I BJT Transistor Modeling

19
يوسف الخضر لخضر تاي د. ا لكترونية الدوائر اI KUECAD 1 2018 ن الرحيم الرحم بسم لترونية الدوائر اI ابعة الوحدة الر نمذجة انزستور الترBJT Transistor Modeling مقدمة:موذجينالك نلمتناوب. هنر التيا في دوائر ا انزستور الترتمثيلستخدمة لذج الملنما اسة ا ق لدرذه الوحدة سوف نتطر في ه بة: نموذجلمتناو ات الصغيرة اشار في دوائر ا انزستور الترتمثيل لe r الهجين. النموذج وقة بينهما. ذج والعكل نمو سوف نتطرق للمتناوبةرة اشا تكبير اAmplification in AC Domain دخلرة الشا اكبر من ا بة تكونلمتناو ة الخرج اشارمكبر, اي ان ا انزستور ككن استخدام الترلثة انه يملثا في الوحدة ا كما وضحنايف ستكونن هو كسؤال ا. الدخل من قدرة الون اكبر ة الخرج تك الي ان قدر هذا يقود الصغيرة, و من قدرة ة الخرج اكبر قدردخل؟ الكلية ة الخرج الص علي ان قدرلطاقة ينون حفظ ا قانo P دخل من قدرة الون اكبر ان يكيمكن ي منظومة i P نظومة,ذه الم لهنهارف علي الكفاءة تع وا/ o i P P دخل من قدرة ال ة الخرج اكبر يجعل قدر الذيعامل اكبر من الواحد. ال ان تكونيمكن وخر, هنالكت. وبمعني اقاوماقة في الملطافقود من ا حتي الجزء الم ة الخرجساهم في قدراشر. ويعتبر م المصدر المب هو تاثير يسمح باوب والذيلمتنار التيا حيز ا المستمر اليلتيار تيار ل تبادلقة, يمكن الحقيوبة اعلي. فيلمتنا ة الخرج ا ن تكون قدر تعريفنها علي اتحويلءة ال كفا / o ac i dc P P , حيث ان o ac P حملة الي المرسلوبة اللمتنا هي القدرة ا , و i dc P هي القدرةمسلطة.شرة اللمبا المباشرر التياور مصدر ا يمكن وصف د( شكل المستمر الموضحة في اللتيارستخدام شبكة ا با1 لتيارن اتجاه سريا قيمة وا.) ( شكلشر مع الزمن موضحة في اللمبا ا1 .) ( شكل1 لمباشرر التيا اسة ا در) ( شكل موضح في ال كما الية تحكمدخلنان اذا ا ا2 هي كما في حالة. الية التحكم) حكم ينتجلية ت صغيرة متناوبةشارةل ادخا ا( شكل الموضحة في اللدائرةر في دائرة الخرج. ل كبيذب تذب2 بواسطة قيمة المصدرلتحكم فيهاذبة يمكن الذب الذروة ل, قيمة) ظمي اعنه حذف القيمة العلمباشر ينتج ع بواسطة المصدر ادةمة القصوي المحدز القيجتيا ي محاولةشر. المبا اي ال ل عتبة. لذا, مضبوطة. بصورة التكبيرختيار معامل يجب ا

Transcript of I BJT Transistor Modeling

Page 1: I BJT Transistor Modeling

I الدوائر الالكترونية د. الخضر تاي الله يوسف الخضر

KUECAD 1 2018

بسم الله الرحمن الرحيم I الدوائر الالترونية الوحدة الرابعة

BJT Transistor Modelingالترانزستور نمذجة مقدمة:

في هذه الوحدة سوف نتطرق لدراسة النماذج المستخدمة لتمثيل الترانزستور في دوائر التيار المتناوب. هنالك نموذجين سوف نتطرق لكل نموذج والعلاقة بينهما. والنموذج الهجين. erلتمثيل الترانزستور في دوائر الاشارات الصغيرة المتناوبة: نموذج

Amplification in AC Domainتكبير الاشارة المتناوبة كما وضحنا في الوحدة الثالثة انه يمكن استخدام الترانزستور كمكبر, اي ان اشارة الخرج المتناوبة تكون اكبر من اشارة الدخل

الدخل؟ قدرة الخرج اكبر من قدرةالصغيرة, وهذا يقود الي ان قدرة الخرج تكون اكبر من قدرة الدخل. السؤال الان هو كيف ستكون لهذه المنظومة, iPلاي منظومة لايمكن ان يكون اكبر من قدرة الدخل oPقانون حفظ الطاقة ينص علي ان قدرة الخرج الكلية

o/والكفاءة تعرف علي انها iP P ولايمكن ان تكون اكبر من الواحد. العامل الذي يجعل قدرة الخرج اكبر من قدرة الدخلهو تاثير المصدر المباشر. ويعتبر مساهم في قدرة الخرج حتي الجزء المفقود من الطاقة في المقاومات. وبمعني اخر, هنالك

تعريف ن تكون قدرة الخرج المتناوبة اعلي. في الحقيقة, يمكنتبادل تيار للتيار المستمر الي حيز التيار المتناوب والذي يسمح باكفاءة التحويل علي انها

/o ac i dc

P P حيث ان , o ac

P وهي القدرة المتناوبة المرسلة الي الحمل , i dc

P هي القدرة المباشرة المسلطة.

(. قيمة واتجاه سريان التيار 1باستخدام شبكة التيار المستمر الموضحة في الشكل )يمكن وصف دور مصدر التيار المباشر (. 1المباشر مع الزمن موضحة في الشكل )

( دراسة التيار المباشر1شكل )

ادخال اشارة متناوبة صغيرة لالية تحكم ينتج (. الية التحكم هي كما في حالة2الان اذا ادخلنا الية تحكم كما موضح في الشكل )

(, قيمة الذروة للذبذبة يمكن التحكم فيها بواسطة قيمة المصدر 2تذبذب كبير في دائرة الخرج. للدائرة الموضحة في الشكل )عتبة. لذا, لي الالمباشر. اي محاولة لاجتياز القيمة القصوي المحددة بواسطة المصدر المباشر ينتج عنه حذف القيمة العظمي اع

يجب اختيار معامل التكبير بصورة مضبوطة.

Page 2: I BJT Transistor Modeling

I الدوائر الالكترونية د. الخضر تاي الله يوسف الخضر

KUECAD 2 2018

( اثر عنصر التحكم علي السريان المستقر للتيار لمنظومة كهربائية.2شكل )

BJT Transistor Modelingنمذجة الترانزستور لتحليل الترانزستور في حالة الدخل اشارة متناوبة صغيرة نستخدم الدوائر المكافئة )النماذج( للترانزستور. الان يمكن تعريف

تركيب عناصر دائرة كهربية يتم اختيارها بعناية بحيث تمثيل افضل تقريب لسلوك الترانزستور تحت ظروف النموذج علي انه محددة.

رمز الترانزستور بالنموذج, ثم تحليل الدائرة النهائية باستخدام النظريات الاساسية للتحليل )تحليل الشبكة, الخطوة التالية هي احلالتحليل العقدة, ونظرية ثفنن( لايجاد استجابة الدائرة. هنالك طريقتان لنمذجة الترانزستور. لسنوات عديدة اعتمدت المؤسسات

هجين للترانزستور. لاتزال الدائرة المكافئة الهجينة شائعة للغاية, علي الرغم من انها الصناعية والمؤسسات التعليمية النموذج ال. erيجب ان تشترك الان مع دائرة مكافئة مستمدة مباشرة من ظروف تشغيل الترانزستور هذه الدائرة المكافئة تعرف بنموذج

erيعرفون معاملات النموذج الهجين لمنطقة تشغيل محددة في لوحة تعريف الترانزستور. معاملات نموذج مازال المصنعون يمكن اشتقاقها مباشرة من معاملات النموذج الهجين. علي كل حال, دائرة النموذج الهجين تكون منيعة من ان تكون محددة

. معاملات اي نموذج اخر لظروف تشغيل محددة يمكن ايجادها من معاملات اعتبارها دقيقةلظروف تشغيل معين اذا كان يمكن يفشل في حساب مستوي ممانعة الخرج للترانزستور وتاثير التغذية العكسية من الخرج الي الدخل. erالنموذج الهجين. نموج

(.3التحليل, ناخذ الدائرة الموضحة في الشكل ) لتوضيح تاثير الدائرة المتناوبة المكافئة في

(3شكل )

افرض ان الدائرة المتناوبة المكافئة تم ايجادها, وبما اننا مهتمون فقط بالاستجابة للاشارة المتناوبة, فان كل المصادر المباشرة لجهد الخرج ولا تستخدم لتحديد قيمة تردد Qلانها تستخدم فقط لتحديد نقطة التشغيل يمكن استبدالها بصفر فولت )دائرة قصيرة(

(. الجهد المباشر يستخدم لايجاد معاملات نقطة التشغيل, وبمجرد تحديد نقطة التشغيل 3الخرج المتناوب كما موضح في الشكل )

Page 3: I BJT Transistor Modeling

I الدوائر الالكترونية د. الخضر تاي الله يوسف الخضر

KUECAD 3 2018

لها مفاعلة يالاضافة الي, نعتبر مكثفات الربط ومكثف التخطبيمكن اهمال المصادر المباشرة عند التحليل المتناوب للدائرة. . تذكر ERصغيرة جدا لذا فانها تستبدل بمسار له مقاومة صغيرة جدا او بدائرة قصيرة. هذا ينتج عنه قصر مقاومة الانحياز

انه يمكن اعتبار المكثفات دائرة مفتوحة عند التحليل المباشر والتي تمكن من عزل المستويات.تظهر CRستكون مربوطة علي التوازي. والمقاومة 2Rو 1Rاذا اعتبرنا ان الارضي مشترك واعادة ترتيب الدائرة فان المقاومات

(.5كانها مربوطة بين الجامع والباعث كما موضح في الشكل )

( للتحليل المتناوب.4ترتيب دائرة الشكل ) ( اعادة5شكل )

بما ان مكونات الدائرة المكافئة للترانزستور تستخدم المكونات المعروفة مثل المقاومات والمصادر المستقلة, يمكن استخدام طرق ادها, وبما اننا ب ايجاولا يجب تحديد القيم المطلو التحليل مثل نظرية التعويض, ونظريات ثفنن, وهكذا لايجاد القيم المطلوبة.

نعلم ان الترانزستور عبارة عن مكبر, سيكون لدينا توقع لقيمة جهد الخرج وعلاقة ارتباطه بجهد الدخل )كسب الجهد(. من الشكل i( نلاحظ ان تيار الدخل هو تيار القاعدة 5) bI I وتيار الخرج هو تيار الجامع ,o CI I الان يمكن تعريف كسب التيار ,

/i o iA I I.ممانعة الدخل وممانعة الخرج هي ايضا من المعاملات المهمة الواجب ايجادها لاكمال التحليل . The Important Parametersالمعاملات المهمة

ثنائي المنفذ قبل ايجاد الدائرة المكافئة للترانزستور, سوف نتعرف علي معاملات النظام , , ,i o v iZ Z A A . للنظام الثنائي المبين (, الممانعة بين طرفي التوصيل لكل جانب تعتبر من المعاملات المهمة.6في الشكل )

( نظام ثنائي المنفذ6شكل )

Page 4: I BJT Transistor Modeling

I الدوائر الالكترونية د. الخضر تاي الله يوسف الخضر

KUECAD 4 2018

iZInput Impedanceممانعة الدخل تعريفها استنادا علي قانون اوم كالاتي:ممانعة الدخل لجانب الدخل يمكن

ii

i

VZ

I

يد معني اخر, عند التحليل االمتناوب, بمجرد تحدباذا تغير جهد الدخل, فان تيار الدخل يمكن حسابه باستخدام ممانعة الدخل, اي قيمة ممانعة الدخل يمكن استخدام هذه القيمة عند تغير مستويات اشارة الدخل.

ممانعة الدخل للترانزستور يمكن تحديدها بصورة تقريبة من الانحياز المباشر للترانزستور لان الاشارة المتناوبة تتغير. عمليا وجد تكون KHz 100ان ممانعة الدخل لمكبرات الترانزستور للترددات المنخفضة والمتوسطة بالتحديد الترددات اقل من او يساوي

طريقة استخدام الترانزستور, ويمكن ان تكون في حدود الاوم الي الميغا اوم. ايضا, لايمكن استخدام مقاومة بحتة وتعتمد علي الاوميتر لقياس ممانعة الدخل للترانزستور في حالة الانحياز المتناوب لان الاوميتر يعمل في المستوي المباشر فقط.

اضافة مقاومة ( تم7الحيز المتناوب. في الشكل ) الدخل فيالمعادلة اعلاه تعتبر مهمة وتستخدم في طريقة ايجاد مقاومة DMMالتحسس للسماح بتحديد تيار الدخل باستخدام قانون اوم. الان يمكن استخدام اوسلسكوب او عداد متعدد رقمي حساس

ذروة, او ذروة, او قيمة فعالة. لذلك فان ممانعة الدخل يمكن –. قيمة هذه الجهود ممكن تكون ذروة iVو sVلقياس الجهود ايجادها كما يلي:

,s i ii i

sense i

V V VI Z

R I

( ايجاد قيمة ممانعة الدخل.7شكل )

, والنظام 600(. مصدر الاشارة له مقاومة داخلية قيمتها 8اهمية ممانعة الدخل لاي نظام يمكن توضيحها باستخدام الشكل )1.2)مكبر الترانزستور( له مقاومة دخل قيمتها k 0. اذا كان المصدر مثالي )مقاومته الداخلية تساوي صفرsR فان ,)

, فان جهد الدخل للنظام يمكن ايجاده , ولكن بسبب المقاومة الداخلية للمصدرmV 10الجهد المسلط علي النظام قيمته كل الـ باستخدام مقسم الجهد كالاتي:

3 3

3

1.2 10 10 106.67

1.2 0.6 10

i si

i sense

Z VV mV

Z R

فقط, فان 600اذا كانت ممانعة الدخل فقط من الجهد الكلي تكون متوفرة عند الدخل. %66.7يتضح ان 30.5 10 10 5iV mV 8.2من الجهد الكلي. واذا كانت ممانعة الدخل %50او k فان جهد الدخل سيكون ,لها تاثير كبير في قيمة جهد الدخل للنظام. من الجهد الكلي. من هذا يمكن القول ان قيمة ممانعة الدخل للنظام % 93.2

Page 5: I BJT Transistor Modeling

I الدوائر الالكترونية د. الخضر تاي الله يوسف الخضر

KUECAD 5 2018

سنوضح لاحقا ان قيمة مقاومة الدخل المتناوبة تعتمد علي طريقة ربط الترانزستور هل هو قاعدة مشتركة او جامع مشترك او باعث مشترك ومكان ربط العنصر المقاومي.

( توضيح تاثير ممانعة الدخل علي قيمة جهد الدخل.8شكل )

مثال: (.9قيمة ممانعة الدخل للنظام الموضخ في الشكل ) اوجد

( دائرة المثال.9شكل )

الحل: 3

3

3

6

2 1.2 100.8

1 10

1.2 101.5

0.8 10

s ii

sense

ii

i

V VI A

R

VZ k

I

oZOutput Impedanceممانعة الخرج طبيعيا ممانعة الخرج تعرف عند اطراف الخرج, ولكن طريقة تعريفها تختلف عن تعريف ممانعة الدخل. التعريف ينص علي:

( مثلا, تم وضع 10ر. في الشكل )ممانعة الخرج تحدد عند اطراف الخرج بالنظر عكسيا الي النظام مع اشارة الدخل تساوي صفتسلط علي اطراف الخرج, ثم تقاس قيمة جهد الخرج sV, اشارة قيمتها oZاشارة الدخل عند الصفر. لايجاد ممانعة الخرج

لعلاقة الاتية:بواسطة اوسلسكوب او عداد متعدد رقمي حساس. ممانعة الخرج يمكن حسابها من ا,o o

o o

sense o

V V VI Z

R I

(:KHz 100عمليا, للترددات المنخفضة والمتوسطة )اقل من او يساوي ممانعة الخرج لمكبر الترانزستور تكون ذات طبيعة مقاومية, وتعتمد علي طريقة انحياز الترانزستور ومكان ربط العنصر المقاومي,

ميقا اوم. ايضا لايمكن استخدام الاوميتر لقياس ممانعة الخرج 2الاوم الي قيمة اكبر من ممانعة الخرج ممكن تكون قيمتها بين كما ذكرنا سابق.

Page 6: I BJT Transistor Modeling

I الدوائر الالكترونية د. الخضر تاي الله يوسف الخضر

KUECAD 6 2018

( ايجاد ممانعة الخرج.10الشكل )

عند تصميم مكبر ترانزستور للحصول علي كسب التيار كبير, يجب ان تكون ممانعة الخرج كبيرة الي الحد الممكن. كما موضح o, اذا كان (11في الشكل ) LZ R فان التيار الاعظم من تيار الخرج سيمر عير الحمل. سنوضح انه اذا كانت ممانعة ,

الخرج اكبر بكثير من مقاومة الحمل يمكن استبدالها بدائرة مفتوحة.

( تاثير ممانعة الخرج علي تيار الخرج.11الشكل )

مثال: (.12للنظام الموضح في الشكل )اوجد قيمة ممانعة الخرج

( دائرة المثال.12الشكل )

الحل:3

0

3

3

6

1 680 1016

20 10

680 1042.5

16 10

o

sense

oo

o

V VI A

R

VZ k

I

vAVoltage Gainكسب الجهد من اهم خصائص مكبرات الاشارة المتناوبة الصغيرة هو كسب الجهد ويمكن حسابه من العلاقة الاتية:

Page 7: I BJT Transistor Modeling

I الدوائر الالكترونية د. الخضر تاي الله يوسف الخضر

KUECAD 7 2018

ov

i

VA

V

(, الحمل غير مربوط الي اطراف الخرج وقيمة كسب الجهد في هذه الحالة يسمي كسب جهد 13للنظام الموضح في الشكل ) اللاحمل ويوجد من العلاقة التالية:

L

ovNL

i R

VA

V

( تحديد كسب جهد اللاحمل.13شكل )

(, والذي 13للنظام المبين في الشكل ) الجهد في حالة وجود حمل.لمكبرات الترانزستور كسب جهد اللاحمل يكون اكبر من كسب o/, يجب ايجاد جهد الدخل اولا باستخدام مقسم الجهد قبل حساب الكسب sRله مقاومة مصدر sV V:كما يلي ,

i i ii s

i s s i s

o i o o ivs vNL

s s s s i s

Z V ZV V

Z R V Z R

V V V V ZA A

V V V V Z R

بالتجربة, يمكن حساب كسب الجهود ,vs vNLA A بقياس القيم المكونة لها باستخدام الاوسلسكوب او عداد رقمي. اعتمادا علي

ين اقل بالة وجود حمل لمكبر الترانزستور من مرحلة واحدة تكون له قيمة رانزستور فان قيمة كسب الجهد في حطريقة انحياز الت عدد صغير من المئات, والمكبر متعدد المراحل فان كسب الجهد قد يصل الي الالاف. من الواحد الي

مثال:,(, اوجد: 14لمكبر الترانزستور في الشكل ) , ,i i i vsV I Z A.

( دائرة المثال.14شكل )

الحل:7.68

24320

o ovNL i

i vNL

V VA V mV

V A

Page 8: I BJT Transistor Modeling

I الدوائر الالكترونية د. الخضر تاي الله يوسف الخضر

KUECAD 8 2018

3 3

3

3

6

3

3 3

40 10 24 1013.33

1.2 10

24 101.8

13.33 10

1.8 10192

1.8 10 1.2 10

s ii

s

ii

i

ivs vNL

i s

V VI A

R

VZ k

I

ZA A

Z R

iACurrent Gainكسب التيار كسب التيار يمكن تعريفة بالمعادلة التالية:

oi

i

IA

I

بعض المهتمين يولون اهتمام اقل لكسب التيار من كسب الجهد علي الرغم من ان كسب التيار يعتبر عامل مهم في تصميم .100لمكبرات الترانزستور تكون له قيمة بين اقل من الواحد الي قيمة تتعدي مكبرات الترانزستور. عموما, كسب التيار

( في وجود الحمل:15للنظام الموضح في الشكل )

,

/

/

i oi o

i L

o o L o i ii v

i i i i L L

V VI I

Z R

I V R V Z ZA A

I V Z V R R

( ايجاد كسب التيار لنظام مع حمل.15شكل )

Transistor Model erTheللترانزستور erنموذج هذا النموذج يستخدم ثنائي ومصدر تيار متحكم فيه لتوضيح سلوك الترانزستور في نمط العمل المطلوب. يجب ان نتذكر ان

هو مصدر تيار تعتمد قيمته علي قيمة مصدر تيار اخر في CCCSمصدر التيار المتحكم فيه بواسطة مصدر تيار اخر الدائرة. في الحقيقة, عموما:

مكبرات الترانزستور يمكن اعتبارها معدة تيار متحكم فيه. Common Base Configurationانحياز القاعدة المشتركة

مربوط علي هيئة القاعدة المشتركة. هذه التركيبة واضح جليا انها تمثل نظام ثنائي المنفذ. pnpيوضح ترانزستور (a.16)الشكل المكافئ لهذا التركيب لدائرة الترانزستور. تم تصميم هذا النموذج ليمثل تقريب لسلوك الترانزستور. erيوضح نموذج (b.16)الشكل

Page 9: I BJT Transistor Modeling

I الدوائر الالكترونية د. الخضر تاي الله يوسف الخضر

KUECAD 9 2018

( وينتج عن هذا نموذج مهم 17ثنائي الباعث كما ذكرنا سابقا يمكن استبداله بالمقاومة المتناوبة للثنائي كما في الشكل ) للترانزستور.

المكافئ. erنموذج (b)الدائرة الاساسية. (a)( توصيل القاعدة المشتركة 17شكل )

المكافئ لتوصيلة القاعدة المشتركة. er( نموذج 17شكل )

(, فان ممانعة الدخل:17نتيجة لان الخرج والدخل معزولين في الشكل )i e CB

Z r اوم كقيمة قصوي. 50ممانعة الدخل لتوصيلة القاعدة المشتركة تكون لها قيمة من بعض الاوم الي

0eلايجاد ممانعة الخرج, اذا تم وضع الاشارة لتساوي صفر, فان, cI I A :وهذا يكافئ دائرة مفتوحة عند الخرج, لذا , oZ

في الحقيقة: ممانعة الخرج لتوصيلة القاعدة المشتركة تكون قيمتها بالمقيا اوم.

( تعريف ممانعة الخرج.18شكل )

Page 10: I BJT Transistor Modeling

I الدوائر الالكترونية د. الخضر تاي الله يوسف الخضر

KUECAD 10 2018

(. 18يتم تحديد مقاومة الخرج لتوصيلة القاعدة المشتركة باستخدام ميل منحني خطوط خصائص الخرج الموضحة في الشكل )ص تكون افقية بالتقريب والتي تتوافق مع المعادلة. اذا تم قياس ممانعة الخرج بدقة من منحني الخصائص خطوط منحني الخصائ

( كما 19ميقا اوم. الان يمكن حساب كسب الجهد للدائرة الموضحة في الشكل ) 2اوم و 1او بالتجربة فان قيمتها تتراوح بين يلي:

o o L C L e L

i e i e e

o e L L Lv

i e e e e

V I R I R I R

V I Z I r

V I R R RA

V I r r r

وكسب التيار:1o C

i

i e

I IA

I I

( ايجاد كسب الجهد لتوصيلة القاعدة المشتركة.19شكل )

( يوضح 20قطبية جهد الخرج التي تم تحديدها بواسطة تيار الجامع توضح ان جهد الخرج له نفس طور جهد الدخل. الشكل ) .npnالنموذج المكافئ في حالة الترانزستور

.npn( النموذج التقريبي لتوصيلة القاعدة المشتركة لترانزستور 20شكل )

مثال:4( اذا كان 17لتوصيلة القاعدة المشتركة في الشكل ) , 0.98EI mA والاشارة المتناوبة المسلطة علي الدخل بين ,

.mV 2القاعدة والباعث هي أحسب ممانعة الدخل. (أ) مربوطة الي الخرج. 0.56kاحسب كسب الجهد اذا كانت مقاومة الحمل (ب) اوجد ممانعة الخرج وكسب التيار. (ت) الحل:

Page 11: I BJT Transistor Modeling

I الدوائر الالكترونية د. الخضر تاي الله يوسف الخضر

KUECAD 11 2018

3

3

3

6 3

3

3

26 26 106.5

4 10

2 10307.69

6.5

0.98 3.07.69 10 0.56 10 168.86

168.86 1084.43

2 10

0.98

i e

E

ii e

i

o C L e L

ov

i

o

oi

i

mVZ r

I

VI I A

Z

V I R I R mV

VA

V

Z

IA

I

المكافئ لتوصيلة الباعث المشترك erالنموذج , اطراف الدخل هي طرف القاعدة وطرف الباعث, والخرج يمثل بطرف (a.21)لتوصيلة الباعث المشترك الموضحة في الشكل

.(b.21)الجامع وطرف الباعث. باستخدام المقاومة المتناوبة للباعث نحصل علي الدائرة المبينة في الشكل

( توصيلة الباعث المشترك والدائرة المكافئة لها.21شكل )

Cمما سبق bI I ,:والتيار عبر الثنائي هو 1e C b bI I I I

وبما ان بيتا اكبر من الواحد, يمكن استخدام العلاقة الاتية لغرض التحليل:e bI I

ممانعة الدخل توجد من العلاقة الاتية:i BE

i

i b

V VZ

I I

(. باستخدام قانون اوم:22هو الجهد علي طرفي مقاومة الثنائي في الشكل ) BEVالجهد i BE e e b e

e eBEi e

e e

V V I r I r

I rVZ r

I I

Page 12: I BJT Transistor Modeling

I الدوائر الالكترونية د. الخضر تاي الله يوسف الخضر

KUECAD 12 2018

( هي المقاومة المتناوبة مضروبة في بيتا. بمعني اخر, 23المعادلة اعلاه توضح ان ممانعة الدخل للحالة الموضحة في الشكل )6.5العنصر المقاومي في الباعث ينعكس علي دائرة الدخل مضروبا في العامل بيتا. اذا كانت , 160er كما في

دخل:المثال السابق, فان ممانعة ال160 6.5 1.04i eZ r k

عموما, قيمة ممانعة الدخل لتوصيلة الباعث المشترك تتراوح من مئات الاوم الي الكيلو اوم, واقصي قيمة ممكنة لها في حدود 6 7 k .

( تحديد قيمة ممانعة الدخل.22شكل )

ممانعة الدخل.( تاثير المقاومة المتناوبة علي 23شكل )

(. من هذا المنحني نلاحظ ان ميل منحني 24لايجاد ممانعة الخرج فاننا نستخدم منحني خصائص الخرج الموضحة في الشكل )

الموضح في الشكل erالخصائص يزيد مع زيادة تيار الجامع. كلما كان المنحني اكثر حدة فان ممانعة الخرج تقل. نموذج ( لا يحتوي علي ممانعة الخرج, اذا كانت قيمة ممانعة الخرج معلومة سواء بالتحليل او جدول بيانات الترانزستور يجب 21)

(.25اضافتها للنموذج كما موضح في الشكل )

Page 13: I BJT Transistor Modeling

I الدوائر الالكترونية د. الخضر تاي الله يوسف الخضر

KUECAD 13 2018

(24( شكل )25شكل )

(, اذا كانت اشارة الدخل تساوي صفر, فان تيار الجامع ايضا يساوي صفر امبير وممانعة الدخل هي:25موذج في الشكل )للنo oZ r

, فان ممانعة الخرج تصبح:er, فان ممانعة الخرج كما في حالة المقاومة المتناوبة في نموذج orاذا اهملنا مساهمة oZ

( باستخدام فرضية ان ممانعة الخرج لانهائية.لاتجاه سريان تيار 26كسب الجهد لتوصيلة الباعث المشترك يمكن ايجاده للشكل ) الخرج وقطبية جهد الخرج:

o o L C L b L

i i i b e

o b L Lv

i b e e

V I R I R I R

V I Z I r

V I R RA

V I r r

( ايجاد كسب الجهد وكسب التيار لتوصيلة الباعث المشترك.26شكل )

.0180علامة ناقص لكسب الجهد تعني ان زاوية الطور بين جهد الدخل وجهد الخرج هي (:26كسب التيار للشكل )

o Ci

i b

I IA

I I

Page 14: I BJT Transistor Modeling

I الدوائر الالكترونية د. الخضر تاي الله يوسف الخضر

KUECAD 14 2018

, الدائرة المكافئة الموضحة في الشكل or, وممانعة الخرج هي bI, وتيار الجامع هو erباستخدام ان ممانعة الدخل هي مة معتدلة لممانعة هذه التوصيلة ستكون لها قيفعالة للتحليل التالي. للقيم الحقيقية لتوصيلة الباعث المشترك فان ( تعتبر 27)

الدخل, وله كسب تيار كبير وكسب تيار كبير وله ممانعة خرج يمكن ان تضمن في الدائرة.

للباعث المشترك. er( نموذج 27شكل )

مثال:,120للباعث المشترك اذا كان 3.2 ,E oI mA r اوجد: ممانعة الدخل, كسب الجهد اذا كانت مقاومة الحمل .

2 k.وكسب التيار للحمل المبين , الحل:

3

3

3

26 26 108.125 120 8.125 975

3.2 10

2 10246.15

8.125

120

e i e

E

Lv

e

i

mVr Z r

I

RA

r

A

( بدلا من تعريف نموذج 21النموذج المكافئ لتركيبة الجامع المشترك هو النموذج المكافئ للباعث المشترك الموضح في الشكل ) مكافئ للجامع.

The Hybrid Equivalent Modelالنموذج الهجين المكافئ

المكافئ للترانزستور يكون حساس جدا للقيم المباشرة للترانزستور. ونتيجة لذلك فان مقاومة erمما سبق نخلص الي ان نموذج الدخل سوف تتغير تبعا لتغير نقطة التشغيل. معاملات النموذج الهجين الذي سوف يتم شرحة تاليا يتم حسابها عند نقطة تشغيل

للمكبر. وذلك لان بطاقة التعريف تعطي معاملات الدائرة من الممكن او من غير الممكن ان تعكس ظروف التشغيل الحقيقية( ماخوذة من بطاقة تعريف الترانزستور 28الموضحة في الشكل ) المكافئة لكل نقطة تشغيل ممكنة. معاملات النموذج الهجين

2N4400 1. القيم محسوبة عند التيار المباشر للجامع قيمته mA 10وجهد الجامع الباعث قيمته V . ,يم الق , ,ie re fe oeh h h h ( تسمي المعاملات الهجينة وهي مكونات الدائرة المكافئة للاشارة الصغيرة. لشرح كيفية 28في الشكل )

المعادلات التالية هي احد المعادلات (. 29ايجاد النموذج الهجين سوف نبدأ بالنظام ثنائي المنفذ العام الموضح في الشكل ) (. 29الكثيرة المستخدمة لايجاد المعاملات الاربعة للشكل )

11 12

21 22

i i o

o i o

V h I h V

I h I h V

Page 15: I BJT Transistor Modeling

I الدوائر الالكترونية د. الخضر تاي الله يوسف الخضر

KUECAD 15 2018

.2N4400( معاملات النموذج الهجين للترانزستور 28شكل )

( نظام ثنائي المنفذ.29شكل )

من الكلمة هجين. تم اختيار كلمة هجين لان خليط من المتغيرات hالمعاملات التي تربط بين المتغيرات الاربعة تسمي معاملات ,V I موجودة في كل المعادلات لتنتج وحدات قياس هجينة لمعاملاتh لفهم المعاملات الهجينة وطريقة ايجادها تكون .

0oVكالاتي. اولا اذا وضعنا ( نحصل علي:)تم جعل اطراف الخرج دائرة مقصورة

ohms 11

0o

i

i V

Vh

I

هي معامل ممانعة وتميز بالاوم. وبما انها نسبة معاملات دخل مع اطراف الخرج مقصورة 11hمن العلاقة اعلاه نلاحظ ان 0iIفانها تسمي ممانعة الدخل للدائرة المقصورة. واذا تم وضع :هذا يقود الي ,

12

0i

i

o I

Vh

V

هي نسبة جهد في حالة تيار الدخل يساوي صفر وعديمة الوحدات ولذا تسمي معكوس تحويل الجهد للدائرة المفتوحة. 12hلذا فان 0oVاذا وضعنا :تم جعل اطراف الخرج دائرة مقصورة( نحصل علي(

21

0o

o

i V

Ih

I

0iIواذا تم وضع يقود الي:, هذا

22

0i

o

o I

Ih

V

Page 16: I BJT Transistor Modeling

I الدوائر الالكترونية د. الخضر تاي الله يوسف الخضر

KUECAD 16 2018

(. الدائرة الكلية المكافئة لنظام خطي 31( والشكل )30من طبيعة المعاملات الهجينة فانها تنتج الدوائر الموضحة في الشكل ) (.32ثلاثي الاطراف موضحة في الشكل )

( الدائرة الهجينة المكافئة للخرج31ل )( الدائرة الهجينة المكافئة للدخل شك30شكل )

( الدائرة الكلية الهجينة المكافئة.32شكل )

i,(. تذكر ان 33الدائرة الهجين المكافئة للباعث المشترك موضحة في الشكل ) b o CI I I I وبتطبيق قانون كيرشوف للتيار .eنحصل علي: C bI I I جهد الدخل هو .BEV وجهد الخرج هو ,CEV( 34. وللقاعدة المشتركة الموضحة في الشكل :)

, , ,i e o C i EB o CBI I I I V V V V ( يمكن تطبيقها الي ترانزستور 34( و)33. الدوائر الموضحة في الاشكال )npn .pnpو

النموذج الهجين. (b)الدائرة الاساسية. (a)( الباعث المشترك: 33شكل )

Page 17: I BJT Transistor Modeling

I الدوائر الالكترونية د. الخضر تاي الله يوسف الخضر

KUECAD 17 2018

النموذج الهجين. (b)الدائرة الاساسية. (a)( القاعدة المشتركة 34شكل )

,للباعث المشترك والقاعدة المشتركة, قيم &r oh h عادة تحسب للمعاملات المهمة مثل ممانعة الدخل وممانعة الخرج وكسبلها قيمة صغيرة نوعا ما, يمكن حذفها بفرض ان rhالجهد وكسب التيار وقيم المعاملات المهمة عادة تتاثير قليلا. بما ان

0rh 0, وr oh V , ( 35تنتج قصر الدائرة المكافئة لعنصر التغذية العكسية كما موضح في الشكل) يتم تحديد المقاومة ./1 بالعامل oh وتكون كبيرة بحيث لايمكن تجاهلها مقارنة مع حمل التوازي, وتسمح باستبدالها بدائرة مفتوحة للباعث المشترك

(.35والقاعدة المشتركة كما في الشكل )

re&( تاثير حذف 35( النموذج الهجين التقريبي شكل )36شكل ) oeh h لنموذج الهجين.علي ا

للقاعدة المشتركة والباعث المشترك. er(, هي شبيه بالتركيب العام لنموذج 36الدائرة المكافئة النهائية الموضحة في الشكل ) ان: (a.37)( للمقارنة. واضح من الشكل 37في الواقع النموذجين موضحين في الشكل )

ie e

fe ac

h r

h

:(b.37)ومن الشكل

1

ib e

fb

h r

h

علامة ناقص ناتجة من الحقيقة ان مصدر التيار لدائرة النموذج الهجين المكافئ يشير الي الاسفل بدلا عن الاتجاه الحقيقي كما .(b.37)موضح في الشكل

مثال:2.5معطي البيانات الاتية: , 140, 20 , 0.5E fe oe obI mA h h S h S :أوجد .

الهجين المكافئ للباعث المشترك.النموذج (أ) للقاعدة المشتركة. erنموذج (ب)

Page 18: I BJT Transistor Modeling

I الدوائر الالكترونية د. الخضر تاي الله يوسف الخضر

KUECAD 18 2018

الباعث المشترك. (b)القاعدة المشتركة. (a)( مقارنة النموذجين المكافئين. 37شكل )

الحل: )أ(

3

3

6

26 1010.4

2.5 10

140 10.4 1.456

1 150

20 10

e

ie e

o

oe

r

h r k

r kh

الشكل التالي:الدائرة النهائية للنموذج الهجين للباعث المشترك موضحة في

)ب(

6

10.4

1 11, 2

0.5 10

e

o

ob

r

r Mh

Page 19: I BJT Transistor Modeling

I الدوائر الالكترونية د. الخضر تاي الله يوسف الخضر

KUECAD 19 2018