كيفية استخدام الترانزستور كمضخم للصوت Transistor as an Amplifier

مضخم الترانزستور – Transistor Amplifier:

لكي يعمل الترانزستور كمكبر للصوت، يجب أن يكون متحيزًا بشكل صحيح. يعمل الترانزستور كمكبر للصوت عن طريق رفع قوة الإشارة الضعيفة. الجهد المتحيز للتيار المستمر المطبق على تقاطع قاعدة الباعث، يجعله يظل في حالة منحازة للأمام. يتم الحفاظ على هذا الانحياز الأمامي بغض النظر عن قطبية الإشارة.

تسمح المقاومة المنخفضة في دارة الإدخال لأي تغيير طفيف في إشارة الإدخال بإحداث تغيير ملموس في الخرج. يساهم تيار الباعث الناتج عن إشارة الدخل في تيار المجمع، والذي ينتج عنه انخفاض كبير في الجهد عند تدفقه عبر مقاومة الحمل (RL). وبالتالي ينتج عن جهد الدخل الصغير جهد خرج كبير، ممّا يدل على أنّ الترانزستور يعمل كمضخم.

مثال:

يجب أن يكون هناك تغيير بمقدار (0.1) فولت في جهد الدخل المطبق، والذي ينتج أيضًا تغييرًا قدره (1) مللي أمبير في تيار الباعث. من الواضح أنّ تيار الباعث هذا سيؤدي إلى تغيير في تيار المجمع، والذي سيكون أيضًا (1) مللي أمبير. ستنتج مقاومة الحمل البالغة (5kΩ) الموضوعة في المجمع جهدًا قدره:

5 kΩ × 1 mA = 5V

ومن ثم لوحظ أنّ تغيير (0.1) فولت في الإدخال يعطي تغييراً بمقدار (5) فولت في الخرج، ممّا يعني أنّ مستوى الجهد للإشارة يتم تضخيمه.

شرح استخدام الترانزستور كمضخم للصوت:

يرفع الترانزستور قوة الإشارة الضعيفة وبالتالي يعمل مكبر للصوت، يحتوي الترانزستور على ثلاث محطات هي الباعث والقاعدة والمجمع. يتم توصيل باعث وقاعدة الترانزستور في حالة انحياز للأمام ومنطقة قاعدة المجمع في حالة انحياز عكسي. يعني التحيز الأمامي تكون المنطقة (P) من الترانزستور متصلة بالطرف الموجب للإمداد وتكون المنطقة السالبة متصلة بالطرف (N) وفي حالة انحياز عكسي أي يحدث عكس ذلك تمامًا.

يتم تطبيق إشارة الدخل أو الإشارة الضعيفة عبر قاعدة الباعث ويتم الحصول على الخرج لمقاومة الحمل (RC) المتصلة بدائرة المجمع. يتم تطبيق جهد التيار المستمر (VEE) على دائرة الإدخال جنبًا إلى جنب مع إشارة الإدخال لتحقيق التضخيم. يحافظ جهد التيار المستمر (VEE) على تقاطع قاعدة الباعث في ظل الحالة المنحازة للأمام بغض النظر عن قطبية إشارة الدخل ويُعرف باسم جهد التحيز (bias voltage).

عندما يتم تطبيق إشارة ضعيفة على المدخلات، فإنّ تغييرًا طفيفًا في جهد الإشارة يؤدي إلى تغيير في تيار الباعث، “أو يمكننا القول إنّ تغيير (0.1) فولت في جهد الإشارة يؤدي إلى تغيير (1) مللي أمبير في تيار الباعث”، لأنّ دائرة الإدخال بها مقاومة منخفضة للغاية. هذا التغيير هو نفسه تقريبًا في تيار المجمع بسبب عمل الباعث.

في دائرة المجمع، يتم توصيل مقاومة الحمل (RC) ذي القيمة العالية. عندما يتدفق تيار المجمع عبر هذه المقاومة العالية، فإنّه ينتج انخفاضًا كبيرًا في الجهد عبره. وبالتالي، تظهر إشارة ضعيفة (0.1) فولت مطبقة على دائرة الإدخال في شكل مضخم (10) فولت في دائرة المجمع.

أداء مضخم الصوت – Performance of Amplifier:

نظرًا لأنّ وضع الباعث المشترك للاتصال يتم اعتماده في الغالب، فلنفهم بعض المصطلحات المهمة بالإشارة إلى وضع الاتصال هذا.

مقاومة المدخلات – Input Resistance:

نظرًا لأنّ دائرة الإدخال منحازة للأمام، فإنّ مقاومة الإدخال ستكون منخفضة. مقاومة الإدخال هي المعارضة التي يقدمها تقاطع القاعدة – الباعث لتدفق الإشارة. بحكم التعريف، هي نسبة التغيير الطفيف في جهد الباعث الأساسي (ΔVBE) إلى التغيير الناتج في تيار القاعدة (ΔIB) عند جهد ثابت الجامع – الباعث:

Input resistance,  Ri=ΔVBE/ΔIB

حيث يمثل الرموز ما يلي:

Ri – مقاومة الإدخال.

VBE – جهد الباعث القاعدة.

IB – تيار القاعدة.

مقاومة المخرجات – Output Resistance:

مقاومة خرج الترانزستور المكبر للصوت عالية جدًا. يتغير تيار المجمع بشكل طفيف للغاية مع التغيير في جهد المجمع – الباعث. بحكم التعريف، هي نسبة التغيير في جهد المجمع – الباعث (ΔVCE) إلى التغيير الناتج في تيار المجمع (ΔIC) عند تيار القاعدة – الثابت:

Output resistance = Ro=ΔVCE/ΔIC

حيث تمثل الرموز ما يلي:

Ro – مقاومة الإخراج.

VCE – جهد المجمع – الباعث.

IC – جهد المجمع – الباعث.

تحميل المجمع الفعال – Effective Collector Load:

يتم توصيل الحمل بمجمع الترانزستور ولمكبر الصوت أحادي المرحلة (single-stage amplifier)، يتم أخذ جهد الخرج من جامع الترانزستور ومضخم متعدد المراحل (multi-stage amplifier)، يتم جمع نفس الشيء من مراحل متتالية من دائرة الترانزستور. بحكم التعريف، هو الحمل الإجمالي كما يراه التيار المتردد. تيار الجامع. في حالة مكبرات الصوت أحادية المرحلة، يكون حمل المجمع الفعّال عبارة عن مزيج متوازي من (RC) و(Ro):

Effective Collector Load,  RAC=RC//Ro

=(RC×Ro)/(RC+Ro)=RAC

ومن ثمّ، بالنسبة لمكبر الصوت أحادي المرحلة (single stage amplifier)، فإنّ الحمل الفعّال يساوي حمولة المجمع (RC). في المضخم متعدد المراحل، “أي يحتوي على أكثر من مرحلة تضخيم”، تظهر مقاومة الإدخال (Ri) للمرحلة التالية أيضًا. يصبح حمل المجمع الفعّال مزيجًا متوازيًا من (RC) و(Ro) و(Ri) يعني ذلك:

Effective Collector Load,  RAC=RC//Ro//Ri

RC//Ri=(RC×Ri)/(RC+Ri)

نظرًا لأنّ مقاومة المدخلات (Ri) صغيرة جدًا، يتم تقليل الحمل الفعّال.