مقحل زوجي الأقطاب

مقحل الوصلة ثنائي القطب أو ترانزستور الوصلة ثنائي القطبية BJT Bipolar Junction Transistor هو النوع الأول من المقاحل والثاني هو المقحل الحقلي التي هي أشباه الموصلات مشوّبة (مطعّمة بذرات عنصر آخر). والمقحل زوجي الأقطاب هو نبيطة كهروإلكترونية تتكون من ثلاثة أجزاء تتطابق فوق بعضها البعض كما في الشطيرة. والثلاثة أجزاء هي:

1. الباعث emitter

2. القاعدة base (في المنتصف بينهما)

3. الجامع collector.

ويطعم كل جزء من تلك الأجزاء الثلاثة تطعيما (يشوب) مختلفا ً.

ملف:Bipolartransistor-pnp.PNG

مقحل م س م وهو عبارة عن ديودين متقابلين

المقحل الثنائي يتركب من وصلتين ثنائيتين متقابلتين ظهرا لظهر في المقحل م س م بينما يكونان وجها لوجه في حالة المقحل م س م وسمي بثنائي القطبية لأن حاملات الشحنة فيه الإلكترونات والفجوات كلاهما مشتركان في حمل التيار.

في عملية التشويب، يتم تطعيم الباعث والمجمع بنفس النوع من الشحنات فإما إلكترونات سالبة لكليهما وإما فجوات إلكترونية موجبة ويكون تشويب الباعث بتركيز أكبر لإنه كما يوحي اسمه سيقوم بعملية بعث وإرسال تتطلب مجهودا أكبر من مجرد التجميع وكلا الإثنين ذا تركيز أكبر بكثير من تركيز القاعدة، أما تشويب القاعدة فيكون بنوع مخالف لهما لذلك يوجد نوعان من المقاحل ثنائية الأقطاب وهما :

• مقحل س م س (npn) وهو الأكثر انتشارا وأعلى كفاءة وجودة لإن الإلكترونات أسرع من الفجوات في الحركة
• مقحل م س م (pnp)

س : سالب (n)، م : موجب (p).

ملف:BJT PNP symbol (case).svg

السهم دائما يتموضع بين القاعدة والباعث في كلا الأنواع

بين الموسفت والبي جي تي

و هذه النبيطة ثنائية القطب ومعنى ثنائية القطب أي أن الباعث لا يقوم بوظيفة الجامع والعكس صحيح، فلا يقبل التبديل بينهما وإذا حصل فسيعمل الجهاز لكن بشكل غير فعال ومعامل تضخيم ضعيف جدا، فقبل تركيب النبيطة في الدائرة الكهربية يجب التعرف على أجزائها على عكس الموسفت أحادي القطب (المقحل المعدني أحادي القطب) الذي يمكن زرعه في الدائرة على أي وجه كان فالمصب فيه يقوم بعمل المورد والعكس صحيح والسبب عائد لإن يطعمان أثناء عملية التشويب بنفس النوع والتركيز مما يعني أن تشويب الموسفت في المعمل أسهل وبالتالي أرخص، لذا فإن هذه نقطة قوة كبرى تلعب لصالح الموسفت وسبب إضافي لتفوقه على ثنائي القطب في أكثر التطبيقات.

أما زوجي الأقطاب فإنه يفوق الموسفت في خاصية يتيمة وهي الموصلية، فموصليته أكبر من موصلية الموسفت.

فكرة النبيطة

ملف:NPN BJT Basic Operation (Active).svg

انسياب التيار من الطرف إلى طرف ويبدو جليا تيار الإتحاد recombination

النبيطة عند زرعها في دائرة تكون مسار لتمرير التيار، والميزة أنه سيكون بالمقدرة التحكم في كمية مرور التيار في هذا الفرع من الدائرة عن طريق جهدية القاعدة (فولطية القاعدة بالنسبة لفولطية الجامع)، فيمكن زيادة شدة التيار أو تقليله أو حتى منعه وذلك عن طريق تغيير جهد القاعدة تماما مثل نقطة تفتيش مرورية، لذلك يستعمل في الداوئر كمفتاح فتح وغلق بالإضافة إلى استعماله كمضخم.

فعند تطبيق جهد كهربائي معين على القاعدة تبدأ حاملات الشحنات الأكثرية (الإلكترونات فرضا) الانتقال من الباعث إلى الجامع collector وأثناء مرورها في القاعدة تأخذ القاعدة جزءا من الإلكترونات المارة وذلك عن طريق اتحاد فجوات القاعدة مع الإلكترونات، ويمر الباقي إلى الجامع.

فالقاعدة تحدد كمية التيار المار بطريقتين :

• جهديتها التي تحدد أساسا شدة التيار المار.
• تعمل على تعادل بعض شحنات التيار المار مع ما فيها من فجوات فتخفض شدة التيار.

يمكن التحكم في جهدية القاعدة بيسر بينما تعادل الشحنات الحاصلة تكون خارج السيطرة، لذلك وبغية تقليل الإتحادات تصنع القاعدة كطبقة رقيقة لكي يتجاوزها الإلكترون بسرعة (وصلت هذه المسافة حاليا إلى أقل من 0.5 % من طول النبيطة وأصبح تيار الإتحاد لا يجاوز 2% من المنبعث). وكذلك تقليل تركيز تشويب القاعدة حتى لا تجذب إلا القليل من التيار المنبعث.

التحليل

التيار الكلي الساري في المقحل هو عبارة عن تركيبة مكونة من أربع تيارات هم (أنظر الشكل):

1. تيار رئيسي، جزء التيار الرئيسي السالب بين الباعث والجامع Ic
2. تيار ثانوي، الجزء الموجب من القاعدة إلى الباعث iB1
3. تيار اتحاد recombination، الجزء السالب المنفصل عن Ic
4. تيار اتحاد، الجزء الموجب القادم من القاعدة iB2

تكون تيارت تعادل الشحنات recombination ضئيلة القيمة ويمكن تجاهلها ويؤخذ بالحسبان تيار الجامع Ic.

مناطق التشغيل

مناطق التشغيل ثلاثة تتغير بحسب تغير جهد الجامع-الباعث Vce في حال ثبات جهد القاعدة-الباعث Vbe وهن : لاحظ أن (Vbe من يبدأ تشغيل المقحل وأن Vce هو الذي يحدد منطقة التشغيل) انظر الشكل.

• النشاط

يكون نشطا في حال كان الديود بين الباعث والقاعدة شغال (انزياح أمامي) والذي بين الجامع والقاعدة مطفأ (انزياح عكسي)، وهذا ساري على كلا النوعين (لاحظ الصورة أعلاه) وفي منطقة التشغيل هذه يستعمل كمضخم للتضخيم.

• التشبع

يكون في وضع التشبع في حال كان كلا الديودين منزاحا للأمام ويستعمل في منطقة التشغيل هذه للعمل كبوابة منطقية وكذلك كمفتاح كهربي.

• التوقف

تكون الوصلة متعطلة في حال كان كلا الديودين متوقفين ويستعمل كمفتاح كهربائي للفتح والقفل وكل التيارات في هذه المنطقة = صفر.

و هناك منطقة رابعة ذات أهمية هي منطقة التداعي أو الأنهيار وتحطم العازل، ينساب فيها تيار عرمرم في مقابل تغير طفيف في جهدية القاعدة-الباعث.

طالع أيضاً: ديود

المنطقة النشطة

المقحل لا يعمل كمضخم إلا في منطقة النشاط وهي منطقة أيمّا زاد فيها جهد الجامع-الباعث (جهد الجامع بالنسبة للباعث) فإن التيار لا يعاني تغيرا معتبرا بمعنى أنه يمكن استعماله كمصدر تيار معتمد على قيمة Ib التيار المار في القاعدة فيسمى لأجل ذلك ب مصدر تيار محكوم بالتيار، لتحقيق شروط هذه المنطقة يجب :

• الوصلة الثنائية بين الباعث والقاعدة أمامية
• الوصلة الثنائية بين الجامـع والقاعدة عكسيـة

وللحصول على أفضل نقطة تشغيل يجب أن يكون الجهد المسلط على القاعدة-الباعث= نصف الجهد المسلط على المجمع-القاعدة.

القوانين الحاكمة

القانون الأساس في المقاحل أن :

Ie=Ic+Ib

تيار الباعث = تيار القاعدة + تيار الجامع

و هناك علاقة بين تيار القاعدة وتيار الجامع وهي : Ic=B*Ib

حيث B هي كسب القاعدة الجامع وهو عدد ثابت يقارب المائة عادة، بتطبيق هذا القانون نجد أن :

Ie=(1+B)*Ib

و يمكن إيجا تيار الجامع على في منطقة النشاط النحو التالي.

$i_{\mathrm{C}}=I_{\mathrm{S}}{e}^{\frac{v_{\mathrm{B}\mathrm{E}}}{V_{\mathrm{T}}}}(1+\frac{V_{\mathrm{C}\mathrm{B}}}{V_{\mathrm{A}}})$

• Vt الجهد الحراري
• Is تيار التشبع
• Va تأثير إيرلي وهي قيمة كبيرة تحوم حول الـ 200 فولت

و بما أن Vce لا تؤثر كثيرا في منطقة النشاط فإن يجوز تجاهلها

العمل كمضخم

لتضخيم إشارة ما باستخدام المقحل ثنائي القطب هناك ثلاثة سبل

• دائرة الباعث المشترك، يتم فيها تأريض الباعث
• دائرة المجمع المشترك، يؤرض فيها الجامع
• دائرة القاعدة المشتركة تؤرض فيها القاعدة

طالع أيضاً: تصميم الإشارة الصغيرة

be:Біпалярны транзістар be-x-old:Біпалярны транзыстар bg:Биполярен транзистор ca:Transistor bipolar da:Bipolar transistor de:Bipolartransistor Bipolar junction transistor]] es:Transistor de unión bipolar et:Bipolaartransistor eu:BJT transistore fa:ترانزیستور دوقطبی پیوندی fr:Transistor bipolaire he:טרנזיסטור ביפולרי id:Transistor pertemuan dwikutub it:Transistor a giunzione bipolare ja:バイポーラトランジスタ kk:Биполярлық транзистор ko:접합형 트랜지스터 lv:Bipolārais tranzistors ml:ദ്വിധ്രുവ ട്രാൻസിസ്റ്റർ mn:Хос туйлт транзистор nl:Bipolaire transistor pl:Tranzystor bipolarny pt:Transistor de junção bipolar ro:Tranzistor bipolar ru:Биполярный транзистор sh:Bipolarni tranzistor sl:Bipolarni tranzistor sr:Биполарни транзистор sv:Bipolär transistor ta:இருமுனை சந்தி திரிதடையம் uk:Біполярний транзистор vi:BJT zh:双极性晶体管