بوستاتنا | تعليمي - ترفيهي - منوع

استخدام الترانزستور Transistor في السيطرة على الحمل


درس يشرح مبدأ عمل الترانزستور و كيفية استخدامه للسيطرة على الحمل.

يعتبر الترانزستور هو السبب الرئيسي لنهضة الصناعات الألكترونية الحديثة لما يتمتع به من خصائص تمكنه من أداء الكثير من الوظائف في الدوائر الألكترونية. لن نتطرق في هذا الموضوع إلى التفاصيل التاريخية للترانزستور و لا إلى الكثير من التفاصيل التصنيعية له. لكن سنركز اكثر على استخداماته العملية في الدوائر الألكترونية في السيطرة على الأحمال.


ما هو الترانزستور؟

يتكون الترانزستور من ثلاث طبقات من أشباه الموصلات. تكون الطبقتين الخارجيتين متشابهتين و الطبقة الأخرى مختلفة عنهما. بذلك نستنتج إن هناك نوعين من الترانزستورات حسب ترتيب الطبقات و هما NPN و PNP.

تمسى الطبقة في المنتصف بالقاعدة Base أما الطبقتان على الأطراف فهي الجامع Collector و الباعث Emitter. مبدأ عمل الترانزستور بسيط جدا و يتمثل بمعادلة واحدة بسيطة يمكن منها اشتقاق باقي المعادلات الأخرى في حال احتجت إليها. يقوم الترانزستور بتمرير تيار عبر الجامع مساوي لنسبة ثابتة تسمى Beta مضروبة في التيار المار في القاعدة. أي إن Ic=βIb. إن القيمة الثابتة β هي قيمة تصميمية للترانزستور ممكن أخذها من بيانات الترانزستور.

يستمر الترانزستور بتمرير تيار عبر الجامع إلى أن يصل حالة الإشباع. حالة الإشباع هي عندما تصل الفولتية بين الباعث و الجامع إلى 0 فولت (بالنسبة للترانزستور المثالي, أما الترانزستورات المستخدمة فعليا فتصل الفولتية إلى قيمة معينة حسب التصميم لكنها عادة ما تهمل لكونها قليلة جدا نسبة إلى فولتية المصدر). بعد هذه النقطة, لن يتمكن الترانزستور من زيادة التيار المار في الجامع مهما قمت بزيادة تيار القاعدة. يرجع السبب وراء ذلك إلى إن الترانزستور قد قام بتسليط كل الفولتية المسلطة من المصدر على الحمل و بزيادة تيار القاعدة لن يتمكن من زيادة التيار المار في الجامع. لفهم الفكرة اكثر, لنأخذ المثال التالي


إذا علمت إن فولتية المصدر هي 5 فولت و مقاومة المصباح LS1 هي 1 اوم و معامل التضخيم (β) للترانزستور Q1 هي 500. فإن اعظم تيار ممكن أن يمر في الجامع هو عندما تكون فولتية المصدر مسلطة بالكامل على الحمل (المصباح) أي (5/1) وتساوي 5 أمبير. في هذه الحالة يكون تيار القاعدة 5/500 = 10 ملي أمبير أي إن أي زيادة لتيار القاعدة عن 10 ملي أمبير سوف لن تؤثر على الحمل أبداً لكن انتبه إلى عدم تجاوز تيار القاعدة الأعظم المشار إليه في مواصفات الترانزستور لأن ذلك سيتلف الترانزستور.

ملاحظة: الترانزستور في الشكل أعلاه من نوع NPN وذلك لأن السهم يشير من القاعدة إلى الباعث. الجامع هو الطرف الذي لا يحتوي على سهم في الرسم. و الباعث هو الطرف الذي يحتوي على السهم.

كما تلاحظ من المثال أعلاه, قمنا بتشغيل حمل يحتاج إلى 2 أمبير من التيار بتمرير 10 ملي أمبير (0.010 أمبير) عبر القاعدة. وهذه احد اهم استخدامات الترانزستور و اكثرها شيوعا.

يمكن السيطرة على التيار المار عبر الحمل (المصباح) بتغيير قيمة التيار المار في القاعدة, فإذا رغبنا بتمرير نصف أمبير عبر الحمل سيتوجب علينا تمرير تيار قدره 5 ملي أمبير عبر القاعدة.

تذكر دائما إن انحياز القاعدة أمامي, أي إن التيار يمر من القاعدة إلى الباعث عند استخدام ترانزستور NPN, و من الباعث إلى القاعدة في حال استخدام ترانزستور PNP. أما انحياز الجامع فيكون انحياز عكسي, أي إن التيار يمر من الجامع إلى الباعث عند استخدام ترانزستور NPN و من الباعث إلى الجامع عند استخدام ترانزستور PNP.


لماذا نستخدم الترانزستور في السيطرة على الأحمال؟

إن معظم الدوائر المتكاملة و المتحكمات المايكروية تكون قادرة على تجهيز تيارات قليلة جدا مقارنة بالأحمال العالية, لذلك فأنت بحاجة إلى الترانزستور لتحويل هذه التيارات القليلة إلى تيارات عالية قادرة على تشغيل الأحمال. كما يستخدم الترانزستور لحماية هذه الدوائر من أي تلف قد تتسبب به الأحمال.


كيفية اختيار الترانزستور المناسب ؟

عند اختيارك للترانزستور عند تصميم الدائرة انت بحاجة إلى مراعاة النقاط التالية:

  • أن يكون الترانزستور قادر على تحمل تيار الحمل. أي إن اعظم تيار مسموح بمروره عبر الجامع اكبر من التيار المطلوب لتشغيل الحمل.
  • أن يكون معامل التضخيم مناسب لحاجتك. تستخدم الترانزستورات ذات معاملات التضخيم العالية في تشغيل الأحمال إذا كنت بحاجة إلى إطفاءه و تشغيله فقط. أما في حالة حاجتك إلى تغيير التيار المار في الحمل فأنت بحاجة إلى حساب معامل التضخيم الأفضل لدائرتك و حسب التيار القادرة دائرة السيطرة على تمريره. اغلب دوائر السيطرة تنتج فولتية للسيطرة على الحمل و ذلك يسهل عليك اختيار ترانزستور مناسب لإمكانية تحديد تيار القاعدة بربط مقاومة بين دائرة السيطرة و قاعدة الترانزستور. مثال على هذه الدوائر هي دائرة سيطرة على محرك DC.
  • قد تحتاج بعض الترانزستورات إلى ربطها إلى معادن خاصة (Heat Sink) للتخلص من الحرارة الناتجة عن خسائر الترانزستور.
  • نوع الترانزستور, PNP او NPN. وذلك حسب الفولتية الخارجة من دائرة السيطرة.

لنتعرف الآن إلى كيفية ربط الترانزستور إلى دوائر السيطرة و الأحمال.


الصفحة 1 من 2    التـالي

 
سياسة الخصوصية حول الموقع اتصل بنا