الأدوات الإلكترونية (٢)

تقوم الأدوات الإلكترونية مثل الدايود والترانزستور على التحكم في حركة الإلكترونات والفجوات داخل المواد شبه الموصلة. يسمح الدايود بمرور التيار في اتجاه واحد فقط، بينما يعمل الترانزستور كمضخم ومقوٍ للإشارات عبر التحكم بطبقاته الثلاث. على سبيل المثال، إذا ربطت دايود في دائرة متردد، فإنه يقوم بتقويم التيار ليصبح مستمراً DC.

الفكرة الأساسية

تدور الفكرة الأساسية للأدوات الإلكترونية حول استثمار خصائص أشباه الموصلات المعالجة لبناء أدوات تتحكم في التيار الكهربائي وتوجهه وتضخمه. هذه الأدوات هي أساس كل الأجهزة الحديثة من حاسبات وهواتف.

الشرح

الدايود هو أداة تتكون من وصلة بين نوعين من أشباه الموصلات، ويسمح بمرور التيار الكهربائي في اتجاه واحد فقط. عندما تتحد الإلكترونات والفجوات عند الجوانب، تنتج منطقة خالية من ناقلات الشحنات تسمى طبقة النضوب. إذا طبقت فرق جهد بقطبية معينة، يقل عرض طبقة النضوب ويسمح بمرور التيار فيسمى الدايود منحازاً أمامياً. أما إذا عكسنا القطبية، يزداد عرض طبقة النضوب فلا يمر التيار ويسمى منحازاً عكسياً. الترانزستور أداة أخرى تتكون من ثلاث طبقات من المادة شبه الموصلة على شكل طبقات npn أو pnp، وتكون الطبقة المركزية رقيقة جدا مقارنة بالطبقات الأخرى وتسمى القاعدة، بينما تسمى الباقيتان الباعث والجامع، وهو يعمل مضخما ومقويا للإشارات.

مثال محلول خطوة بخطوة

وصل دايود السيليكون في اتجاه منحاز إلى الأمام مع مصدر قدرة من خلال مقاوم مقدارها $485 ext{ }\Omega$ كما هو موضح في الشكل. إذا كان هبوط جهد الدايود يساوي $0.70 ext{ V}$، فما مقدار جهد مصدر القدرة عندما يكون تيار الدايود $14 ext{ mA}$؟ الخطوة الأولى: حدد المعطيات؛ المقاومة $R = 485 ext{ }\Omega$، تيار الدايود $I = 14 ext{ mA} = 14 \times 10^{-3} ext{ A}$، وهبوط الجهد عبر الدايود $V_d = 0.70 ext{ V}$. الخطوة الثانية: طبق قانون أوم لحساب الجهد عبر المقاومة $V_R = I \times R$. $V_R = (14 \times 10^{-3} ext{ A}) \times (485 ext{ }\Omega) = 6.79 ext{ V}$. الخطوة الثالثة: احسب جهد مصدر القدرة الكلي بجمع هبوط الجهد عبر الدايود وجهد المقاومة $V_b = V_d + V_R$. $V_b = 0.70 ext{ V} + 6.79 ext{ V} = 7.49 ext{ V}$.

أخطاء شائعة

من الأخطاء الشائعة الخلط بين الانحياز الأمامي والانحياز العكسي للدايود؛ حيث يظن الطالب خطأً أن الدايود يمرر التيار في الاتجاهين بنفس الكفاءة بينما هو يمرره في اتجاه واحد فقط. ومن الأخطاء أيضاً نسيان تحويل وحدة التيار من الملي أمبير إلى الأمبير عند تطبيق الحسابات.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: ما الذي يحدث لعرض طبقة النضوب في الدايود عندما يتم عكس القطبية للجهد المطبق؟ الإجابة: يزداد عرض طبقة النضوب بصورة كبيرة. السؤال الثاني: ما هي الوظيفة الأساسية للترانزستور في الدوائر الإلكترونية؟ الإجابة: يعمل كمضخم ومقوٍ للإشارات.