CALM/arwiki huggingface dataset:
مع استمرار انجراف حاملات الشحنة الأكثريّة، تبدأ الشحنات بالتراكم على طرفي الوصلة، ونتيجة لذلك، يحصل فرق جهد كهربائي بين الطرفين، يُسمّى جهد العبور . ينتج عن هذا الفرق حقل كهربائي formula_9، مع زيادة الفرق في الجهد بشكل تدريجي كنتيجة لزيادة الشحنة المُتجمّعة على طرفي منقطة العبور، تزداد قوة الحقل الكهربائي حتى تبلغ الحدّ الذي يمنع أي ألكترونات حرة جديدة من الانتقال من بين المادتين، في حال عدم وجود جهد خارجي مُطبّق، مع ثبات درجة الحرارة، فإنّ طرفي الوصلة يُصبحان مستقرين كهربائياً، ويسمى هذا التوازن بالتوازن الحراري.
في نفس الوقت، ومع توسّع منطقة العبور، وتجمّع الشحنات على طرفيها، فإنّ حاملات الشحنة الأقليّة اللواتي أصبحن في منطقة العبور في كلا الطرفين، تتأثّر بالحقل الكهربائي فيها، وتتسرب نحو الطرف الآخر، لذلك، يمر تيار كهربائي صغير ناجم عن تسرب حوامل الشحنة الأقلية باتجاه معاكس للتيار الرئيسي في الوصلة، ويكون ذو قطبية متوافقة مع قطبية الحقل الكهربائي الناتج عن تجمّع الشحنات.
تحييز الوصلة.
تحييز أي جهاز إلكتروني هو تطبيق جهد خارجي مستمر على نهاياته، وتحييز الوصلة الثنائيّة هو تطبيق جهد مُستمر على طرفيها. هناك نوعين لتحييز الوصلة الثنائية:
التحييز الأمامي.
لتحييز الوصلة أمامياً، يتم توصيل شبه الموصل من النوع N إلى القطب السالب من مولد خارجي جهده formula_10، وشبه الموصل من النوع P إلى القطب الموجب لنفس المولد. يسبب هذا التوصيل تطبيق جهد كهربائي formula_10 مُعاكس بالقطبية لجهد العبور formula_12 الموجود سلفاً نتيجة لإنشاء الوصلة، وتكون المُحصلة الناتجة هي فرق الجهدين. إذا كانت قيمة formula_10 أكبر من قيمة formula_12، فإنّ الجهد الخارجي يتغلب على جهد العبور، وتكون المحصلة الجبرية للحقلين أكبر من الصفر، أي formula_15، ويُسبب ذلك حركة حاملات الشحنة الأكثريّة بشكل متواصل عبر الوصلة.
فيما يخص حركة حاملات الشحنة، تنتشر الثغرات الإلكترونية من شبه الموصل المشوب النوع P باتجاه القطب الموجب للمولد، وتنتشر الإلكترونات الحرّة من شبه الموصل المشوب من النوع N باتجاه القطب السالب للمولد، وينتج عن هاتين الحركتين تيارٌ يعبر الوصلة من شبه الموصل من النوع P باتجاه شبه الموصل من النوع N، وبشكلٍ متوافق مع قطبية التغذية الخارجية. يزداد التيار المار في الوصلة مع فرق الجهد المطبق، وكلما كان الجهد المطبق أكبر في القيمة كان التيار المار في الوصلة أكبر.
التحييز العكسي.
لتحييز الوصلة عكسياً، يتم توصيل شبه الموصل من النوع N إلى القطب الموجب لمُولّد خارجيّ جهده formula_10، وشبه الموصل من النوع N إلى القطب السالب لنفس المولد. يسبب هذا التوصيل تطبيق حقل متوافق بالقطبية formula_17 مع الحقل الناتج عن جهد العبور والموجود سلفاً نتيجة لإنشاء الوصلة formula_18، وتكون المُحصلة الجبريّة للحقلين مساوية لمجموعهما أي formula_19. نتيجة لذلك، يزداد عرض منطقة العبور على جانبي الوصلة، ويعيق ذلك حركة حاملات الشحنة الأكثريّة.
فيما يخص حركة حاملات الشحنة، فإن انتشار حوامل الشحنات الأكثرية يكون ضعيفاً بسبب حاجز الجهد المضاعف، وينتج عن هذا الانتشار تيار صغير جداً يمكن إهماله، أما تيار الإشباع العكسي، والذي ينتج عن انجراف حاملات الشحنة المتولدة في منطقة العبور، فيكون ثابت القيمة، ولا يتعلق بقيمة الجهد الخارجي المطبق، ومعاكس في جهته مع قطبية المولّد. يُسمّى هذا التيار بتيار التسريب أو بتيار الإشباع العكسي .
الوصلة ثلاثية الطبقات.
الترانزستور هو عنصرٌ إلكترونيّ شبه موصل ثلاثيّ الطبقات، يتكون إمّا من طبقتين من شبه الموصل النوع N وطبقة من النوع P، أو من طبقتين من شبه الموصل من النوع P وطبقة من اشبه الموصل من النوع N، يُسمّى الأول ترانزستور NPN والثاني ترانزستور PNP. تفصل الطبقة المغايرة بين الطبقتين المتماثلتين، وتُسمّى القاعدة، أمّا الطبقتين المتشابهتين فتسميان الباعث والمُجمّع. يكون المجمّع هو أكبر الطبقات حجماً، وتكون القاعدة أصغرها، أمّا الباعث فيكون ذات مقاسات تقع بين الاثنين. يكون تركيز الإشابة مرتفعاً في الباعث والمجمع وأكثر بعشرين ضعفاً على الأقل من القاعدة، ولكن هذا الرقم قد يبلغ المئات، مثلاً قد يكون تركيز الإشابة في مادة شبه المُوصِل، مُقدرّاً بواحدة شائبة في سم3، كما يلي: في الباعث formula_20 وفي المجمع formula_21 وفي القاعدة formula_6.
سواءَ كان الترانزستور من النوع PNP أو كان NPN فإنّه يتكوّن من وصلتي PN تشتركان إمّا بشبه موصل من النوع N أو بشبه موصل من النوع P. لذلك، يُمكن تمثيل الوصلة الثلاثيّة على أنها تُشكّل ثنائيين يشتركان في أحد أقطابهما، فإذا كانت الوصلة هي NPN فهما يشتركان في المِصعد، وإن كانت الوصلة هي PNP فهما يشتركان في المِهبط. لتفعيل الترانزستور يجري تحييز الوصلتين، وتخضعان عندها للقواعد الخاصة بانتقال حاملات الشحنات الأكثرية والأقلية.
تحييز الترانزستور هو تطبيق قيم للجهد الكهربائي المُستمر على دبابيسه بهدف ضبط كيفيّة عمله. يتكون الترانزستور ثنائي القطب من وصلتي PN، وتعني عملية التحييز تحديد قيمة الجهد المستمر الواجب تطبيقه على الباعث والقاعدة والمجمع من أجل تحييز هاتين الوصلتين. هناك حالات مختلفة لتحييز الوصلتين، فقد يتم تحييز وصلة الباعث والقاعدة أمامياً ووصلة القاعدة والمجمع عكسيّاً، وقد يتمّ العكس، فتحييز الوصلة الأولى عكسيّاً والثانية أماميّاً، وقد تحيز كلتا الوصلتان عكسيّاً معاً أو كلتاهما أماميّاً معاً، ويتحدد نمط عمل الترانزستور حسب ذلك وهناك 4 أنماط متاحة:
يجب الانتباه إلى أن عملية تحييز الترانزستور PNP معاكسة بقطبية الجهود المستعملة لعملية تحييز الترانزستور NPN.
تيارات الوصلة.
يمكن بتطبيق قانون كيرشوف الأول على الترانزستور ثنائي القطب، في الترانزستور NPN، يدخل التيار من المجمع والقاعدة، ويخرج من الباعث، أما في الترانزستور PNP، فيدخل من الباعث ويخرج من القاعدة والمُجمّع، وفي كلا الحالتين، يكون تيار الباعث formula_24 مساوٍ لمجموع تياري المُجمع formula_25 والقاعدة formula_26، ويُعبّر عن ذلك رياضياً بالشكل:
بالإضافة لذلك، هناك أيضاً تيار الإشباع formula_27، وتكون قيمته صغيرة ضمن المجال formula_28 أمبير، ولا تتعلق بالجهد الخارجي المطبق ولكن بدرجة الحرارة وأبعاد منطقة العبور.
العامل ألفا.
يُعرّف العامل ألفا الأمامي formula_29 بأنّه النسبة بين تيار المجمع وتيار الباعث من أجل عمل الترانزستور في المنطقة الفعّالة الأماميّة، ويسمى أيضاً ربح التيار في وصلة القاعدة المشتركة، ويُوصف رياضياً عند استعمال القيم المستمرّة بالعلاقة:
أما عند العمل استعمال القيم المتناوبة، فإنّ قيمة العامل بيتا تتعلق بحركة نقطة العمل، وتُحسب عندها من أجل قيمة ثابتة لجهد المُجمّع والقاعدة، وتحدد قيمتان لتياري المجمع والباعث من أجل مجموعتين من قيم التحييز المختلفة، ثُمّ يحسب فرق القيمتين من أجل كل تيار، أيّformula_30، ويُعبّر رياضياً عن قيمة العامل ألفا كنسبة بين الفرقين بالشكل التالي:
تكون قيمة العامل ألفا أصغر من الواحد دائماً، وتتراوح عادة 0.95 و 0.998.
العامل بيتا.
عند عمل الترانزستور في النمط الفعّال الأمامي، يُستخدم العامل بيتا الأمامي formula_31 لوصف العلاقة بين التيارات، ويشار إليه أحياناً بالعامل بيتا فقط، ويُسمّى أيضاً في بعض المراجع ربح التيار الأمامي في وصلة الباعث المشترك، أو العامل formula_32، ويُسمّى أيضاً عامل التضخيم. وهو النسبة بين تيار المُجمع وتيار القاعدة، ولا واحدة له، يُوصف هذا العامل رياضيّاً عند التحييز ترانزستور بالجهد المستمر بالعلاقة:
أمّا عند استعمال القيم المُتناوبة، فإنّ قيمته تتعلق بحركة نقطة العمل، وتُحسب عندها من أجل قيمة ثابتة لجهد المُجمّع والباعث، ويُسمّى أيضاً العامل formula_33، ويُعبّر رياضيّاً عن هذه العلاقة بالشكل الثالي:
أمّا عند العمل بالنمط الفعال العكسي، فيُعرّف العامل بيتا العكسي formula_34 وهو النسبة بين تيار الباعث وتيار القاعدة، يُوصف هذا العامل رياضيّاً عند العمل بنمط التيار المستمر بالعلاقة:
تكون قيمة العامل بيتا الأماميّ مُرتفعة مُقارنةً بالعامل ألفا الأمامي، وتعبّر عن نسبة تضخيم التيار، وتتراوح عادة بين 10 و 500. أمّا قيمة العامل بيتا العكسيّ فتكون صغيرةً مقارنة بعامل بيتا الأماميّ، وتتراوح بين 0.1 و 5.
كما يمكن أن يُستخدم العامل بيتا الأمامي لوصف العلاقة بين تيار الباعث وتيار القاعدة وفق العلاقة التالية:
أخيراً، يُعرّف العامل ألفا العكسي formula_35 من خلال العلاقة التالية التي تربطه مع العامل بيتا العكسي:
وهذه العلاقة صحيحة أيضاً من عندما يكون العاملان أماميّان معاً.
تيارا التسريب العكسيان.
هو تيار كهربائي ناجم عن حركة الشحنات الأقليّة عند التحييز العكسيّ لوصلة شبه موصل. ويُوصف هذا التيار بأنّه عكسيّ لأن أثره يصبح واضحاً عند التحييز العكسيّ للوصلة، وترتبط قيمته بحوامل الشحنة المتولدة في منطقة العبور، لا بالجهد الكهربائي المُطبق على الوصلة.
في ترانزستور ثنائي القطب من النوع NPN، يمرّ تيارا تسريب عكسيّان الأوّل بين المُجمّع والقاعدة والثاني بين المُجمّع والباعِث، ويُمكن قياسهما من خلال تطبيق جهد كهربائي مناسب على الدبوسين المعنيين، وترك الدبوس الثالث بدون تطبيق أي جهد، أي ترك دارته مفتوحة. وهذان التياران هما:
يلعب كل من التيارين دوراً رئيسياً في تحديد الحدود التي تفصل بين منطقة القطع ومنطقة العمل الفعال في ميزة خرج الترانزستور. تكون قيمة تيار التسريب العكسي بين المجمع والقاعدة مع باعث مفتوح formula_36 صغيرة من رتبة النانو أمبير، وتتبع درجة الحرارة.
يرتبط تيارا التسريب العكسيان مع بعضهما البعض بالعلاقة الرياضية:
إعداد الوصلة.
الترانزستور ثنائي القطب هو عنصر إلكتروني ثُلاثي النهايات، دبابيسه هي القاعدة والباعث والمجمع. في التطبيق العملي، يكون هناك دارتان منفصلتان هما دارتا الدخل والخرج، أي تكون هناك حاجة لأربعة أقطاب، يُستخدم اثنان منهما من أجل دارة الدخل واثنان من أجل دارة الخرج. ولكنّ وبما أن هذا الترانزسستور له ثلاثة دبابيس فقط، فلا بد أن تشترك دارتا الدخل والخرج بأحد الأقطاب. يتمّ تصنيف وصلات الترانزستور بناءً على النهاية المشترك بين الدارتين، وبناء على ذلك، تُصنّف وصلات التغذية المُستعملة لتحييز الترانزستور إلى ثلاث مجموعات:
يكون لكل وصلة خواص مميزة، تشمل الأرباح، أي ربح الجهد والتيار والاستطاعة، وهي نسب بين القيم المدروسة في دارتي الدخل والخرج، ومعاوقتي الدخل والخرج، وهي المعاوقة الكهربائية للدارة منظورّة من دارتي الدخل والخرج، بالإضافة ميّزة عكس طور الإشارة، أي حدوث فرق في طور الإشارة المدروسة بقيمة 180 درجة بين دارتي الدخل والخرج.
القاعدة المشتركة.
في وصلة تكون القاعدة هي النقطة ذات الجهد المرجعي بين دارتي الدخل والخرج، وتشمل دارة الدخل وصلة الباعث والقاعدة والتي يتم تحييزها أماميّاً. أمّا الوصلة الأخرى، والتي تشمل القاعدة والمُجمّع، فتُحيّز عكسيّاً، وتسمى دارة الخرج.
تُدرس هذه الوصلة بواسطة مجموعتين منفصلتين من المنحنيات، تضمّ المجموعة الأولى دارة الدخل، ويجري فيها التركيز محددات الدخل، وتحديداً العلاقة بين تيار الباعث formula_39، الذي يُمثّل تيار الدخل، وفرق الجهد بين القاعدة والباعث formula_40، من أجل قيم مختلفة للجهد بين الباعث والمجمع formula_41 وتسمى المنحنيات الناتجة مميّزة الدخل للترانزستور. أمّا في دارة الخرج، فتدرس العلاقة بين تيار المجمع formula_42، الذي يُمثّل تيار الخرج، وفرق الجهد بين القاعدة والمجمع formula_43 من أجل قيم مختلفة لتيار الباعث formula_39.
في ترانزستور NPN، تبدي منحنيات ميزة الدخل سلوكاً مُركّباً، فطالما كانت قيمة جهد الدخل أقل من القيمة اللازمة للتغلب على جهد العبور في وصلة PN المُحيّزة أماميّاً، فإنّ قيمة تيار الخرج تكون صفريّة. أمّا عندما تكون قيمة جهد الدخل أكبر من قيمة عتبة العبور، فإنّ المنحي يسلك سلوكاً أسيّاً، وكلما كانت قيمة الجهد المُطبق لتحييز دارة الخرج عكسيّاً أكبر، كان انحدار منحني ميزة الدخل في القسم الأسيّ أكبر. أمّا مُميّزة الخرج. يجري تقسيم فضاء مميزة الخرج إلى ثلاث مناطق متمايزة وهذه المناطق هي:
أمّا في ترانزستور PNP، فتربط مميزة الدخل بين الجهد بين الباعث والقاعدة formula_49، وبين تيار الباعث formula_39 من أجل قيم مختلفة سالبة للجهد بين المُجمّع والقاعدة formula_43، وتكون مميزة الدخل مشابهة في الترانزستور من النوع PNP مشابهة في شكلها لميزة الدخل في النوع NPN. في حين تُرسم مميزة الخرج في الربع الثالث من جملة الإحداثيات الديكارتية حيث تكون المحاور سالبة القيم، ويُمثّل المحور الأفقي فرق الجهد بين القاعدة والمجمع formula_43، والمحور الشاقولي تيار المُجمّع formula_42، وذلك من أجل قيم مُختلفة لتيار الباعث formula_39، وتُقسم مميزة الخرج إلى مناطق القطع والعمل والإشباع بشكل مشابه للترانزستور NPN.
تكون قيمة مقاومة الدخل في هذا الإعداد صغيرة، ونتيجة لذلك، يظهر تيار الدخل formula_39 مع تطبيق جهود صغيرة على دارة الدخل. لذلك، تستخدم هذه الوصلة كمضخم جهد، والسبب في ذلك أن تيار الدخل فيها مساوٍ تقريباً إلى تيار الخرج، ولكن قيمة المقاومة منظورة من دارة الدخل أقل بشكل ملحوظ من المقاومة منظورة من دارة الخرج، وذلك بسبب التحييز العكسي والأمامي للوصلتين، ويسبب هذا تضخيماً للجهد بين دارتي الدخل والخرج.
الباعث المشترك.
في هذا الإعداد، يكون الباعث هو النقطة ذات الجهد المرجعي لدارتي الدخل والخرج، حيث تشمل الدارة الأولى القاعدة والباعث أمّا الدارة الثانية، فتضمّ المجمع والباعث، ويجب أن يتم توصيل جهود التغذية بشكلٍ متوافق مع نوع الترانزستور لتحقيق التحييز المناسب لوصلتي الترانزستور.
تُدرس هذه الوصلة بواسطة مجموعتين منفصلتين من المنحنيات، تشمل المجموعة الأولى مُحددات دارة الدخل، وتحديداً العلاقة بين تيار القاعدة formula_56، وهو تيار الدخل، وفرق الجهد بين القاعدة والباعث formula_40، من أجل قيم مختلفة للجهد بين المجمع والباعث formula_41 وتُسمّى المنحنيات الناتجة مميّزة الدخل للترانزستور. أمّا في دارة الخرج، فتدرس العلاقة بين تيار المجمع formula_42، وهو تيار الخرج وفرق الجهد بين المجمع والباعث formula_41 وذلك من أجل قيم مختلفة لتيار القاعدة formula_56. وتُسمّى المُنحنيات الناتجة مُميّزة الخرج.
في ترانزستور NPN تبدي منحنيات ميزة الدخل سلوكاً مركّباً، فطالما كانت قيمة جهد الدخل أقل من القيمة اللازمة للتغلب على جهد العبور في وصلة PN المُحيّزة أماميّاً، فإنّ قيمة تيار الخرج تكون صفريّة. أمّا عندما تكون قيمة جهد الدخل أكبر من قيمة عتبة العبور، فإنّ المنحي يسلك سلوكاً أسيّاً، وكلما كانت قيمة فرق الجهد بين الباعث والمجمع أكبر، كان انحدار منحني ميزة الدخل في القسم الأسيّ أقل.
يجري تقسيم فضاء مميزة الخرج إلى ثلاث مناطق متمايزة حسب تحييز دارتي الدخل والخرج، وهذه المناطق هي:
أمّا في ترانزستور PNP، ترسم ميزة الدخل في الربع الثالث من جملة الإحداثيات الديكارتية حيث تكون المحاور سالبة القيم، ويرتبط فرق الجهد بين القاعدة والباعث formula_40 مع تيار القاعدة formula_56 وذلك من أجل قيم سالبة لفرق الجهد بين المجمع والباعث formula_41. وكذا الأمر لميزة الخرج التي ترسم في الربع الثالث، حيث يُمثّل المحور الأفقي فرق الجهد بين المجمع والباعث formula_41، والشاقولي تيار المُجمّع formula_42. وذلك من أجل قيم سالبة لتيار القاعدة formula_56 وتُقسم مميزة الخرج إلى مناطق القطع والفعالة والإشباع بشكل مشابه للترانزستور NPN.
إن إعداد وصلة الباعث المشترك هو الإعداد الأكثر استعمالاً في ترانزستور ثنائي القطب، ويرجع ذلك لسببين: الأول هو أنه الإعداد الوحيد الذي يحقق ربحاً للجهد والتيار معاً، والثاني هو أن نسبة مقاومة الخرج إلى الدخل صغيرة وتتراوح بين 10 و100 أوم فقط. تُستخدم هذه الوصلة لجعل الترانزستور يعمل كمفتاح إلكتروني، حيث يمكن التحكم بمرور التيار في دارة الخرج عن طريق ضبط جهد التغذية في دارة الدخل. كما تستعمل أيضاً في عمليات تضخيم الإشارات المتناوبة، وللاستفادة من ذلك، يتم وضع الترانزستور في القسم الخطي من المنطقة الفعالة.
المجمع المشترك.
في هذه وصلة يكون المجمع هو النقطة ذات الجهد المرحعي لدارتي الدخل والخرج، حيث تضم الدارة الأولى القاعدة والمجمع، أمّا الدارة الثانية، فتصل بين المجمع والباعث. تُسمّى هذه الوصلة أيضاً مُتتبع الباعث .
تُدرس هذه الوصلة بواسطة مجموعتين مُنفصلتين من الخطوط البيانيّة، تشمل الأولى مُحددات دارة الدخل، وتحديداً العلاقة بين تيار القاعدة formula_56، الذي يُسمّى أيضاً تيارَ الدخل، وفرق الجهد بين المجمع والقاعدة formula_43، وذلك من أجل قيم مُختلفة للجهد بين الباعث والمجمع formula_41 أمّا في دارة الخرج، فتدرس العلاقة بين تيار الباعث formula_39، ويسمى أيضاً تيار الخرج، وفرق الجهد بين المُجمّع والباعث formula_41 وذلك من أجل قيم مختلفة لتيار القاعدة formula_56.
في ترانزستور NPN، تختلف ميزة الدخل في وصلة المُجمّع المشترك عن ميزة الدخل في وصلتي القاعدة المشتركة والباعث المشترك، فهي لا تبدي أي خاصية أسيّة، فمن أجل كل قيمة لفرق الجهد بين الباعث القاعدة، تكون العلاقة بين جهد المجمع والقاعدة وتيار القاعدة خطية وذات ميل موجب، أي مع زيادة قيمة فرق الجهد بين المجمع والقاعدة تزداد قيمة تيار القاعدة بشكل خطي. باستثناء كون تيار الخرج formula_39 بدلاً من formula_42، فإنّ المعلومات المستخلصة من ميزة الخرج في إعداد المجمع المشترك مُشابهة لنظيرتها في إعداد الباعث المشترك. وذلك سواء في العلاقة بين تياري الدخل والخرج أو في تقسيم المميزة إلى مناطق القطع والفعالة والإشباع.
يُستخدم هذا الإعداد بشكل أساسي لأغراض مُطابقة المعاوقة الكهربائية، حيث تمتلك دارة الدخل قيمة معاوقة مرتفعة جداً، في حين تمتلك دارة الخرج قيمة معاوقة مُنخفضة، لذلك فإن باستطاعة الترانزستور في هذا الإعداد أن يلعب دور ربط بيني لمنبع ذي معاوقة خرج مرتفعة وحمل ذي معاوقة دخل مُنخفضة.
تحييز الترانزستور.
تحييز الترانزستور هو تطبيق جهود كهربائية مستمرة وخارجية وبقطبية محددة على وصلتي الترانزستور بغرض تشغيله في منطقة محددة، تظراً لإن الجهود المُطبقة مستمرّة، فإنّ العملية تُسمّى أيضاً بالتحييز المستمر . إن الهدف الأساسي من عملية التحييز الحصول على قيمة محددة لتيار الخرج من أجل قيمة محددة لجهد الخرج، وتُمثل هاتان القيمتان بنقطة ديكارتية على ميزة الخرج تُسمّى نقطة العمل أو النقطة الساكنة.
يجري تحليل دارة التحييز من خلال دراسة منفصلة لدارتي الدخل والخرج وكتابة المعادلات الرياضية المُعبرة عن كل منهما، وهي العملية التي تسمى تحليل التحييز المستمر . يمكن استخدام المعادلات السابقة لتحديد العلاقة بين جهد الخرج وتيار الخرج من أجل قيمة محددة لجهد الدخل، وتسمى هذه العملية بتحديد نقطة العمل، ويجري اختيار هذه النقطة بما يتوافق مع نمط عمل المرغوب.
نقطة العمل.
نقطة العمل أو النقطة الساكنة هي زوج من القيم التي تمثل جهد وتيار الخرج (formula_78,formula_79) على ميزة خرج الترانزستور. يرتبط تحديد نقطة العمل بالطريقة التي يُراد أن يعمل الترانزستور فيها، فإذا كان الهدف هو عمله كمضخم للإشارات الصغيرة، فإن اختيار عناصر الدارة يجب أن يحقق نقطة ضمن المنقطة الفعّالة، أمّا إذا كان الهدف هو عمل الترانزستور كقاطع إلكتروني، فإن اختيار العناصر يجب أن يحقق نقطة عمل تنتقل بين منطقتي القطع والإشباع.
يتمّ تحديد نقطة العمل من خلال تحييز وصلتي PN في الترانزستور، وتشمل عملية التحييز اختيار قيم العناصر الإلكترونية التي تجعل من نقطة العمل في الموقع المناسب الذي يتوافق مع غرض الدارة.
تحديد نقطة العمل.
تحديد موقع نقطة العمل هو معرفة إحداثياتها الديكارتيّة على مخطط ميّزة الخرج الخاصة بالترانزستور. ولتحقيق ذلك، يجب دراسة دارتي الدخل والخرج حسب إعدادات الوصلة المُستعملة، وحساب وإيجاد معادلة تيار الدخل والمعادلة التي تربط جهد الخرج بتيار الخرج، ثم حساب هذه القيم من أجل قيم محددة للعاملين ألفا formula_80 وبيتا formula_81 ولعناصر الدارة المستعملة.
لتحديد نقطة العمل الخاصة بترانزستور تمّ تحييزه، تُتبع الخطوات التالية:
تحديد منطقة العمل.
يكون لعمل الترانزستور ضمن الدارة الإلكترونية حدود فيزيائية لا يمكن تجاوزها، تُحدد هذه الحدود منطقة عمل تسمى منطقة العمل الخطية، فإذا كانت نقطة العمل ضمن المنطقة الخطيّة، يكون التشوّه في الإشارة صغيراً أو معدوماً، أمّا إذا كانت نقطة العمل في المنطقة غير الخطية، فإن تشوّه الإشارة يكون كبيراً، وقد تسبب شروط العمل في المنطقة غير الخطية ضرراً دائماً في الترانزستور.
إنّ أقصى تيار خرج يمكن أن يتحمله الترانزستور ويحافظ على الخاصية الخطيّة هو تيار الخرج الأعظميformula_87، في حين تكون قيمة أدنى تيار في المنطقة الخطيّة هي تيار التسريب العكسي الذي يتحدد حسب إعداد الوصلة. أمّا أدنى جهد خرج في المنطقة الخطيّة فيُسمّى جهد الإشباع formula_88، وإذا كانت قيمة جهد الخرج أقل من هذه العتبة، فإنّ الترانزستور يعمل في نمط الإشباع. أمّا أقصى جهد خرج للترانزستور من أجل الحفاظ على نقطة العمل في المنطقة الخطيّة، فيُسمّى جهد الخرج الأعظميformula_89، وتتحدد قيم هذه العتبات في الترانزستور. بالإضافة للشرطين السابقين، لا يمكن أن يبدد الترانزستور استطاعة حرارية أعلى من حد مُعين هو formula_90، وعادة ما يتم تحديد هذا الحدّ من ورقة بيانات العنصر، على أي حال، فإن جميع النقاط في ميزة الخرج (formula_78, formula_79) التي تحقق العلاقة السابقة تُشكّل حدّاً علويّاً لمنطقة العمل الخطيّة.
دارات تحييز الترانزستور.
دارة التحييز لوصلة القاعدة المشتركة.
في دارة التحييز الخاصّة بوصلة القاعدة المُشتركة تكون القاعدة هي النهاية المُشتركة بين دارتي الدخل والخرج. تضمّ دارة الدخل وصلة الباعث والقاعدة، ويجري تحييزها أماميّا باستخدام مولد جهده formula_93، ويكون تيار الدخل هو formula_94، أما دارة الخرج فتضمّ وصلة المُجمّع والقاعدة، ويتمّ تحييزها عكسيّاً باستعمال مولّد جهده formula_95ويكون تيار الخرج هو formula_96.
يجري التحليل المستمر للدارة كما يلي:
دارة التحييز الثابت.
دارة التحييز الثابت هي دارة تحييز لترانزستور ثنائي القطب بوصلة الباعث المشترك، يُوصل المُجمّع والقاعدة إلى جهد تغذية formula_95 عبر مقاومتين هما formula_98 وformula_99 على الترتيب، أمّا الباعث فيُؤرّض. تستعمل هذه الوصلة عند عمل الترانزستور كمُضخم، حيث يتم تمرير إشارة الدخل المتناوبة من القاعدة والحصول على إشارة الخرج المضخّمة من المجمع. يكون جهد التغذية formula_95 هو الجهد المطبق في دراتي الدخل والخرج، اللتان تُسميان على الترتيب دارة القاعدة والباعث ودارة المجمع والباعث. يكون تيار دارة الدخل هو تيار القاعدة formula_101 أمّا تيار دارة الخرج فهو تيار المجمعformula_96.
يجري التحليل المستمر للدراة كما يلي:
دارة التحييز ذات الباعث المستقر.
دارة التحييز ذات الباعث المستقر هي دارة تحييز لترانزستور ثنائي القطب بوصلة الباعث المشترك. تتشابه هذه الدارة في بنيتها مع دارة التحييز الثابت، مع فرق وحيد هو زيادة مقاومة ذات قيمة صغيرة، توصل بين الباعث والأرضي هي formula_105، تكون دارة التحييز ذات الباعث المستقر أكثر استقراراً بالنسبة لتغيرات درجة الحرارة مقارنة مع دارة التحييز الثابت.
دارة التحييز بمقسم الجهد.
دراة التحييز بمقسم الجهد هي دارة تحييز لترانزستور ثنائي القطب بوصلة الباعث المشترك. إنّ المشكلة الأساسية دارة التحييز بالباعث الثابت هو ارتباط كل من تيار الخرج وجهد الخرج بالعامل بيتا، الذي يكون بدوره حساساً لدرجة الحرارة، خاصة في الترانزستورات السيليكونية. تؤمن دارة التحييز بمقسم الجهد دارة تحييز يكون جهد الخرج وتياره مُستقلان عن العامل بيتا. يجري توصيل جهد التغدية نفسه formula_109 إلى دارتي الدخل والخرج، في دارة الدخل، يتم توصيل القاعدة بين مقاومتين لمقسم جهد، هما على الترتيب formula_110 وformula_111. أمّا في دارة الخرج فيجري توصيل جهد التغدية إلى المُجمِّع عبر مقاومة المجمع formula_112 والباعث إلى الأرضي عبر مقاومة الباعث formula_113.
نمذجة الترانزستور.
يُعرّف نموذج الترانزستور بأنه مجموعة من عناصر الدارة التي تحاكي تحت شروط عمل محددة وبشكل تقريبي السلوك الفعلي لأشباه الموصولات المُشكّلة للترانزستور. يُمكن نمذجة الترانزستور باستعمال نماذج خطيّة أو غير خطيّة في النماذج الخطية تستعمل الدارات الخطيّة فقط، أمّا في النماذج غير الخطية فتستعمل عناصر غير خطية مثل الثنائي، أشهر النماذج الخطيّة هي:
أمّا أشهر النماذج غير الخطية للترانستور ثتائي القطب فهي:
تُصنّف نماذج الترانزستور أيضاً حسب الإشارات التي التي تُضّخمها إلى نماذج إشارات صغيرة ونماذج إشارات كبيرة. يكون لمضخمات الإشارات الصغيرة ربح جهد عالٍ وربح تيار منخفض، ولذلك وهي لا تستطيع نقل تيارات كبيرة وتستعمل في مراحل التضخيم الأولى، أما مضخمات الإشارات الكبيرة فلها ربح تيار عالٍ ويمكن أن توصل إلى الحمل مباشرة، لذلك تستعمل في مراحل التضخيم المتأخرة.
النماذج الخطيّة.
النموذج آر إي.
في نموذج آر إي ، يتمّ استبدال الترانزستور يحتوي على ثنائي ومنبع تيار مُتحكّم به، ومنبع التيار المُتحكّم به هو منبع للتيار ترتبط مُحدداته بتيار في موقع آخر من الدارة. يُمثّل الثنائي في حالة التحييز الأمامي بمقاومة تُسمّى مقاومة الباعث المُتزايدة ويُرمز لها: formula_117، وهي التي أعطت هذا النموذج اسمه، وتحسب قيمتها من العلاقة:
يستعمل هذا النموذج لدراسة الترانزستور في نمط التيار المتناوب من أجل تضخيم الإشارات الصغيرة.
النموذج المكافئ الهجين.
وسُميّ النموذج بالهجين لأنه معادلاته تحتوي خليطاً من محددات الدخل والخرج معاً، ومنها اشتق الرمز formula_123 المُستعمل لتسمية المحددات، وهو الحرف الأول من كلمة هجين .في هذا النموذج يتم استبدال الترانزستور برباعي الأقطاب، يضمّ هذا الرباعي عنصرين مُتحكم بهما يربطان الجهود والتيارات بين منفذي الدخل والخرج. بشكلٍ أكثر تفصيلاً، يحتوي هذا الرباعي على مقاومة كهربائية قيمتها formula_124 أوم، موصولة على التسلسل مع منبع جهد متحكم به قيمته formula_125 فولت بين قطبي منفذ الدخل، ويضم أيضاً مقاومة سماحيتها formula_126 سيمنز موصولة على التفرع مع منبع تيار متحكم به قيمة تياره formula_127، وكلاهما موصول على التفرع مع قطب الخرج.
في دارة كهذه، بتطبيق قانون كيرشوف الثاني على دارة الدخل، وقانون كيرشوف الأول على دارة الخرج يمكن كتابة المعادلتين التاليتين:
ثُمّ تحسب قيم العوامل الأربعة formula_128 كما يلي:
بعد ذلك يُسمّى:
يُمكن أن تطبق المنهجية السابقة من أجل كل وصلة من وصلات الترانزستور، ويعطي ذلك 12 مُحدداً بالإجمال. في الدارسات العملية، غالباً ما يُهمل أثر مُحدد تحويل الجهد المقلوب، ويعوّض عنه بدارة مقصورة، وأثر مُحدد موصلية الخرج، ويعوّض عنه بدارة مفتوحة، وينتج ذلك دارة مكافئة كاملة تحتوي كل المُحددات الخاصة بوصلة محددة، ودارة مكافئة مختصرة لا تحتوي على العوامل المحذوفة. لتمييز العوامل الخاصة بكل وصلة، يُضاف أحد المحارف {b,e,c} من أجل القاعدة والباعث والمجمع على الترتيب، فتصبح عوامل وصلة القاعدة:formula_137، وعوامل وصلة الباعث المشترك formula_138 وعوامل وصلة المُجمّع المُشترك formula_139.
يستعمل النموذج المكافئ الهجين لمحاكاة الترانزستور عند العمل مع الإشارات الصغيرة. إنّ نموذجي آر إي والمكافئ الهجين متكافئان، ويُمكن التحويل رقميّاً بين مُحددات formula_140 وعوامل الثاني formula_141 من أجل كل وصلات الترانزستور الثلاث.
نموذج تي.
نموذج تي هو نموذج خطي لدراسة الإشارات الصغيرة في الترانزستور ثنائي القطب، وفيه يتم استبدال الترانزستور ثنائي القطب بشبكة على شكل الحرف اللاتيني (T)، وهي التي أعطت النموذج اسمه.
يحتوي النموذج على مُعاملين فقط، هما بالموصليّة المنقولة formula_142 ومقاومة الباعث المُتزايدة formula_117 وتحسب قيمتاهما حسب العلاقة:
يمكن أيضاً إضافة مقاومة formula_146 بين النهايتين اللتين تشكلان دارة الخرج لإدخال أثر formula_147 إلى النموذج، وتحسب قيمتها بالعلاقة:
نموذج باي الهجين.
نموذج باي الهجين ويسمى أيضاً نموذج جياكوليتو نسبة إلى الذي اقترحه في عام 1969، هو نموذج للترانزستور ثنائي القطب عند العمل في نمط الإشارات الصغيرة والكبيرة، فيه يجري استبدال الترانزستور برباعي الأقطاب يحتوي على مجموعة من العناصر الخطيّة التي تحاكي في أدائها عمل الترانزستور. يسمى أحد هذه العناصر بالمقاومة باي formula_148، وهي التي منحت النموذج اسمه المميز.
يجري تعويض الترازستور بمقاومة وحيدة تمثل المقاومة المتزايدة، وتُسمّى المقاومة باي في دارة الدخل، أما دارة الخرج فيجري فتحتوي منبع تيار متحكم به، تساوي قيمته جهد دارة الدخل مضروباً بالموصليّة المنقولة formula_142، ويختلف اتجاه التيار الصادر عن المنبع حسب نوع الترانزستور، PNP أو NPN. تحسب المحددات الثلاثة باستعمال العلاقات التالية:
تضاف مقاومة formula_146 على التفرع مع منبع التيار لإدخال formula_147 في النموذج، وتحسب قيمتها بالعلاقة: