (في الفضة مثلا )

المواد النصف موصلة : من 0,1 ميلي آوم وحتى 1 آوم لسنتيمتر ( للسيليكون المنقط )

المواد العازلة : واحد جيجا آوم للسنتيمتر الواحد في الخشب

والمجموعة المهمة للعناصر (الكيميائية) النصف موصلة هي :

- السليكون (عنصر كيميائي فلزي رمزه (س) ، الرقم الترتيبي 14 ) (والذي أحدث الثورة في عالم الإليكترونيات وتجده في شتى رمال صحراءنا) .

- الجرمانيوم ، عنصر كيميائي فلزي رمزه (جر) ، الرقم الترتيبي 32

- الألمنيوم ، عنصر فلزي رمزه (لو) ، الرقم الترتيبي 89

- البورون ، عنصر فلزي رمزه (ب) ، الرقم الترتيبي 31

- الجاليوم ، عنصر فلزي رمزه (جا) ، الرقم الترتيبي 3 …..

وإذا اقتربت منطقتان من المواد النصف موصلة تختلف فيهن قوة التوصيل فتتكون بينهن حدود ، ما يسمى بمنطقة "اجتياز إيجابي - سلبي" أو عملية نشر (Diffusion) . وبتأثير التحرك الحراري للجزئيات تتنقل الشحنات السالبة (الإليكترونات) فيه من منطقة (التوصيل) السالبة إلى المنطقة (التوصيل)الإيجابية ، وتتنقل الشحنات الإنجابية (الثقوب) من المنطقة الإيجابية الى منطقة السالبة .



وتـنقسم المكونات النصف موصلة إلى مجموعتين الأولى أحادية القطبية والذي يسري بها التيار فيها خلال منطقة واحدة فقط ، والثانية هي ثنائية القطبية ، حيث يسري التيار خلال في عدة مناطق فيها .

الصمام الثـنائي ( الثنائي DIODE) النصف موصل





من الموسوعة :

صمام ثنائي ، عنصر كهربائية له وصلتان : وصلة إيجابية المصعد ( أنود ) ، ووصلة سلبية المهبط (كاتود) ، يسري به معظم التيار باتجاه واحد ، وإذا تم توصيله بالاتجاه الأمامي أي الموجب بالموجب فيسري به تيار وقيمته تتعلق بالدائرة والمكونات الكهربائية الأخرى فهيا، وإذا تم توصيله بالاتجاه الخلفي فيتكون الجهد في الثنائي فقط ويسري به تيار ذو قيمة ضئيلة جدا ، ما يسمى بتيار "الحجز" . وفي التوصيل الأمامي تبدأ قيمة التيار بالارتفاع عندما تصل قيمة الجهد الموصل من 0,5 حتى 0,7 فولت ( ما يسمى بجهد الفتح أو الهَوِيس أي بوابة) .

أنواع الثنائي :

الثنائي العام universal ويستغل الثنائي لكثير من الوظائف مثل : كاشف (وهي علمية تقويم أيضا) ، أو كمعدل للترددات العالية .

ثنائي القدرة العالية ( ?الوظائف) ، وثنائيات القدرة التي تستغل في تقويم الجهد المتردد في الشبكة العامة حيث يحوّل الجهد من متردد إلى مستمر ، وهذا يستغل أيضا في كثر من الوظائف مثل الحماية ، فكثيرا من الدوائر في الأجهزة المنزلية مثلا يتم حمايتها من البريق بالثنائي ، كما يستعمل الثنائي في تثبيت الجهود المستعملة .

ثنائي التعـشيق (يعمل كمفتاح كهربائي) ، والذي يستعمل في التقنية الرقمية ، ولتحويل الجهد المتردد إلى الجهد المستمر (التقويم) .

الثنائي النفـقي (الذي يستغل تياره لتوليد الذبذبة )

الثنائي ذو الطبقات الأربع والذي يستعمل في التقنية الرقمية

ثنائي شوتكي (Hot-carrier-Diode) وثنائي القذيفة والذي يستعملا في الترددات العالية (جهد الفتح به 0,4 فولت) ( موجات المايكرو في نطاق جيجا هرتز) وفي التقنية الرقمية أيضا.

ثنائي الزينر ، يثبت قيمة الجهد (حسب المعـطيات) ،ويحدد بذلك قيمة الجهد في الدارة ، وهو ثنائي من مادة السيليكون تـتم فيه عملية الاختراق في الاتجاه المعاكس . ويوصل ثنائي الزينر في الاتجاه الأمامي مثل أي ثنائي سيليكون عادي .



الثنائي المصدر للضوء (LED light emitting diode ) ثنائي باعث مصدر الضوء ، يتم تشغيله بالاتجاه الأمامي من المواد الضوئية النصف موصلة ، التي تحول الطاقة الكهربائية الى طاقة إشعاعية ، وهو مثل باقي الثنائيات له طبقة P (طبقة موجبة) وطبقة N (طبقة سالبة)ولكن تنقيط طبقة N يكون اكثر بكثير، عند سير التيار تتحرك الإلكترونات عبر الطبقة العازلة الى طبقة ال P والاثقاب إلى طبقة N ثم يعودوا لتلائُم وتخرج بذلك طاقة ضوئية . ويخترق الأشياع في الغالب من المنطقة رقيقة جداً (1,5 مايكرومتر) بين الطبقة العازلة وطبقة P ويستخلص من :



المواد اللون طول الموجة (بالنانومتر)

جاليوم النتروجين أزرق 450

جاليوم الفوسفور( نتروجين) أخضر 555

جاليوم زرنيخ الفسفور(تتزوجين) أصفر 590

جاليوم زرنيخ الفسفور(تتزوجين) برتقالي 625

جاليوم زرنيخ الفسفور أحمر 655

جاليوم الزرنيخ(الزنك) تحت الحمراء 900

جاليوم الزرنيخ(السليكون ) تحت الحمراء 930

(ولكي لا يتعدى الجهد المتردد بالاتجاه المعاكس قيمة الجهد المصرح فلابد من توصيل ثنائي عادي أو إضافة ثنائي ضوئي آخر بالتوازي )

التعريف الترانزيسستور

بلورة من مادة شبه موصل مطعمة بحيث تكون المنطقة الوسطى منها شبه موصل موجب أو سالب بينما المنطقتان الخارجيتان من نوعية مخالفة



تعريف آخر

وصلة ثلاثية من بللورة الجرمانيوم أو السيليكون تحتوي على بللورة رقيقة جدا من النوع الموجب أو السالب تسمى القاعدة توجد في الوسط وعلى جانبيها بللورتان من نوع مخالف هما الباعث والمجمع


نوعا الترانزيستور

يوجد نوعان من الترانزيستور هما :


[ALIGN=CENTER]PNP[/ALIGN]

فيه القاعدة من النوع السالب بينما الباعث والمجمع من النوع الموجب



[ALIGN=CENTER]NPN[/ALIGN]

فيه القاعدة من النوع الموجب بينما الباعث والمnpn تركيب الترانزيستور من النوع

Emitter الباعث

بللورة شبه موصل من النوع السالب بها نسبة شوائب عالية وذات حجم متوسط صممت لتبعث الكترونات

Base القاعدة

بللورة شبه موصل من النوع الموجب بها نسبة شوائب قليلة وذات حجم صغير تتوسط الباعث والمجمع صممت لتمرير الالكترونات

Collector المجمع

بللورة شبه موصل من النوع السالب بها نسبة شوائب أقل من الباعث وذات حجم كبير صممت لتجميع الالكترونات

كم وصلة ثنائية في الترانزيستور ؟

يتركب الترانزيستور من وصلتان ثنائيتان وضعتا ظهرا لظهر وصلة بين الباعث والقاعدة ووصلة بين القاعدة والمجمع

BJT علل يسمى الترانزيستور بالوصلة ذات القطبية الثنائية

Bipolar junction transistor لأنه يتركب من وصلتان ثنائيتان وضعتا ظهرا لظهر

علل يفضل الترانزيستور المصنوع من السيلكون ؟
لأن السيليكون يتحمل درجات حرارة عالية تصل الى 175 درجة سيلزية

السيليكون أسهل في تصنيعه من الجرمانيوم

السيلكون أرخص ثمنا حيث أنه ثاني أكثر العناصر انتشارا في الطبيعة

npn كيفية عمل الترانزيستور

أولا : توصل القاعدة والباعث بجهد ثابت توصيلا أماميا ( جهد الانحياز الأمامي ) وبالتالي يكون حاجز الجهد بين المنطقتين صغيرا جدا وعلى ذلك تكون مقاومة وصلة الباعث - القاعدة صغيرة

ثانيا : يوصل المجمع والقاعدة بجهد ثابت توصيلا خلفيا ( جهد الانحياز العكسي ) وبالتالي تكون مقاومة وصلة المجمع - القاعدة عالية

نلاحظ أن القاعدة تكون موجبة بالنسبة للباعث ويكون المجمع موجبا بالنسبة للقاعدة

ثالثا : بما أن القاعدة تحتوي على عدد قليل من الشوائب اذا عدد الفجوات بها يكون منخفضا وبالتالي يكون عدد الالكترونات التي يملأ هذه الفجوات منخفضا

رابعا : تمر معظم الالكترونات من الباعث الى المجمع عبر القاعدة ولا يمر في القاعدة الا عدد قليل من الالكترونات

خامسا : بتطبيق قانون كيرشوف على الترانزيستور يكون

شدة تيار الباعث = شدة تيار المجمع + شدة تيار القاعدة

علل شدة تيار الباعث يساوي تقريبا شدة تيار المجمع ؟

الأسباب : اولا وجود فرق جهد كبير بين المجمع والباعث ينتج مجالا كهربائيا شديدا يعمل على دفع الالكترونات باتجاه المجمع

ثانيا كبر المساحة المتقابلة بين المجمع والباعث وصغر مساحة القاعدة يجعل الالكترونات تعبر من الباعث الى المجمع بمعدل أكبر

ثالثا قلة عدد الشوائب في القاعدة يجعلها لا تقبل سوى عدد صغير من الالكترونات جمع من النوع السالب

بارك الله فيك أخي رباح ويعطيك الف عافيه

بالفعل ما قصرت شرح وافي ومبسط


لي عوده للإكمال قراءه الموضوع

البوابات المنطقيه AND,OR,NOT و البوفر
الأبواب المنطقيه , الأساس في دخول عالم الإلكترونيات الرقميه الحديثه , وهي سهلة الدراسه والإستيعاب, ويمكننا القول بأننا نتحدث عن منطقية المفاتيح , لنرى كيف؟. أنظر الدائره أدناه


لدينا مفتاحان موصولان على بطاريه ودايود مضيئ , عندما يغلق المفتاحان سيضيئ الدايود , إذا سمينا الدايود بالمخرج , ففي المخرج هذا , لدينا حالتان لا ثالث لهما , إما مضيء أو مطفيء , وهذا ما تفهمه الإلكترونيات الرقميه , هناك جهد كهربائي أم لا, واحد أم صفر , عالي ( H ) أم منخفض ( L ) , كل هذه الأسماء متطابقه لوصف هذان الحالتان , وأي منها يسمى بيت (bit ) , مشتق من الإنكليزيه ( binary digit ) , ( الرقم الثنائي) , ......
الأبواب المنطقيه , عباره عن دوائر إلكترونيه , تقوم بعمل الدائره التي تشاهدها أعلاه , فإذا إعتبرنا المفتاحان كمدخلان للمخرج , فيجب أن يمر الجهد بكل منهما كي يضيء الدايود, هناك بوابه منطقيه تسمى ( And) ( و ) , تعمل بنفس المبدأ ,

في الصوره أعلاه هناك , رسم توضيحي , لرمز بوابة ( AND) المنطقيه , وبجانبها دائره متكامله,تحتوي على أربعة بوابات من هذا الطراز, نلاحظ أن كل بوابه لها مدخلان أ و ب , ومخرج واحد , منطقية And تقول , يجب أن يكون هناك واحد منطقي في كلا المدخلين , لنجد واحد منطقي في المخرج ما دون ذلك فهو صفر منطقي ( لا وجود للتيار) . لنرى جدول الحقيقه والمعادله المنطقيه لبوابة AND
منطقية AND
م= أ . ب = أب هكذا تكتب المعادله المنطقيه وتقرأ م تساوي أ و ب
كيف تصمم وتصنع البوابات المنطقيه ؟ . لنرى التصميمان التاليان

أعلاه تشاهد طريقتان لتركيبة البوابات المنطقيه داخليا, لاحظ في الصوره الأولى الإعتماد على ترانسيستورات , وهو ما يسمى بمنطقية الترانسيستور للترانسيستور ( TRANSISTOR-TRANSISTOR LOGIC ) هذه التكنولوجيا ( طريقة التركيب) إختصارها ويعبر عنها بـ TTL . والصوره الثانيه نستخدم ترانسيستورات من نوع موفسيت وهذه تكنولوجية Cosmos . أو CMOS إختلاف التكنولوجيا , كانت نتيجته عائلتنان من الدوائر المتكامله لكل منها خصائصه فيما يتعلق بالتيار , الجهد , سرعة الإستجابه إلخ . إذا بوابة AND منطقيتها ووضيفتها لا تتغير سواءا كانت من عائلة TTL أو Cosmos . ما يتغير هو جهد وتيار المدخل وجهد وتيار المخرج . لنرى بعض هذه الصفات . دائره متكامله من نوع TTL يجب أن توصل على جهد 5 فـ بينما CMOS تتحمل من 3 إلى 15 فولت
ان شاء الله لنا تكمله لهذا الموضوع بعد سماع تعليقاتكم