تطبيقات عملية علي الترانزستورات Transistors

تطبيقات أساسية

متحكم بالإضاءة

يبين الشكل دارتين توضحان كيفية عمل الترانزستور الحقلي كمتحكم بالإضاءة عن طريق الجهد . في ترانزستورات القنال (n) تنخفض الإضاءة بزيادة سلبية جهد البوابة , وذلك بسبب زيادة المقاومة بين المصرف والمنبع , أما في ترانزستورات القنال (p) فإن زيادة جهد البوابة إيجابية تؤدي إلي إنخفاض الإضاءة بسبب زيادة المقاومة R_DS .

 

الشكل دارات تحكم بالإضاءة باستخدام ترانزستورات FET

دارة منبع أساسية ودارة مضخم أساسي

يمكن بناء منبع تيار البوابة مع المنبع كما في الدارة اليسارية من الشكل , وتسمي هذه الدارة باسم دارة استقطاب ذاتي (self-biassing) وفيها تلاحظ أن VG = VS وبالتالي (V_GS = V_G – V_S = 0) والتيار (I_D) يساوي (I_DSS) وسلبية هذه الدارة هي أن قيمة (I_DSS)الخاص به وتختلف قيم (I_DSS) حتي للترانزستورات التي لها نفس النوع , ولذلك فإن التيار في منبع التيار هذا غير قابل للضبط . يمكن ضبط التيار بوصل مقاومة بين المنبع والأرض كما في الدارة اليمينية . يمكن تخفيض (I_D) بزيادة (R_S) وبالعكس(راجع المسألة رقم 2) – تيار الدارة اليمينية قابلة للضبط بواسطة (R_S) ولا يتغير كثيرا بتغير V_DS . لاحظ بساطة دارات منابع التيار هذه ولكن استقرارها أقل من استقرار دارات منابع التيار التي تعمل علي ترانزستورات ثنائية القطبية .

الشكل : دارات منبع تيار

دارة تابع منبعي

تسمي الدارات المبينة في الشكل باسم تابع منبعي , وهي مشابهة لدارات تابع الباعث , وهي تعطي ربح تيار ولا تعطي ربح جهد . يمكن حساب مطال إشارة الخرج بتطبيق قانون أوم .

V_S = R_S . I_D

والقانون :

I_D = g_m . V_GS = gm(V_G – V_S)

ومن هاتين العلاقتين نحصل علي :

V_S = R_S.g_m / ( 1 + R_S.g_m) / V_G

وبما أن V_S = V_out و V_G = V_M فإن ربح الجهد هو :

V_S/V_G = Gain = R_Sg_m / (1 + R_sg_m)

مقاومة الخرج , وكما رأيت في المسألة الثانية هي (1/gm). مقاومة دخل دارة التابع المنبعي عالية جدا , ولذلك فهي لا تستهلك عمليا أي تيار من منبع الإشارة ( أي تيار دخلها يساوي الصفر) . ولكن الناقلية التبادلية للترانزستور الحقلي أصغر من مثيلتها في الترانزستور ثنائي القطبية ولذلك فإن جهد خرج التابع المنبعي يكون أخفض من جهد خرج تابع الباعث إذا اليمينية في الشكل , فإن تغيرات إشارة الدخل تؤدي إلي تغيرات في تيار المصرف ولذلك تتغير gm مع تغيرات إشارة الدخل وبالتالي تتغير مقاومة الخرج , مما يؤدي إلي تشوهات في جهد الخرج . هناك مشكلة أخري في هذه الدارة , وهي أن (V_GS) هي بارامتر يصعب التحكم به (نتيجة للتصنيع (result of manufacturing) , ولذلك سيكون هناك أنزياح غير معروف بالجهد المستمر (dc offset) .

الشكل دارة تابع منبعي .

تابع منبعي محسن

إن دارة التابع المنبعي السابقة ضعيفة الخطية , كما أن انزياح الجهد المستمر فيها غير معروف , ويمكن التخلص من هذه السلبيات باستخدام إحدي الدارات المبينة في الشكل . في الدارة اليسارية تم استبدال مقاومة المنبع بدارة منبع تيار يعمل علي ترانزستور ثنائي القطبية . يعمل منبع التيار علي تثبيت الجهد V_GS علي قيمة ثابتة وبذلك يتم إلغاء عدم الخطية ومن أجل تحديد الإزاحة (dc offset) يتم ضبط المقاومة (R1) , R2 تقوم بنفس وظيفة (R_S) في دارة الشكل أي أنها تحدد الربح . في الدارة اليمينية من الشكل يستخدم منبع تيار يعمل علي ترانزستور حقلي , وهذه الدارة , وبعكس دارة الترانزستور ثنائي القطبية لا تحتاج إلي ضبط , كما أنها ذات استقرار حراري أفضل . ترانزستور الـــــ FET الموجودان في الشكل اليميني يجب أن يكونا متوافقين بالبارامترات ويمكن أن يتوفرا كزوج في غلاف مشترك ويستهلك الترانزستور السفلي مقدارا مناسبا من التيار لجعل (V_GS = 0) , وهذا يعني أن (V_GS = 0) لكلا الترانزستورين .وهذا يجعل الترانزستور العلوي تابعا منبعيا بإزاحة صفرية , وبما أن الترانزستور السفلي يتجاوب مباشرة مع الترانزستور العلوي فإن أية تغيرات حرارية يتم تعويضها . عند اختيار R1 = R2 , فإن (V_out = V_in) .

تؤدي المقاومات إلي تحقيق خطية أفضل في الدارة وتسمح لك بضبط تيار المصرف علي قيمة لا تساوي (I_DSS) وبذلك تساعد علي تحسين الخطية .

تستخدم التوابع المنبعية عادة كمراحل دخل للمضخمات , وكذلك في أجهزة الاختيار (test intruments) ومع غيرها من التجهيزات التي توصل مع مصادر الإشارة (sources) ذات ممانعات الخرج المرتفعة .

الشكل : دارات توابع منبعية محسنة