نعلم أنَّ الدِّيود هو عبارة عن قطعتين نصف ناقلتين بنوعين مختلفين n,p يوصلان معاً على التّسلسل ليشكّلا معاً قطعة نصف ناقلة pn, الآن لو دمجنا ديودين معاً, فإنّنا سنحصل على قطعتين نصف ناقلتين تشتركان بنقطة اتّصال واحدة حيث تُشكِّلان معاً قطعة نصف ناقلة  بثلاثة أقطاب و ثلاثة طبقات متتالية pnp أو npn.

وهذا ما يُسمَّى اصطلاحاً BJT  أو: Bipolar Junction Transistor

لنتعرَّف معاً على الترانزستورات بشكلٍ عام:

الترانزستورات هي عبارة عن عناصر إلكترونيّة فعّالة تتألّف من أنصاف نواقل لها ثلاثة أطراف يمكنها العمل كعوازل أو نواقل وذلك عند تطبيق جهود منخفضة عليها.

إنَّ ميزة العمل كعازل أو ناقل والتي يتميّز بها الترانزستور تؤهّبه للعمل كمفتاح: في الدّارات الرَّقميّة, أو كمضخّم: في الدَّارات التَّماثليّة.

مناطق عمل الترانزستور:

يمكن للترانزستور العمل في ثلاثة أوضاع أو مناطق عمل هي:

• المنطقة الفعّالة: يعمل فيها الترانزستور كمضخّم، ويُعطى فيها تيّار المجمّع بالمعادلة I_C=β*I_B.
• منطقة الإشباع: يمرّر الترانزستور أكبر تيّار ممكن، ويسمّى تيّار الإشباع (Saturation) وفي هذه الحالة يكون I_C= I_SATURATION
• 3.     منطقة القطع :يمنع الترانزستور مرور التيار، ويكون تيّار المجمّع مساوياً الصفر  I_C=0.

كما قلنا سابقاً فإنَّ الترانزستور له ثلاثة أطراف تُعرف بالتَّسميات التَّالية: الباعث (Emitter) E ، والقاعدة (Base) B ، والمجمّع C  (Collector).

إنّ الترانزستورات هي أساساً عناصر لتنظيم التيّار، وبالتّالي فهي تتحكّم بكميّة التيّار الذي يمرّ  من خلالها من الباعث باتّجاهِ المجمّع وذلك نسبةً للجهدِ المطبَّق على القاعدة

أي أنّها تأخذُ دورَ مفتاح يتم التحكّم بهِ عن طريق التيّار، حيث أنّ مرور تيار بسيط عبر القاعدة يتحكّم بمرور تيّار أكبر بكثير عبر المجمّع، وهو مبدأ عمل الترانزستور.

إنّ مبدأ عمل الترانزستورات من النوعين PNP وNPN  هو نفسه, ولكنَّ الفرق الوحيد هو الإشارة المطبَّقة على القاعدة واتّجاه التيّار المطبَّق على كل منهما.

بنية الترانزستور ثنائي القطبية:

يوضح الشكل السابق تركيب الترانزستورات بنوعيهما npn وpnp ورمزهما، وتشير الأسهم  إلى جهة التيّار الاصطلاحيّة بين القاعدة والباعث.
تسير الأسهم من القسم الموجب p إلى القسم السالبn  لكلا النَّوعين، كما هو الحال مع الديودات.

طرق توصيل الترانزستور ثنائي القطبيّة BJT :

كما علمنا فإنَّه للترانزستور ثنائيّ القطبيّة ثلاثة أطراف، وهناك ثلاثة طرق ممكنة لتوصيله ضمن الدَّارة المطلوبة حيث يكون أحد أطرافه مشتركاً بين الدخل والخرج.
تتعامل كلّ طريقة توصيل منها بشكل مختلف مع إشارة الدخل بسبب تغيّر مواصفات الناقليّة للترانزستور مع كلّ تغيير في طريقة توصيل الدارة.

وهذه الطرق الثلاث هي:

• التوصيل بطريقة القاعدة المشتركة : تتميَّز بربح في الجهد وعدم وجود ربح تيّار.
• التوصيل بطريقة الباعث المشترك:  تتميَّز بربح في التيّار والجهد.
• التوصيل بطريقة المجمع المشترك:  تتميَّز بربح في التيّار وعدم وجود ربح في الجهد.

أولاً: التوصيل بطريقة القاعدة المشتركة:

تكون القاعدة هي الطرف المشترك بين إشارة الدخل وإشارة الخرج، كما يوضّح اسم هذه الطريقة، يتم ُّ تطبيق إشارة الدخل على طرفي القاعدة والباعث

بينما يتمّ الحصول على إشارة الخرج من فرق الجهد بين القاعدة والمجمّع كما هو موضّح في الشكل التالي، يتمّ توصيل القاعدة إلى الأرضي أو إلى نقطة جهد مرجعيّة.

يكون التيّار المتدفِّق إلى الباعث كبيراً، لأنَّه مجموع كلّ من تيّار القاعدة وتيّار المجمّع، وبالتالي يكون خرج تيّار المجمّع أقل من دخل تيّار الباعث

ممّا يسبِّب ربحاً في هذا النوع من الدارات بمقدار 1 أو أقل، بمعنى آخر: فإنّ التوصيل بطريقة القاعدة المشتركة يضعف إشارة الدخل.

إنّ طريقة التوصيل هذه تعطي دارة مضخّم غير عاكس لطور أ, صفحة الجهد، أي يكون كل من جهد إشارة الدخل V_IN وجهد إشارة الخرج V_OUT متّفقان بالصفحة أو الطَّور في هذه الطريقة.

بشكل عام، إنّ التوصيل بهذه الطريقة غير شائع بسبب كون هذه الطريقة ترفع الجهد بطريقة غير عاديّة.

ثانياً: التَّوصيل بطريقة الباعث المشترك:

تكون إشارة الدخل مطبّقة بين القاعدة والباعث في هذه الطريقة، بينما يكون الخرج بين المجمّع والباعث كما هو موضَّح في الشكل في الأسفل:

غالباً ما تُستخدَم هذهِ الطَّريقة في التَّوصيل في المضخّمات المبنيّة على الترانزستورات،وهي طريقة التوصيل الطبيعية للترانزستورات ثنائيّة القطبيّة.

ينتج التوصيل بطريقة الباعث المشترك أكبر ربح في التيّار والاستطاعة من بين طرق التوصيل الثلاثة المعروفة، ويعود ذلك مباشرةً لكون مقاومة مرور الدخل منخفضة

حيث أنّها تماثلُ وضعَ التَّوصيل المباشر لديود  عادي، بينما تكون مقاومة الخرج مرتفعة، حيث أنّها تماثلُ توصيل عكسيٍّ للدّيود.

دارة الباعث المشترك:

ثالثاً: التوصيل بطريقة المجمّع المشترك:

يكون المجمّع في هذه الطريقة مشتركاً بين الدَّخل والخرج، وتكون إشارة الدخل متّصلة مباشرة بالقاعدة، في حين يكون الخرج مأخوذاً من الباعث كما يظهر في الشكل التالي.

تصطلح تسمية هذه الطريقة بدارة تابع الباعث.

وتعتبر هذه الطريقة مفيدة جداً في حالات مطابقة الممانعة بسبب ممانعتها المرتفعة جداً للدخل، وهي ممانعة من رتبة مئات أو آلاف الأومات وتتَّصف أيضاً بممانعة خرج منخفضة نسبياً.

دارة المجمّع المشترك:

غالباً تكون قيمة الربح في التيّار عند التوصيل بطريقة المجمّع المشترك تساوي تقريباً قيمة β للترانزستور.

وتكون في هذه الحالة مقاومة الحمل موصولة على التسلسل مع الباعث، وبالتالي يكون تيّارها مساوياً لتيار الباعث.

بما أنّ تيّار الباعث ناتج عن جمع كلا تيّاري المجمّع والقاعدة معاً، يمرُّ في مقاومة الحمل تيّار المجمّع وتيّار القاعدة.

خلاصة:

إنّ سلوك الترانزستور ثنائيّ القطبيّة يختلف بشكل كبير في كلّ طريقة توصيل من الطرق الثلاث، وينتج خصائص متباينة للتيّارات وذلكَ حسب ممانعتي الدخل والخرج ومقدار الربح سواءً في الجهد، أو التيّار، أو في الطاقة.

• إعداد: المهندسة رهف النداف
• تدقيق: المهندس خليل محمود
• تحرير: المهندس بشار الحجي