[م.محمود المصري]

ندخل الآن إلى الترانزستور



الترانزستور






يعتبر الترانزستور من أهم القطع الإليكترونية حيث أنه يدخل في تركيب معظم الدوائر المتقدمة. وقد تم تطويره لأول مره في معامل بل سنة 1948.


صور لأول ترانزستور تم صنعه










تعريف الترانزستور :

وصلة ثنائية مزدوجة تتكون نتيجة حشر طبقة رقيقة جدا من شبه موصل من نوه ما بين طبقتين متماثلتين في النوع ومغايريتين لنوع الطبقة الرقيقة .

أنواعه :

وهناك أنواع من الترانزستورات بحسب طريقة صناعتها من أهمها نوع يسمى (NPN) ونوع (PNP) .








والتركيب الداخلى على شكل:






للترانزستور ثلاثة أطراف تسمى كالآتي:

المجمّع (Collector) ويرمز له بالرمز C

القاعدة (Base) ويرمز له بالحرف B

المشع (Emitter) ويرمز له بالحرف E




لو دققت بالصوره السابقة ستجد أنه يوجد جهتان للترانزستور واحدة مسطحة و الأخرى منحنية. لو جعلت الجهة المنحنية باتجاهك فسيكون المشع ( الباعث ) على يمينك ويكون المجمع على يسارك أما القاعدة فتكون في الوسط.



* * طبقة القاعدة Base في الترانزستور تكون رقيقة جدا يليها المشع Em itter أكبرهم المجمع Collector .

*يكون المشع Emitter مشبعا بحاملات الشحنة بحيث يمكنة امداد عدداََ هائلا منها أما القاعدة Base فتكون خفيفة التشبع وتعمل على امرار غالبية الشحنات القادمة من المشع Emitter الى المجمع Collector ويكون المجمع متوسط التشبع .

* وصلة المشع مع القاعدة Emitter-Base تكون أمامية Forward دائما أما وصلة المجمع مع القاعدة Collector-Base فتكون عكسية R everse .


* يتميز المشع Emitter عن بقية أطراف الترانزستور بوجود سهم علية ، يشير السهم الى اتجاه التيار ( الفجوات ) ، ففي نوع PNP نجد أن التيار (الفجوات ) يتدفق خارجاََ من المشع Emitter أما في النوع NPN نجد أن التيار يتجه داخلا الى المشع Emitter .

استخداماته :

1- تكبير شدة التيار
2- تحبير الجهد الكهربائي
3- تكبير القدرة الكهربائية



طرق التوصيل :

ملاحظة :
* تختلف طريق توصيل الترانزستور على حسب الكمية المراد تكبيرها .
1- القاعدة المشتركة Common Base
2- المشع ( الباعث ) المشترك Common Emitter
3- المجمع المشترك Common Collector

والمذكور في الكتاب هي الطريقة الثانية : المشع ( الباعث ) المشترك Common Emitter

المشع ( الباعث ) المشترك Common Emitter



توصل اشارة الدخل بين القاعدة والمشع(الباعث) Emitter and Base ، وتوصل اشارة الخرج بين المجمع والمشع(الباعث) Base and Emitter ويلاحظ أن طرف المشع ( الباعث ) Emitter مشتركا بين الدخل والخرج ، ولهذا سميت طريقة التوصيل هذه بالمشع المشترك Common Emitter.

[م.محمود المصري]

والآن مع الفقرة الأخيرة في الفصل وهي الدايود الضوئي أو المضئ أو L.ED

الدايود الباعث ( المشع ) للضوء ( L.ED )





الثنائيات الباعثة للضوء Light Emitting Diodes (LED) :

إن الثنائي الباعث للضوء LED هو ببساطة شبه موصل PN ينبعث الضوء منه عندما ينطبق عليه جهد أمامي forward bias أي أن القطب السالب من البطارية يربط في طبقة N والقطب الموجب للبطارية يربط في طبقة P . ينتج عن ذلك أن الإلكترونات ذات الشحنة السالبة تتنافر مع القطب السالب للبطارية فتتجه نحو المنطقة الفقيرة عند الوصلة بين P وN . أما الفجوات فتحقن في منطقة P وتتجه نحو المنطقة الفقيرة عند الوصلة بين P و N أو الإلكترونات ذات الشحنة السالبة في P تنجذب نحو القطب الموجب للبطارية . تتحد الإلكترونات القادمة من طبقة N مع الفجوات القادمة من طبقة P في المنطقة الفقيرة فينتج عن هذا الاتحاد انبعاث طاقة على شكل ضوء أو حرارة تحكمها في ذلك معادلة بلانك حيث أن :

Eg = h*f = h*c/λ
………….(1.1)
أو:
λ = h*c/Eg
………………(1.2)

تقدر طاقة الثغرة energy gap بالجول وطول الموجة λ بالمتر و h هي ثابت بلانك ويساوي S×6.626e-34J أما إذا قدرنا طاقة الثغرة بالإلكترون فولت وطول الموجة بالميكرون فإن المعادلة (1.2) تصبح على الشكل :

λ = 1.24 / Eg
…………..(1.3)

( المعادلات للعلم فقط وليست للدراسة )

تمتلك المواد المختلفة والسبائك طاقات نطاق ثغرة مختلفة ويبين الجدول المرفق (1.1) المواد الباعثة الشائعة واطوال موجات التشغيل والطاقات التقريبية لنطاق الثغرة ومع مقارنتها مع الأطوال الموجية للألوان الموضح في الجدول المرفق (1.2) يمكن معرفة اللون الخاص بالمادة .

نرى مما سبق إمكانية اختيار الطول الموجي واللون لأشباه الموصلات المصنعة من GaAs و GaP وذلك بتغيير نسب الذرات المكونة ، كما هو موضح في الشكل المرفق (1-5) . إذ يؤدي هذا التغيير إلى تغيير طاقة نطاق الثغرة وكذلك طول موجة الانبعاث حسب المعادلة (1.3) .





الثنائي الباعث للضوء (LED) (التركيب ، الخصائص ، التطبيقات ... )


العناصر الباعثة للضوء تولد ضوءاً لدى تعرضها لتيار كهربائي ، وبعبارة أخرى نقول : إنها تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية . ولسنوات عديدة خلت كان المصباح المتوهج ومصباح التفريغ أنبوبي الشكل ( neon ) أكثر المصادر المولدة للضوء في العديد من التطبيقات الكهربائية . يستخدم مصباح التوهج فتيلاً معدنياً يوضع داخل زجاجة خالية من الهواء ، يجري التيار في الفتيل فيسخنه ويتوهج ويولد ضوءاً . يستعمل مصباح التفريغ (النيون) مربطين يوضعان داخل أنبوبة ملئت بالغاز (النيون) ، وفي هذه الحالة يمر التيار بحيث يسري من أحد المرابط إلى الأخر خلال الغاز فيتأين الغاز ويبعث ضوءاً.


يولد المصباح المتوهج كمية لا بأس بها من الضوء ، إلا أن حياته المتوقعة قصيرة إلى حد ما . ويمكن للمصباح النموذجي أن يعيش ما يقارب 5000 ساعة . بالإضافة إلى العمر القصير الذي يتسم به مصباح التوهج ، فإن استجابته للقدرة الكهربائية الداخلية إليه بطيئة . إن مصباح التوهج كان (وما يزال) ملائماً للاستعمال كمؤشر أو من أجل الإنارة ، لكن نظراً لاستجابته البطيئة فلن يغير شدة إضاءته تبعاً للتيارات المتناوبة المتغيرة بسرعة ، لذا لا يمكن استعمال مصباح التوهج بشكل فعال لتحويل الإشارات الكهربائية عالية التردد إلى طاقة ضوئية ملائمة للإرسال عبر الفضاء ، إن الطاقة الضوئية التي يعطيها مصباح التوهج ليست بذي نفع لنقل المعلومات التي قد تستعاد أو تحول ثانية فيما بعد إلى إشارة كهربائية بجهاز حساس للضوء ملائم .


إن لمصباح النيون عمراً متوقعاً أطول إلى حد ما من عمر مصباح التوهج (10000 ساعة في الحالة النموذجية ). إلا أن شدة الضوء الذي يخرج منه أقل بكثير من شدة الضوء الخارج من مصباح التوهج.


مع كل ما يوجد في مصباح التوهج ومصباح التفريغ من قصور ، فقد استخدما لسنوات عديدة لعدم توفر جهاز أفضل يحل محلها . إلا أنه قد تم ومنذ سنوات قليلة ، عنصر باعث للضوء من نمط جديد أحدث انقلابا في حقل الإلكترونيات الضوئية . هذا العنصر الأحدث مصنوع من مواد شبه موصلة ، وهو من الناحية المادية أقوى من المصباحين المصنوعين من الزجاج . وكباقي كل العناصر المصنوعة من أشباه الموصلات ، فان العمر المتوقع لهذا العنصر ليس محدوداً . يعرف هذا العنصر الباعث للضوء كما ذكرنا باسم الثنائي الباعث للضوء ( Light Emitting Diode LED ) .






هناك أنواع عديدة من العبوات قد عم استعمالها إلا أن عليها جميعاً أن تحقق مطلباً واحداً مهماً . ينبغي تصميم جميع العبوات بحيث أنها تحسّن من إصدار الضوء من الثنائي الباعث للضوء LED . إن هذا العامل مهم جداً لان الثنائي الباعث للضوء LED لا يصدر إلا قدراً ضئيلاً من الضوء . لذا فإن معظم العبوات تحتوي على جملة عدسات تجمع الضوء الناتج من الثنائي الباعث للضوء LED وتضخمه بصورة فعالة . كما أنه تستعمل أشكال مختلفة من العبوات للحصول على تغييرات في عرض حزمة الضوء أو تغيرات في زاوية الرؤية المسموحة .



يبين الشكل عبوة نموذجية لثنائي باعث للضوء LED . وكما يظهر في الشكل ، يشكل جسم العبوة و العدسة قطعة واحدة وقد سبكت من البلاستيك . إن سلكي المهبط والمصعد( أطراف التوصيل ) قد أدخلا في الغلاف البلاستيكي وامتدا للأعلى داخل الرأس الذي أخذ شكل القبة والذي يقوم مقام العدسة . يوصل التماس السفلي في الثنائي الباعث للضوء LED مباشرة إلى سلك المهبط ويوصل التماس العلوي إلى سلك المصعد بواسطة سلك رفيع يلحم في الوضع المناسب .


إن وضع قطعة الثنائي الباعث للضوء LED في هذا الوعاء حرج لان الوعاء يقوم بدور عدسة تنقل الضوء من الثنائي الباعث للضوء LED كما أنها تقوم مقام مضخم للضوء . وفي بعض الحالات سوف تحتوي العدسة البلاستيكية على جزيئات ناعمة تساعد على انتشار الضوء أو إن الوعاء بأكمله قد يصبغ أو يطلى بلون يزيد لون الضوء الطبيعي الذي يبعثه الثنائي الباعث للضوء LED .



تركب عبوة الثنائي الباعث للضوء LED المبينة في الشكل (2-2) بدفع العدسة من خلال ثقب مناسب في قاعدة الثنائي حتى تلج في المكان المعد لها . إن كمية الضوء التي يولدها الثنائي الباعث للضوء LED صغيرة إذا ما قورنت مع أي مصباح توهج . إن معظم الثنائيات الباعثة للضوء LED تولد شدة إضاءة نموذجية لا تزيد عن بضع ملي شمعات ، وهي ضعيفة جداً إذا ما قورنت حتى بضوء لوحة ذي توهج خافت والذي يستطيع أن يولد ضوءاً بشدة أكبر بعدة مرات من ذلك الضوء . ومع ذلك فإن للثنائي الباعث للضوء LED فوائد ومميزات نذكرها على سبيل الاختصار.



مميزات الثنائي الباعث للضوء LED :




 أولاً قاسية لدرجة كبيرة (لا يمكن كسرها بسهوله بخلاف المصابيح الصغيرة العادية رقيقة الطبقة ).
 تتطلب توترات منخفضة جداً لذا فهي مناسبة للدوائر المتكاملة ، والترانزستورات ، و العناصر الأخرى المصنوعة من أشباه الموصلات .
 استهلاكها للطاقة الكهربائية قليل ، كما أن التيار المار في الثنائي الباعث للضوء LED يعتمد عل لونه وبذلك يعتمد على نوع المادة المصنوع منها .
 استجابتها للتغيرات في تيار التشغيل سريعة ، لذا فهو مناسب للعمل عند ترددات عالية .
 لها قطبية ، أي أن أحد أطرافه سالب والأخر موجب وهو لا يضيء إلا إذا تم توصيل القطبية الصحيحة له وبالجهد المستمر المناسب لإضاءته .
 لا تحدث إشعاع أي أن الثنائي لا يصدر حرارة .
 ليست غالية الثمن ، إذا ما قورنت بأجهزة التوهج .
 يمكن أن تصمم هذه الثنائيات لتبعث لون ضوء معين ، أو مجالاً ضيقاً من الترددات لدى مقارنتها مع مصباح التوهج الذي يصدر ضوءاً أبيض يحتوي على مجال واسع من ترددات الضوء .

 إن المساوئ التي تلازم الثنائيات الباعثة للضوء LED (بالإضافة إلى خرج الضوء الضعيف) مشابهة لتلك المساوئ التي تنطبق على الأنواع العديدة من المكونات المصنوعة من أشباه الموصلات ، ومنها أنها يمكن أن تتلف بسهوله إذا ما زاد التوتر أو التيار (عن القيمة العظمى) كما أن قدرة الإشعاع الخارج منها تتعلق بدرجة الحرارة .



استخدامات الثنائيات الباعثة للضوء LED :


 يستخدم بكثرة كمصباح يعمل بمجرد ورود الكهرباء لأي جهاز كهربائي للدلالة على أن الجهاز في وضعية التشغيل .
 يستخدم في دوائر الوميض .
 يستعمل في أجهزة التحكم عن بعد (Remote Control) للتحكم في وظائف الأجهزة الإلكترونية وفي هذه الحالة يكون الثنائي الضوئي المستخدم من النوع المشع للأشعة تحت الحمراء مثل الثنائي الضوئي TIL38 .
 يستخدم في دوائر العرض المرئي .
 يمكن استخدامه في أجهزة كشف اللصوص (بالأشعة تحت الحمراء) ، إذا ما أحسن إحكام الضوء والتحكم فيه . لان العين البشرية لا تستطيع أن ترى تلك الاشعة والثنائي الضوئي فعال جداً في هذا التطبيق .
 يمكن توصيل أي عدد من الثنائيات الضوئية مع بعضها بحيث ترص بجانب بعضها وتوصل أطرافها على شكل شبكة لتشكل شاشة مؤلفة من نقاط ضوئية تعرض عليها أشكال الإشارات الصوتية والذبذبات الموجية أو لتظهر عليها بعض العروض الجذابة .
 في أجهزة الاتصالات الضوئية بواسطة ما يعرف بالألياف البصرية ، إن الثنائيات الباعثة للضوء تحت الأحمر تستعمل بشكل واسع مع أجهزة حساسة للضوء كالثنائيات الضوئية أو الترانزستورات الضوئية لتشكل ما يدعى optical coupler .
 تستخدم في تطبيقات الليزر المختلفة حيث إنها تعطي حزمة عالية الكثافة من الضوء المترابط كالأشعة تحت الحمراء وبذلك يمكن للحزمة الضوئية أن تمتد لمسافات بعيدة بدون تشتت ملحوظ للحزام الضوئي وهذه خاصية هامة جداً في مجال الاتصالات البعيدة المدى .






وبهذا ينتهي الفصل الأول


وبعد ذلك بإذن الله تعالى سنضع بعض أسئلة التقويم ونجيب عليها وبعض الأسئلة الخارجية ونتحاور فيها


ونسأل الله أن يوفقنا لما فيه خيري الدين والدنيا

[abrarko]

شكرا لك .. بارك الله فيك

[محمد سعيد السكاف]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
بارك الله بك
وكثر الله من امثالك ممن يريدون ان يفيدو المسلمين
الله يحميك لاهلك

[م.محمود المصري]

بسم الله الرحمن الرحيم


ننتقل الآن إلى الفصل الثاني ( الظاهرة الكهروضوئية )







الظاهرة الكهروضوئية أو المفعول الكروضوئي هي انبعاث الالكترونات من بعض الموصلات عند سقوط الضوء عليها


وقد حيرت هذه الظاهرة العلماء على اعتبار ان الضوء عبارة عن جسيمات كما قال نيوتن.

إلا أن الضوء له خاصية الحيود والتي لا تنطبق على الجسيمات.

ثم جاء العالم هايجنز وفسر الضوء على أنه عبارة عن موجات كي يفسر ظاهرة الحيود.




ولكن خصائص الموجات لا ينطبق عليها انبعاث الجسيمات اذا سقطت على الموصلات.

فجاء اينشتاين وعرف الضوء على انه فوتونات أي موجات لها كتلة سكون.
أي أن الفوتونات تسلك سلوك الموجات أثناء حركتها مما يفسر ظاهرة الحيود، وعند اصطدامها بجسيمات مادة موصلة أخرى تنتقل طاقة الفوتونات إليها على هيئة كمات من الطاقة تساعدها على التحرر من قيود المادة الموصلة.


***** تجربة هرتز *****




اكتشف الفعل الكهروضوئي، سنة 1887 ، من طرف العالم هرتزHERTZ ، من خلال تجربته المشهورة المسماة باسمه ( تجربة هرتز )

ثم أخذ العلماء يفسرون هذه الظاهرة ومن أربرز العلماء أينشتين

فكرة التجربة بسيطة

عند تسليط أشعة فوق بنفسجية على صفيحة الزنك المشحونة بشحنة سالبة وتتصل بقرص كشاف كهربائي فإن ورقتاه تنطبقان ثم تنفرجان.

والواقع يبدو ان الظاهرة عادية للوهلة الاولى فالضوء يحمل طاقة ويمكن لهذة الطاقة ان تتركز بطريقة ما في الالكترونات لتظهر على شكل طاقة حركية للالكترونات لكن عندما فحص الفيزيائيون النتائج التجريبية وجدوا ان الظاهرة الكهروضوئية لا يمكن تقسيرها بسهولة............ لماذا؟؟؟

ان احد الصفات المحيرة للظاهرة الكهروضوئية هي ان الفيزيائين وجدوا ان طاقة الالكترونات المنبعثة لا تعتمد على شدة الضوء الساقط ..( هذه نقطة هامة جدا ستأتي فيما بعد ) .


فحزمة ضوء قوية تولد عددااكبر من الالكترونات مما تولده حزمة ضوء ضعيفة لكن معدل طاقة الالكترونات المنبعثة هو نفسه في كلتا الحالتين.
هذه النتيجة المحيره لا يمكن تفسيرها على أساس النظرية الموجية للضوء وجاء حل هذه الاحجية على يد البرت اينشتاين.حتى أنه حصل على جائزة نوبل لتفسيره هذه الظاهرة.


والتفسير ببساطة شديدة هو :


عند تسليط الأشعة فوق البنفسجية على صفيحة الزنك تتحرر بعض الإلكترونات فتقترب الورقتان من بعضهما ثم باستمرار تحرر الإلكترونات تتعادل الورقتان من بعضهما ثم باستمرار تحرر الإلكترونات تتعادل الورقتان فتنطبقتان ثم تنفرج الورقتان لأنهما يشحنان بشحنة موجبة .


لذلك :

إذكانت صفيحة الزنك مشحونة بشحنة موجبة ماذا سيحدث ؟؟؟؟؟

الجواب : سيزداد انفراج الورقتان لأن الشحنة الموجبة تزداد بسبب نقص عدد الإلكترونات .

[محمد سعيد السكاف]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة محمود السلفي لذلك : إذكانت صفيحة الزنك مشحونة بشحنة موجبة ماذا سيحدث ؟؟؟؟؟ الجواب : سيزداد انفراج الورقتان لأن الشحنة الموجبة تزداد بسبب نقص عدد الإلكترونات .

لن يحدث شيء لان الشحنة الموجبة للصفيحة سوف تعيد الالكترون المتحرر اليها بعد خروجه
وشكرا لك يا محمود على المجهود الرائع

[م.محمود المصري]

لن يحدث شيء لان الشحنة الموجبة للصفيحة سوف تعيد الالكترون المتحرر اليها بعد خروجه

من أين تأتي بالإلكترون ؟ وكيف ؟

[محمد سعيد السكاف]

بسم الله الرحمن الرحيم
عندما تكون شحنة الصفيحة موجبة ينشا مجال كهربائي فياثر الالكترون المتحرر بهذا المجال واتجاهه خارجا من الصفيحة اي القوة التي سيخضع لها الكترون نحو الصفيحة فيعود وقد اشترط ان تكون الشحنة الموجبة كافية لكي يكون المجال قوي
اما التجربة الي توجد في كتاب الطالب المدرسي فهي مجتزاة وليس كما قام بها هرتز تماما واليكم التجرية
1- شحن صفيحة من الزنك بشحنة سالبة ووصلها بقرص كشاف كهربائي وسلط عليها اشعة فوق بنفسجية
المشاهدة : يقل النفراج تدريجيا الى ان تنطبق ثم تعود للانفراج طبعا الاشعة مسلطة باستمرار
2- اعاد الخطوة الاولى لكن وضع لوح زجاجي في طريق الاشعة فوق البنفسجية
المشاهدة : لم يحدث شيء
3- اعاد الخطوة الاولى لكن شحن الصفيحة بشحنة موجبة
المشاهدة : لم يحدث شيء

[م.محمود المصري]

شكرا لك أستاذي الكريم

لكن سؤال

إذا كان هذا اللوح متعادل فماذا سيحدث؟؟؟؟؟

[شهر زاد]

شكرا لهذا النقاش الراقي

ان تكون الشحنة الموجبة كافية

دائما تضاف هذه العبارة في السؤال لتكون الإجابة لا يتغير انفراج ورقتي الكشاف و معني كافية أنها لن تستطيع فقد مزيد من الإلكترونات

إذا كان هذا اللوح متعادل فماذا سيحدث؟؟؟؟؟

هو النصف الثاني من حالة اللوح السالب أي يزداد الإنفراج تدريجا و ورقتي الكشاف يحملان شحنة موجبة
و الله أعلم