تابع تطبيقات عملية علي الترانزستورات Transistors

مضخمات الترانزستورات الحقلية

مضخم التابع المنبعي : تذكر دارة التابع الباعثي ومضخم التابع الباعثي في الترانزستورات ثنائية القطبية في الفقرة السابقة . توجد دارات تناظر التابع الباعثي ومضخم التابع الباعثي في عالم الترانزستورات الحقلية , وهذه الدارات هي التباع المنبعي ومضخم المنبع المشترك (common source amplifier) . تبين الدارة في الشكل مضخما بتوصيلة تابع منبعي , وتؤمن هذه الدارة ربح جهد بعكس دارة المضخم بوصلة تابع الباعث التي كانت تؤمن ربح تيار , ويعطي ربح الجهد لدارات تابع منبعي ومضخم منبع مشترك بالعلاقات :

Gain = V_out / V_in = R_S / R_S + (1/g_m) ; (دارة تابع منبعي )

Gain = V_out / V_in = g_m . R_DR₁/R_D + R₁ ; (دارة مضخم تابع منبعي )

وتعطي الناقلية التبادلية بالعلاقة :

الشكل : مضخم بوصلة تابع منبعي

تستخدم المقاومات (RC) و (R1) لتأمين استقطاب البوابة ولضبط تيار نقطة العمل . أما المكثفات فتستخدم كمكثفات ربط وتشكل مع المقاومات مرشحات تمرير عال . لاحظ أن المضخم الحقلي يحتاج إلي مقاومة استقطاب ذاتي واحدة , (R1) في الشكل .

مضخم بوصلة منبع مشترك : قبل أن نبدأ بالتعرف علي هذه الدارة نجيب علي سؤال قد يطرح نفسه كثيرا , وهو لماذا نستخدم مضخما حقليا (يعمل علي ترانزستور حقلي ) بدلا من مضخم يعمل علي ترانزستور ثنائي القطبية ؟ والجواب علي ذلك هو لأن المضخم الحقلي يمتاز بمانعة دخل عالية وبالتالي بتيار دخل منخفض جدا , ولكن إذا لم تكن هناك ضرورة لمقاومة الدخل العالية , فمن الممكن استخدام دارة مضخم عادي (غير حقلي) أو مضخم عملياتي (op amp) . في الواقع هناك مشكلة في خطية المضخمات العادية بالمقارنة مع المضخمات الحقلية , فالمضخمات الحقلية أكثر خطية من العادية , أما المضخمات العادية فتعطي ربحا أكثر من ربح المضخمات الحقلية , وذلك لأن الناقلية التبادلية للترانزستورات الحقلية أقل من مثيلتها في الترانزستورات العادية عند نفس مستويات التيار , ويمكن أن يكون الفرق بين (g_m) لترانزستورات عادي و (g_m) لترانزستور حقلي أكبر من (100) , ولذلك فالربح في المضخمات الحقلية أقل من ربح الترانزستورات ثنائية القطبية .

في دارة مضخم بوصلة منبع مشترك يطبق الدخل علي طرف البوابة ويؤخذ الخرج من المصرف . (C1) و (C2) هي مكثفات ربط متناوب و (C1) تشكل مع (R1) مرشح تمرير عال وكذلك تشكل C2 مع R_load مرشح تمرير عال .

يسمي المكثف (C3) مكثف تمرير جانبي (bypass capacitor) وهو يقصر المقاومة (Rs) بالنسبة للإشارات المتناوبة . دارة المضخم بوصلة المنبع المشترك مبينة في الشكل .

مقاومة متحكم بها جهديا

رأيت في مميزات خرج الترانزستور الحقلي أن الترانزستور يعمل في المنطقة الأومية إذا كان V_DS منخفضا بقدر كاف , وفي هذه المنطقة تكون علاقة I_D بالجهد V_DS تقريبا بشكل خط مستقيم . ويعتبر V_DS منخفضا وتتحقق العلاقة الخطية بين I_DS و V_DS أصغر من (V_GS – V_GS,off) . إذن في هذه المنطقة يعمل الترانزستور الحقلي كمقاومة متحكم بها جهديا بالنسبة للإشارات الصغيرة بنوعي قطبيتها . إذا أخذت مقسم كهد مثلا وأستبدلت إحدي المقاومات بترانزستور JFET , فإنك تحصل علي مقسم جهد متحكم به جهديا , أنظر الجزء العلوي من الشكل . يتعلق المجال الذي يعمل فيه ترانزستور JFET كمقاومة متغيرة بالترانزستور نفسه ويتناسب إلي حد ما مع مقدار زيادة جهد البوابة عن (V_GS,off) , وكي يعمل الترانزستور في منطقة المقاومة الأومية من الضروري إبقاء (V_DS < V_GS,off) ويجب أيضا أن يكون |VGS| < |V_GS,off| . تستخدم الترانزستورات الحقلية JFET كمقاومة متحكم بها جهديا في وحدات التحكم الإلكتروني بالربح , وفي دارات المخمدات (attenuators) وفي المرشحات ذات تردد القطع أو التردد المركزي التحكم به إلكترونيا وفي الهزاز بالإضافة إلي استخدامها أيضا في دارات التحكم بالمطال (amplitude control circuits) . يبين الشكل دارة تحكم إلكتروني بالمطال . ويعطي ربح الجهد لهذه الدارة بالعلاقة :

V_out / V_in  = 1 + RF / R_DS(on)

R_DSon : هي مقاومة القنال للترانزستور بين المصرف (D) والمنبع (S) .

إذا كانت RF = 29kΩ و RDS(on) = 1kΩ فإن الربح يسكون (30) وعندما تقترب (V_GS) من (V_GS,off) تزداد R_DS(on) وتصبح كبيرة (R_DS(on) >> R_F وينخفض الربح إلي قيمته الدنيا القريبة من الواحد وبذلك تلاحظ أن ربح هذه الدارة يمكن تغيره بهامش يزيد علي نسبة (30:1) .

الشكل استخدامات الترانزستور الحقلي كمقاومة خطية