المدخل الى علم الهندسة الالكترونية

[ندوشش]

ما هو الترانزيستور :

الترانزيستور (Transistor) هو قطعة ذات ثلاث أرجل تخفي كل رجل منها نوع مختلف من مادة شبه موصلة وإن تشابه إثنان منها ولكنهما مختلفان

الثلاث مواد مصنعة على النحو التالي في الـ (BJT NPN) :
1- القاعدة (base وهي عبارة عن مادة الكربون مختلطة بمادة البورون، حيث أن الكربون يحوي أربع إلكترونات في مدار التكافؤ بينما يحوري البورون ثلاث، مما يجعل ارتباطهما الجزيئي غير محكم بحيث أن النقص بإلكترون واحد في ذرة البورون يسمح بوجود فجوة منتظرة إلكترون ليستقر ذلك الارتباط ويرمز لهذا النوع من أشباه الموصلات ب (P)، وهذا ممايجعل هذه المادة موصلة رديئة للكهرباء حيث أن موصليتها تساوي 1 مقارنة بالنحاس الذي هو 10^12.
وهذه القاعدة تحتل الجزء الأكبر من الترانزيستور، حيث أن حجمها يوازي ضعف كلا الطرفين الآخرين بحيث أنهما عائمين فيها ويفصل بين سطح كل منهما مسافة بالميكرون.

2- الجامع (Collector وهو عبارة عن مادة الكربون أيضاً مع مادة الزرنيخ التي تحمل خمس الكترونات في مجال التكافؤ
مما يجعل تركيبها الجزيئي ذو الكترون زائد عن وضع الأستقرار ولا يعني هذا كونه سالب فهو متعادل لأن المادة لم تفقد شيئاً من إلكتروناتها أو تكتسب ويرمز لهذا النوع ب (N).

3- المشع (Emitter ويملك نفس التركيب من حيث وجود نفس العناصر ولكن هنا يختلف في زيادة كثافة الزرنيخ بشكل كبير وسيتبين سبب ذلك مؤخراً.

ما هو عمل الترانزيستور؟
هو عبارة عن مولد تيار متحكم به بواسطة جهد (Voltage Controlled Current Source).
نعني بذلك أنه عبارة عن جهاز يولد تيار في جزء من دائرة شدته على حسب جهد في جزء آخر من الدائرة،
السؤال كيف يقوم بذلك؟؟؟

الجواب أنه عند توصيل المشع والمجمع في دائرة بينما توصل القاعدة في فرق جهد في دائرة أخرى نجد أن الجهد الذي يعطى للقاعدة يتحكم بالتيار المار خلال المشع والمجمع في الدائرة الثانية بشرط توصيل المشع والمجمع بالنسبة لهذا النوع من الترانزيستور يكون بحيث أن الجهد عند المجمع أعلى من الجهد عند القاعدة و كلاهما أعلى من الجهد تبع المشع وهذا ما يسمونه ب (Active Mode) وإلا فلن يعمل الترانزيستور هذه الوظيفة وسيقوم بما يسمى بوظيفة (Switching) وهي التي تستخدم في الدوائر الرقمية.
على كل حال عند توصيل الترانزيستور بالطريقة تلك يصبح ما بين القاعدة والمشع عبارة عن ديود عادي في الوضع الأمامي وما بين القاعدة و المجمع دايود عادي في الوضع العكسي ولكن عند توصيل الدائرة تقوم القاعدة بسحب الإلكترونات من المشع لأنها أعلى جهداً فلما تدخل إلى القاعدة يقوم المجمع باعتباره الأعلى جهداً بسحب معظم الإلكترونات إليه وما يخرج من طرف القاعدة إلا تيار بسيط جداً من الإلكترونات
وعند تغيير جهد القاعدة تتغير سرعة القاعدة في سحب الإلكترونات إليها فيتغير بذلك التيار المار بين المشع والمجمع.

أنواع الترانزيستور:
1- الترانزيستور ثنائي قطب نقطة الالتقاء (Bipolar Junction Transistor or BJT ويقصد بذلك وجود نقطة الالتقاء بين كل نوع وهي كما قلنا بالميكرون وعلى جنبيها قطب (N) وقطب (P).
و هو نوعين (NPN) و (PNP) ويختلفان في الأداء وطريقة التوصيل حيث أن الأول هو الأفضل و أخر ما اكتشف من ال (BJT) بعد اكتشاف نظرية ال (Convection current).

2- الترانزيستور بتأثير المجال الكهربائي (Field effect transistor or FET وهو أنواع لا تحصى ومنه تصنع كل الدوائرة الرقمية من أمثلته (Enhancement NPN MOS FET) و (Junction PNP FET).

[ندوشش]

الفاريستورVaristor
هو عنصر إلكتروني يعمل في جوهره عمل المقاومة المتغيرة Variable resistance عند شروط معينة (لاحظ كيف تم اشتقاق الاسم Varistor من Variable resistance) .



استخداماته :
يستخدم الفاريستور لحماية الدوائر الكهربية ضد الارتفاع الزائد والعابر للجهد المطبق على الدائرة. والمقصود بالجهد الزائد العابر هو ما يشبه البرق، قيمة عالية الجهد لنبضة تمر بسرعة لفترة زمنية قصيرة جداً. وتسمى في الإنجليزية Spike،


مثال لتطبيقات الفاريستور :
افرض أن دائرة كهربية مُطبق عند طرفيها 220 فولت متردد، فجأة ولظروف معينة ارتفع الجهد إلى 400 فولت لمدة قصيرة جدا (أجزاء من الثانية) ثم عاد إلى 220 فولت مرة أخرى، هذا الجهد الـ 400 والذي ظهر واختفى بسرعة شديدة نسميه جهد زائد وعابر Spike.


يسمى الفاريستور أيضا باسم آخر هو المقاومة المعتمدة على الجهد Voltage Dependant Resistor وتُختصر إلى VDR.



الشكل التالي عبارة عن جزء مُقتطع من دائرة بور سبلاي كمبيوتر، وفيها يُشار إلى واحد من الرموز المستخدمة للإشارة إلى الفاريستور

(من الرموز الشائعة للفاريستور هو رمز مقاومة متغيرة مكتوب أسفلها الحرفV إشارة إلى تغير قيمته المقاومة حسب الجهد)

لاحظ في الشكل أيضا أن الفاريستور يصل بين الفاز L
والنيوترال N وهو هنا عندما تدخل spike إلى الخط تنخفض مقاومة الفاريستور بسرعة فيمر التيار الناتج عن هذا الارتفاع المفاجئ في الجهد من الفاز L إلى الفيوز Fuse (F1) إلى الفاريستور (Z1) إلى الثيرميستور (NTCR1) الى النيوترال (N)، هذا التيار يكون كبيراً فيُتلف إما الفاريستور نفسه أو الفيوز أو الثيرميستور أو كلاهما وبذلك نكون قد حمينا باقي أجزاء الدائرة.

[ندوشش]

قانون أوم Ω

قانون أوم Ω يصف العلاقة بين كلا من ( v ) الجهد الذي يعبر عن قوة تدفق الشحنات الكهربائية .. وبين ( r ) المقاومة التي تقوم هذا التدفق .. وبين النتيجة الحقيقية لهذا التدفق وهي التيار ( i )

العلاقة سهلة وبسيطة جدا .. كلما زاد الجهد او قلت المقاومة كلما زاد التيار المتدفق .. و زيادة المقاومة تحد من مرور التيار كما هو واضح في قانون اوم

الجهد = التيار * المقاومة
التيار = الجهد / المقاومة

[ندوشش]

القدرة " Power "

القدرة .. هي ما نبحث عنه .. هي الحرارة .. الحركة .. وكل الأشياء التي نهدف إلى تشغيلها .. هي علاقة بين قوة التدفق .. وكمية هذا التدفق للشحنة الكهربائية ..
وكما ذكرنا ان الجهد الكهربائي يمكن أن تمثله بقوة الماء .. و كمية الماء المتدفقة هي التيار والتى تعتمد على حجم الأنابيب وهي المقاومة
فكلما زادة قوة الماء المتدفق .. وكميته في الأنابيب .. كلما حصلنا على نتيجة اكبر ..
القدرة P .. تقاس بوحدة الوات " Watt " وصيغتها الرياضية ..

يجب أن يذكر في مواصفات إي جهاز الكتروني أو كهربائي قيمة الوات المطلوبة لتشغيله .. وهي تعبر أيضا عن قيمة الاستهلاك الكهربائي للجهاز .. وكلما زادة القدرة .. كلما كانت تكلفه الكهرباء المستهلكة أعلى .

[ندوشش]

وحدات التغذية

وحدا ت التغذية :
هي عبارة عن وحدة تقوم بتغذية أقسام الجهاز المراد تشغيله بالجهود المطلوبة
أو بمعنى أخرتقوم بتحويل جهد المدينة ( كهرباء الشبكة ) الذي هو 220 او 110 فولت الى حهود مستمرة أو جهود متنابة أقل قيمة .

أقسام دائرة التغذية

أقسام دارة التغذية: تتكون دارات التغذية من الأقسام التالية

1- محول :يقوم بتحويل الجهد 220 الى الى قيم متنا وبة المطلوبة التي هي أقل قيمة
2- دارة التقويم :وهي نوعين دارة تقويم نصف موجة _ودارة تقويم موجة كاملة_ وتتألف داراة التقيم عادة من ديودات عادية أو دارة جسر ( قنطرة ثنائيات )
3- دارة تصفية: وتتكون عادة من مكثة كيميائي يسمى مكثف التصفية او الترشيح ( Filter )

4- دائرة تنظيم الجهد .

[ندوشش]

دائرة توحيد نصف موجة

مقدمة :
هذا الموضوع يتناول طرق الحصول على الجهد المستمر DC الضروري لتشغيل اي جهاز الكتروني ..
في البداية سيقتصر الحديث عن كيفية تصميم وحدات تغذية لتيار مستمر غير منظمة الجهد .. وهذا مهم لمساعدة المهتمين والمبتدئين في الهندسة الالكترونية .

وهو ابسط دوائر التغذية الغير منظمة للتيار المستمر .. وتتكون من ..

المحول الكهربائي Transformer ..
المحول الكهربائي جزء مهم في اغلب دوائر التغذية .. فهو يقوم بخفض جهد المصدر المتردد 110 أو 220 فولت إلى جهد صغير يمكن الاستفادة منه في تشغيل الدوائر الالكترونية ..

دائرة التوحيد Rectification :
بالرجوع إلى خواص الوصلة الثنائية ( Diode ) والتي لا تسمح بمرور التيار الا في اتجاه واحد .. تم استخدام هذه الميزة في تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر حيث يقوم الثنائي بتمرير القسم الموجب فقط من الموجة الجيبية والتى تمثل موجة مصدر الكهرباء العام ..

شكل موجة مصدر الكهرباء العمومي ..

شكل الموجة بعد المحول " جهد منخفض"

شكل الموجة بعد دائرة التوحيد ..

نستنتج انه لو تم عكس اتجاه الموحد " Diode " فانا سوف نحصل على موجة تمثل النصف السالب من الموجة الأصلية .. وذالك لان الدايود لن يسمح للجزء الموجب بالمرور عبره .. ويتكون قطبية الخرج مقلوبه ..

قيمة جهد المستمر Vdc لن تساوي الصفر كما هو الحال في الموجة المترددة .. وستكون لها قيمة حسب الصيغة المعروفة لدائرة النصف موجة
Vdc = Vm / 3.14 = 0.318 Vm
حيث Vm هو أقصي قيمة تصل اليها الموجه

[ندوشش]

الثيرميستور Thermistor:
الثيرميستور هو في جوهره عبارة عن مقاومة متغيرة (غير خطية) لكنها تتغير مع تغير درجة الحرارة وليس مع تغير قيمة فرق الجهد كما هو الحال مع الفاريستور.
انواعه :
الثيرميستور سلبي المعامل الحراري NTC

يكون التغير في المقاومة معاكس للتغيير في درجة الحرارة، بمعنى انه في البداية تكون درجة الحرارة عادية (25 درجة مئوية) فتكون مقاومته كبيرة، ومع ارتفاع درجة الحرارة تبدأ قيمة المقاومة في الانخفاض.

هذا النوع هو الأكثر شهرةً واستخداماً في الحماية ضمن دوائر البور سبلاي بجميع أنواعها. طبعاً الشركات المحترمة هي التي تضع في أجهزتها الثيرميستور NTC.

الثيرميستور إيجابي المعامل الحراري PTC

طردي التغير أي تزداد مقاومته بارتفاع درجة الحرارة وتقل بانخفاضها.
النوع الأول (الثيرميستور NTC) هو الأكثر شهرةً واستخداماً في الحماية ضمن دوائر البور سبلاي بجميع أنواعها. طبعاً الشركات المحترمة هي التي تضع في أجهزتها الثيرميستور NTC. من هنا سأركز في الشرح على هذا النوع NTC.

وظيفة الثيرميستور NTC للاجهزة الكهربية؟
عند تشغيل أي جهاز بتوصيله بكهرباء الحائط، يندفع مقدار كبير من التيار الكهربي إلى الجهاز لمدة بسيطة (أجزاء من الثانية) تم يصل بعد ذلك وبسرعة إلى قيمة الثبات أو الاستقرار steady state. هذا الاندفاع للتيار في بداية التشغيل يُطلق عليه بالإنجليزية Inrush current. أي جهاز في العالم يعمل على الكهرباء عند تشغيله يحدث اندفاع للتيار لفترة قصيرة جداً قبل أن يستقر إلى القيمة الثابتة له. قيمة تيار الاندفاع = ضعف تيار الاستقرار على الأقل. إذا كان الجهاز يسحب 3,5 أمبير (مثلاً) في وضع الاستقرار فانه عند بداية تشغيله يسحب حوالي 10 أمبير لمدة قصيرة جدا (أجزاء من الثانية).
تيار الاندفاع هذا يؤذي بعض العناصر الإلكترونية الموجودة داخل الجهاز، خصوصا مع تكرار نشوءه مع كل مرة يتم فيها تشغيل الجهاز.
الآن باستخدام الثيرميستور NTC نستطيع التخلص أو على الأقل تقليل الضرر بنسبة كبيرة لان الثيرميستور NTC يقوم بمنع تيار الاندفاع من المرور أو على الأقل يقوم بخفض قيمته إلى درجة تتحملها العناصر الإلكترونية. من هنا يُطلق في بعض الأحيان على الثيرميستور NTC اسم آخر هو مُحدد تيار الاندفاع Inrush Current Limiter وتُختصر إلى ICL. يعمل مُحدد تيار الاندفاع ICL (أي الثيرميستور NTC) بالطريقة التالية:
في بداية التشغيل يكون الثيرميستور NTC بارداً فتكون مقاومته اكبر ما يمكن بحيث تسمح لقيمة معينة (محدودة) من التيار بالمرور، وبمرور التيار في الثيرميستور NTC ترتفع درجة حرارته بالتدريج فتبدأ مقاومته بالانخفاض تدريجيا مما يسمح لمزيد من التيار بالمرور يتم ذلك في وقت قصير جداً.



الأشكال التالية تعرض بعض الصور للثيرميستور. اللون الأسود هو الشائع لكنك قد تجده بلون آخر كالأخضر مثلا أو الأصفر ( انظر مجموعة الصور التالية).



أحيانا يكون مخفي داخل غلاف بلاستيكي