دوائر الترانزستور ثنائى القطبية ( BJT)

 (Bipolar Junction Transistor)

الترانزستور هو جهاز شبه موصل يستخدم بشكل واسع في معظم الأجهزة التي نستخدمها في حياتنا اليومية ، وهناك العديد من أنواع الترانزستورات المتعددة يختلف كلٍ منها في خصائصها ولكلٍ منها مزاياها وعيوبها .

سنتحدث فى هذا الشرح عن  ترانزستور ثنائي القطبية BJT 

وصف الترانزستور (BJT)

يتكوّن الترانزستور ثنائي القطبية من ، طبقتين من النوع الموجب P وواحدة من النوع السالب N ، أو العكس طبقتين من النوع السالب وواحدة من النوع الموجب . 

حيث يستخدم كمبر للإشارات الكهربية . 

ويستخدم كمفتاح الكترونى .

وهو عنصر له ثلاث أطراف تخرج منه وهى 

المشع (Emitter (E ، والمجمّع (Collector (C ، والقاعدة (Base (B ، 

------------------------------

أنواع الترانزستور ثنائي القطب :

هناك نوعان من الترانزستورات ثنائية القطب:

ترانزستور  PNP :

يتركب الترانزستور PNP من ثلاث طبقات ، اثنتان  موجبتان P وبينهما طبقة سالبة N ليتكون بذلك الترانزستور PNP.

------------------------------

ترانزستور NPN : 

يتركب الترانزستور NPN من  ثلاث طبقات ، اثنتان سالبتان N وبينهما طبقة   موجبة P ليتكون بذلك الترانزستور NPN.

------------------------------

رموز ترانزستور BJT وشكله التجارى

هناك رمزين للترانزستور والسهم يدل على نوع الترانزستور  

فالسهم الخارج يدل على ترانزستور NPN 

والسهم  للداخل يدل على ترانزستور PNP
------------------------------

يحتوى كل ترانزستور BJT على  ثلاث أطراف رئيسية هى

1- المشع (Emitter – E)

المشع (Emitter) ويرمز له اختصارًا بالحرف E، 

يقوم بإشعاع أو بعث حاملات الشحنة 

غالبًا ما يكون متصلًا بالأرضي (GND) في نوع NPN.

2- المجمع (Collector – C)

المجمع (Collector) ويرمز له اختصارًا بالحرف C، 

يقوم بتجميع حاملات الشحنة الذي يستقبل التيار الرئيسي.

عادةً يكون المجمع متصل بالحمل (مثل لمبة أو محرك).

3-  القاعدة (Base - B)

 القاعدة (Base) ويرمز له اختصارًا بالحرف B، 

هي الجزء الأوسط بين المشع (الباعث) والمجمع  وتوصل أمامى مع المشع (الباعث) وعكسى مع المجمع  الذي يتحكم في تشغيل الترانزستور.

 تُشبه وكأنها (المفتاح) الذي يفتح أو يغلق مرور التيار عبر الترانزستور.

------------------------------

طرق توصيل الترانزستور : 

يوصل أحد أطراف الترانزستور بإشارة الدخل والطرف الثانى يوصل بإشارة الخرج . ويشترك الطرف الثالث بين الدخل والخرج ، ولهذا يوصل الترانزستور فى الدوائر الالكترونية بثلاث طرق مختلفة.

 1- طريقة المشع المشترك ( Common Emitter - C E )

توصل إشارة الدخل بين القاعدة والمشع ، وتوصل إشارة الخرج بين المجمع والمشع  ويلاحظ أن طرف المشع  مشتركا بين الدخل والخرج .

------------------------------

 2-  طريقة المجمع المشترك ( Common Collector - C C)

توصل إشارة الدخل بين القاعدة والمجمع  ، وتوصل إشارة الخرج بين المشع والمجمع  ويلاحظ أن طرف المجمع  مشتركا بين الدخل والخرج ، 

ولهذا سميت طريقة التوصيل هذه بالمجمع المشترك .

------------------------------

 

3- طريقة القاعدة المشتركة ( Common Base - C B)

توصيل إشارة الدخل بين المشع والقاعدة  ، وتوصل إشارة الخرج بين المجمع والقاعدة ويلاحظ أن طرف القاعدة  مشتركا بين الدخل والخرج .

------------------------------

والصورة توضح إستخدام طريقة التوصيل لكل الطرق السابقة

طريقة المشع المشترك 

مع ترانزستور PNP  و  NPN

طريقة المجمع المشترك

 مع ترانزستور PNP  و  NPN

طريقة القاعدة المشتركة 

مع ترانزستور PNP  و  NPN

------------------------------

 إنحياز الترانزستور BJT :

إنحياز الترانزستور هو طريقة توصيل مصادر الجهد والمقاومات مع أطراف الترانزستور (القاعدة Base ، والباعث Emitter ، والمجمع Collector) للتحكم في تشغيله ضمن منطقة معينة (تشبع ، قطع ، أو منطقة فاعلة).

الهدف من الانحياز : هو ضمان عمل الترانزستور ضبط مستوى الجهد / التيار حتى يستطيع التكبير بشكل صحيح  وكفاءة ضمن نقطة تشغيل معينة. 

ومن أشهر دوائر الإنحياز :

طريقة مقاومة القاعدة (Base Resistor Method)

الفكرة: يتم توصيل إستخدام مقاومة واحدة بين مصدر الجهد و قاعدة الترانزستور.

بطريقة بسيطة ، توصل مقاومة بين مصدر الجهد (Vcc) وقاعدة الترانزستور (Base) ، والمجمع يوصل مع الحمل ، والباعث يوصل بالأرضي (GND).

------------------------------

إنحياز المجمع - القاعدة (Collector-to-Base)

الفكرة: توصيل مقاومة القاعدة إلى المجمع بدلاً من مصدر الجهد.

 يتم توصيل مقاومة بين المجمع والقاعدة بدل Vcc مباشرة (تغذية راجعة سلبية).

------------------------------

مقاومة تغذية راجعة للمجمع (Collector Feedback Bias)

الفكرة: مقاومة التغذية الراجعة تقلل من حساسية نقطة التشغيل

 عندما توصل مقاومة بين المجمع والقاعدة . تسمى مقاومة تغذية راجعة للمجمع.

------------------------------

تقسيم الجهد (Voltage Divider)

الأفضل والأكثر شيوعًا في دوائر التكبير

يستخدم مقسم جهد (مقاومتين) لتوفير جهد ثابت للقاعدة.

------------------------------

وظائف الترانزستور

الترانزستور له وظيفتين هما .

 يعمل كمفتاح (قاطع) الكترونى. 

 يعمل كمكبر اشارة .

------------------------------

طريقة عمل الترانزستور كمفتاح (قاطع) الكترونى.  

يُعد استخدام الترانزستور كمفتاح مهارة عملية ومفيدة. من خلال تركيب الترانزستورات في دوائر بسيطة للغاية، يمكنك بسهولة التحكم في أشياء مثل محركات التيار المستمر، والمصابيح، وغيرها الكثير.

------------------------------

يتم توصيل الترانزستور فى الدوائر الإلكترونية ليستخدم كمفتاح لقيادة الأحمال التى هى فى خرجه وذلك كوسيط بين مرحلة التحكم بالحمل والحمل . فى هذه الحالة يعمل الترانزستور بين القطع والإشباع فقط . وتتعلق قدرة الترانزستور بقيمة التيار الذى يستهلكه الحمل المستمر.

------------------------------

وفى الشكل يبين الترانزستور كمفتاح 

مفتوح وفيه يكون تيار القاعدة صفرا. أى لا يوجد فرق جهد مطبق بين المشع والقاعدة . كما بالشكل يبين الترانزستور كمفتاح مغلق وفيه يمر تيار بالقاعدة نتيجة فرق جهد بين المشع والقاعدة .

------------------------------

تتوفر ترانزستورات الوصلات ثنائية القطب بنوعين: NPN وPNP، 

ولكل نوع ثلاثة أطراف: القاعدة ، والمجمع ، والباعث. من أهم خصائص هذه الترانزستورات التحكم فيها بكمية التيار المتدفق عبر طرف القاعدة.

يمكن أن تكون ترانزستورات الوصلات ثنائية القطب في وضع التشغيل الكامل ، أو الإيقاف الكامل ، أو وضع بينهما. مناطق التشغيل في ترانزستور الوصلات ثنائية القطب هي:

منطقة التشبع (يكون الترانزستور في وضع التشغيل الكامل) منطقة القطع (يكون الترانزستور في وضع الإيقاف) منطقة النشاط (يكون الترانزستور في وضع بين التشغيل الكامل والإيقاف الكامل) لاستخدام الترانزستور كمفتاح ، يجب عليك إعداده بحيث يمكنك التبديل بين منطقة القطع (المفتاح المفتوح) ومنطقة التشبع (المفتاح المغلق).

------------------------------

لفهم كفية عمل الترانزستور كمفتاح.

ترانزستور NPN كمفتاح

لفهم كيفية عمل ترانزستور NPN كمفتاح، لنستخدم مثالاً عمليًا:

تخيل أن لديك إشارة رقمية تنتقل من 0 فولت إلى 5 فولت (0 و1)، على سبيل المثال من لوحة أردوينو أو من متحكمات ، وتريد التحكم في مصباح 24 فولت حسنًا، لا يمكنك استخدام الإشارة الرقمية مباشرةً ، ولكن يمكنك استخدام ترانزستورات

عندما يتم ضبط إشارة الإدخال على 5 فولت، يتدفق التيار عبر RB ، مما يتسبب في تشغيل الترانزستور

عندما تكون إشارة الدخل الرقمية صفرًا، لا يُطبّق أي جهد، وبالتالي لا يتدفق تيار عبر RB. يؤدي هذا إلى عمل الترانزستور كمفتاح مفتوح ، مما يُطفئ المصباح.

ملاحظة: في هذه الدائرة، نستخدم إشارة دخل رقمية، ولكن يُمكن استبدالها بأي إشارة تيار مستمر. على سبيل المثال، يمكن أن تكون زر ضغط متصل بمصدر طاقة تيار مستمر.

رسم توضيحى لفكرة عمل الترانزستور كمفتاح فى الدائرة 

لفهم كيفية عمل ترانزستور NPN كمفتاح، لنستخدم مثالاً عمليًا

------------------------------

ترانزستور PNP كمفتاح.

يعمل ترانزستور PNP بنفس طريقة ترانزستور NPN في عمليات التبديل، لكن التيار يتدفق في الاتجاه المعاكس.

لنحاول تشغيل/إيقاف مصباح 25 وات مرة أخرى باستخدام ترانزستور PNP في وضع الباعث المشترك:

كما بالصورة ، بدلاً من توفير إشارة رقمية لتشغيل الترانزستور، تتضمن الدائرة الآن زر ضغط. سنتعلم كيفية استخدام الإشارة الرقمية لاحقًا.

قد يبدو إعداد الباعث المشترك PNP غريبًا لأن الباعث متصل بالطرف الموجب لمصدر الطاقة. ولكن بما أن التيارات تتدفق في الاتجاه المعاكس ، فهذا يعني أن القاعدة يجب أن تكون سالبة أكثر من الباعث لتشغيل PNP.

وبالتالي، لا يزال المصباح متصلًا بالمجمع، ولكنه الآن متصل بالطرف السالب لمصدر الطاقة.

عند فتح زر الضغط، لا يتدفق التيار عبر القاعدة، مما يعني أن الترانزستور غير مُفعّل ويعمل كمفتاح مفتوح ، مما يُؤدي إلى إيقاف تشغيل الحمل. أما عند الضغط على زر الضغط، فيتدفق التيار عبر القاعدة والمجمع ، مما يجعل الترانزستور يعمل كمفتاح مغلق، ويُضيء المصباح.

رسم توضيحى لفكرة عمل الترانزستور كمفتاح فى الدائرة 

لفهم كيفية عمل ترانزستورPNP كمفتاح، لنستخدم مثالاً عمليًا

------------------------------

تدريب عملى لفكرة عمل الترانزستور كمفتاح

وصل الدائرة كما بالشكل 

ماذا يحدث عند غلق المفتاح ولماذا 

- المصباح سوف يضىء لمرور تيار بقاعدة الترانزستور من المفتاح عبر المقاومة واحد كيلوا اوم

- ماذا يحدث عند فتح المفتاح ولماذا 

- المصباح سوف يطفىء لأن دائرة القاعدة فتحت ولا يمر أى تيار .

نستنتج من هذا التدريب أنه يتم اشعال الترانزستور عن طريق تطبيق فرق جهد أعلى من 0.7 بين القاعدة والمشع ليمر تيار بالقاعدة .

------------------------------

ثانيا الترانزستور كمكبر إشارة :

الترانزستور يمكنه تكبير التيار أو الجهد، حيث: تيار صغير يدخل إلى القاعدة (Base)

يؤدي إلى تيار أكبر بكثير يمر بين المجمّع والباعث (Collector–Emitter)

هذا هو جوهر التكبير: التحكم في تيار كبير عبر تيار صغير.

لكي يعمل الترانزستور كمكبر، يجب أن يكون في "الوضع النشط"، حيث:

القاعدة - الباعث في حالة انحياز أمامي 

المجمع - القاعدة في حالة انحياز عكسي 

فكرة عمل الدائرة :

- الإشارة الضعيفة تدخل من القاعدة (Base) عبر المكثف.هذا يغير تيار القاعدة قليلاً.

- التغيير الصغير في تيار القاعدة يُسبب تغيرًا كبيرًا في تيار المجمع.

- الجهد على مقاومة المجمع  يتغير بشكل كبير، مما ينتج إشارة مكبرة.

------------------------------

اختبار تشغيل الترانزستور كمكبر صوت:

مكونات الدائرة 

ترانزستور NPN رقمه BC547

مكثف 100ميكروفاراد 25 فولت 

مقاومة 0.5W  1K Ω

سماعة 8Ω  10W

أسلاك توصيل  مع جاك موبيل

بطارية 5 فولت 

مصدر اشارة صوت ضعيف من موبيل مثلا

خطوات التدريب :

يتم توصيل الدائرة كما بالشكل 

توصل الإشارة المراد تكبيرها من الموبيل الى قاعدة الترانزستور عبر المكثف 

يتم تشغيل مقطع صوتى من الموبيل 

الكلاحظة 

نلاحظ ارتفاع الصوت الخارج من السماعة كثيرا عن الصوت الأصلى الخارج من الموبيل .

الإستنتاج : 

- يتم تكبير الإشارة الصوتية على مجمع الترانزستور BC547 عندما دخلت ضعيفة على القاعدة.

- عمل الترانزستور فى هذه الحالة كمكبر صوتى.

------------------------------

طرق فحص الترانزستور ومعرفة نوعه:

الترانزستور نوعان:

1 - NPN  ويكون سهم الباعث متجه نحو الخارج 

2 - PNP ويكون سهم الباعث متجه نحو الداخل

يمثل الترانزستور بدايودين موصلين على التضاد. 

لذلك يمكن فحصه كأننا نفحص ديودين. 

الترانزستور BJT يتكون من ثلاثة أطراف:

B (القاعدة - Base)

C (المجمّع - Collector)

E (الباعث - Emitter)

------------------------------

 طريقة الفحص باستخدام الملتيميتر

1. تحديد نوع الترانزستور (NPN أو PNP)

قبل أي فحص، يجب معرفة نوع الترانزستور، يجب علينا معرفة أقصابه من خلال مقياس الفو ميتر على مجال الأوم

 فحص ترانزستور NPN:

في ترانزستور NPN:

 القاعدة قاعدة موجبة (P-type) ، وتتصل مع منطقتين سالبتين (N-type).

 خطوات القياس:

ضع جهاز القياس على وضع ( فحص الدايود).

ضع الطرف الأحمر (الموجب) على القاعدة (B).

 ضع الطرف الأسود على المجمع (C) → يجب أن يظهر قراءة تقريبًا 750

 

ضع الطرف الأسود على الباعث (E) → يجب أن يظهر قراءة تقريبا 740 

اعكس الأطراف:

ضع الطرف الأسود (السالب) على القاعدة (B).

ضع الطرف الأحمر على المجمع (C) → يجب أن لا تظهر قراءة  

 

ضع الطرف الأحمر على الباعث  (E) → يجب أن لا تظهر قراءة  

الأسود على القاعدة ، والأحمر على المجمع مرة و الباعث مرة → يجب أن لا تظهر قراءة مع المجمع والباعث  هذا دليل  أن الترانزستور سليم.

 إذا ظهرت قراءة فى كلا الإتجاهين  → الترانزستور معطل 

------------------------------

 فحص ترانزستور PNP:

في ترانزستور PNP:

القاعدة سالبة (N-type)، وتتصل مع منطقتين موجبتين (P-type).

 خطوات القياس:

جهاز القياس على وضع ( فحص الدايود).

ضع الطرف الأسود (السالب) على القاعدة (B).

ضع الطرف الأحمر على المجمع (C) → يجب أن يظهر قراءة تقريبا (740).

ضع الطرف الأحمر على الباعث (E) → نفس الشيء يجب أن يظهر قراءة تقريبا (750).

اعكس الأطراف:

ضع الطرف الأحمر (الموجب) على القاعدة (B).

ضع الطرف الأسودعلى المجمع (C) → يجب أن لا تظهر قراءة  

 

ضع الطرف الأحمر على الباعث (E) → يجب أن لا تظهر قراءة  

الأحمر على القاعدة، والأسود على المجمع مرة و الباعث مرة → يجب أن لا تظهر قراءة مع المجمع والباعث يعنى ان الترانزستور سليم. هذا دليل  أن الترانزستور سليم.

 إذا ظهرت قراءة فى كلا الإتجاهين  → الترانزستور معطل 

------------------------------

 اكتشاف الأعطال فى الترانزستور

يعطي قراءة في الاتجاهين بين B و E أو B و C → تسريب أو قصر

لا يعطي قراءة في أي اتجاه → مفتوح

قراءة صفر أو قريبة من الصفر في كل الاتجاهات → قصر داخلي

لا تفحص الترانزستور وهو مثبت على اللوحة الإلكترونية إذا أمكن، لأن المكونات الأخرى قد تؤثر على القراءة.

بعض الترانزستورات تحتوي على دايود حماية داخلي، تأكد من الداتا شيت.

------------------------------

تدريب عملى  دائرة استخدام الترانزستور كمفتاح:

مكونات الدائرة كما بالجدول 

ترانزستور وبطارية وموحد ضوئى ومقاومة كربونية ومقاومة متغيرة ومقاومة ضوئية.

توصيل الدائرة  توصل الدائرة كما بالشكل

فكرة عمل الدائرة عند وجود الضوءعلى المقاومة الضوئية يقوم الترانزستور بتشغيل الموحد الضوئى .

طريقة عمل الدائرة :

عندما يسقط الضوء على المقاومة الضوئية تقل قيمتها مما يسمح للتيار بالمرور وعليه يرتفع جهد ال B الخاص بالترانزستور مما يجعل الترانزستور فى حالة الانحياز الأمامى حيت يسمح بمرور التيار من ال C الى ال E بحيث يضيى الموحد الضوئى كما بالصورة 

لاحظ ان الفولت الموجود على قاعدة الترانزستور ان لم يكون 0.7 أو اكثر لن يضىء الليد ويمكن التحكم فى هذا الجهد عن طريق المقاومة المتغيرة الموجودة بالدائرة 

------------------------------

الدائرة توضح  سهولة التنفيذى للدائرة:

 

------------------------------

اشرح مما يتكون الترانزستورثنائي القطبية؟ 

يتكوّن الترانزستور ثنائي القطبية من ، طبقتين من النوع الموجب P وواحدة من النوع السالب N ، أو العكس طبقتين من النوع السالب وواحدة من النوع الموجب .

------------------------------

وضح بالرسم انواع الترانزستور ؟

------------------------------

وضح كيف يستدل على نوع الترانزستور من اتجاه السهم ؟

السهم يخرج من الترانزستور NPN (يُشير إلى الخارج من الـمشع).

التيار يدخل من الـقاعدة ويخرج من الـمشع ويستخدم عادة كمفتاح (تشغيل عند إشارة موجبة).

السهم يدخل إلى الترانزستورPNP  (يُشير إلى الداخل نحو الـمشع).

التيار يخرج من الـقاعدة ويدخل إلى الـمشع و يستخدم كمفتاح (تشغيل عند إشارة سالبة).

------------------------------

كم عدد أطراف الترانزستور BJT وما هى؟ 

المشع (Emitter) ويرمز له اختصارًا بالحرف E. 

المجمع (Collector) ويرمز له اختصارًا بالحرف C.

 القاعدة (Base) ويرمز له اختصارًا بالحرف B.

------------------------------

اذكر طريقة توصيل الترانزستور ؟

يوصل أحد أطراف الترانزستور بإشارة الدخل والطرف الثانى يوصل بإشارة الخرج . ويشترك الطرف الثالث بين الدخل والخرج . ولهذا يوصل الترانزستور فى الدوائر الالكترونية بثلاث طرق مختلفة .

------------------------------

بين بالرسم طريقة المشع المشترك ؟

------------------------------

ما هو الترانزستور BJT ؟

هو عنصر إلكتروني يستخدم لتكبير الإشارة أو كمفتاح إلكتروني.

يتكوّن من ثلاث طبقات شبه موصلة تشكّل نوعين رئيسيين:

NPN (سالبة – موجبة – سالبة)

PNP (موجبة – سالبة – موجبة)

------------------------------

 وظيفة المشع ؟ يقوم بإشعاع أو بعث حاملات الشحنة  

 وظيفة المجمع ؟ يستقبل حاملات الشحنة من القاعدة عبر المشع.

 وظيفة القاعدة ؟ هى تتحكم في تدفق حاملات الشحنة من المشع إلى المجمع.

------------------------------

ما هو إنحياز الترانزستور BJT ؟

إنحياز الترانزستور هو طريقة توصيل مصادر الجهد والمقاومات مع أطراف الترانزستور ( القاعدة ، المشع، والمجمع ) للتحكم في تشغيله ضمن منطقة معينة .

------------------------------

ما الهدف من انحياز الترانزستورBJT ؟ 

هو ضمان عمل الترانزستور ضبط مستوى الجهد / التيار حتى يستطيع التكبير بشكل صحيح  وكفاءة ضمن نقطة تشغيل معينة. 

------------------------------

مع تحيات 
سمير حسانين
جمهورية مصر العربية 
المنصورة - مدينة ميت سلسيل