الفيزياء

ترانزستورات الأثر الحقلي

2013 تبسيط علم الإلكترونيات

ستان جيبيليسكو

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الفيزياء

إنّ النوع الرئيسي الآخر للترانزستور نصف الناقل -إلى جانب الجهاز ثنائي القطبية- هو ترانزستور الأثر الحقلي (Field-Effect Transistor) (فيت FET).

وهناك نسختان أساسيتان منه، وهما: ترانزستور الأثر الحقلي ذو وصلة الالتحام (JFET)، وترانزستور الأثر الحقلي ذو نصف ناقل-أكسيد-معدن (MOSFET).

 

– مبدأ ترانزستور الأثر الحقلي ذي وصلة الالتحام (JFET)

في ترانزستور JFET، يجعل حقلٌ كهربائيٌّ متأرجحٌ التيّارَ يتغيّر ضمن الوسط نصف الناقل. تتحرَّك الإلكترونات أو الثقوب على طول مسار يُدعى القناة من قطب المصدر (S) إلى قطب المصرف Drain (D).

وكنتيجةٍ لذلك، نحصل على تيّار مصرف  مساوٍ لتيّار المصدر ، ومساوٍ أيضاً للتيّار في أيّ نقطة على طول القناة. يعتمد التيّار المارّ عبر القناة على الفولطية الآينة عند قطب البوَّابة Gate (G).

إذا صمَّمنا دارة JFET بشكلٍ صحيحٍ، فإنّ تغيّراتٍ صغيرةً في فولطية البوَّابة  تسبِّب تغيّراتٍ كبيرةً في التيّار المارّ عبر القناة، ونتيجةً لذلك في .

عندما يمرّ تيّار المصرف المتأرجح من خلال مقاومةٍ خارجيةٍ، فإننا نحصل على اختلافاتٍ كبيرةٍ في فولطية التيّار المستمر الآينة عبر تلك المقاومة.

نستطيع أن "ننزع" قسم التيّار المتناوب من التيّار المستمر المتأرجح، وبذلك نحصل على إشارة خرج أقوى بكثير من إشارة الدخل. وهذه هي الكيفية التي يُحدِث فيها ترانزستور الأثرِ الحقليِّ تضخيمَ الفولطية.

 

– قناة P في ترانزستور الأثر الحقلي مقابل قناة N

الشكل 6-8 أ هو رسم تصويري مبسَّط لترانزستور أثر حقلي ذي وصلة التحام بقناة من النوع N، والشكل 6-8 ب فيه رمزه التخطيطي.

تشكِّل المادةُ من النوع N مسارَ التيّار. تكوِّن الإلكتروناتُ غالبيةَ حاملي الشحنات؛ وسوف يقول المهندسون عن ذلك: إنّ الإلكترونات هي حوامل الأغلبية (Majority Carriers).

يكون المصرف موصولاً مع المطراف الموجب لوحدة التغذية، غالباً من خلال مكون مقاومة أو وشيعة أو بعض التجميعات الأخرى من المكوِّنات.

تتكوَّن البوَّابة من مادة من النوع P. ويشكِّل قسمٌ آخر أكبر حجماً من مادة من النوع P -يُدعى الركيزة- حدّاً فاصلاً عند طرف القناة المقابل للبوَّابة.

 

تولِّد الفولطية عند البوَّابة حقلاً كهربائياً يتدخَّل بجريان حوامل الشحنة خلال القناة. وعندما تصبح  أكثر سلبيةً، يخنق الحقلُ الكهربائي التيّارَ المارَّ عبر القناة بدرجةٍ متزايدةٍ، ولذلك تنقص قيمة تيّار المصرف .

لدى ترانزسيتور الأثر الحقلي ذي وصلة الالتحام بقناة من النوع P (الشكل 6-8 ج و د) طريقٌ للتيّار مكوَّنٌ من مادة نصف ناقلة من النوع P. تكون غالبية الحوامل هنا من الثقوب.

ويوصل المصرف مع المطراف السالب لوحدة التغذية. تتكوَّن البوَّابةُ والركيزةُ من مادةٍ من النوع N. كلّما صارت  أكثر إيجابيةً، ازداد خنق الحقل الكهربائي للتيّار المارّ عبر القناة، وصارت قيمة  أصغر.

 

تستطيع عادةً أن تميّز JFET بقناة من النوع N في الرسوم التخطيطية بواسطة وجود سهمٍ يشير إلى جهة الداخل عند البوَّابة، وأن تميّز JFET بقناة من النوع P بواسطة وجود سهمٍ يشير إلى جهة الخارج عند البوَّابة.

وفي بعض الرسوم لا تظهر هذه الأسهم، لكنّ قطبيةَ وحدة التغذية تكشف لنا نمطَ الجهاز. فعندما يتّصل المصرفُ بالفولطية الموجبة لوحدة التغذية (مع وصل المطراف السالب لوحدة التغذية بالتأريض)، فإنّ هذا يشير إلى JFET بقناة من النوع N.

أمّا عندما يتّصل المصرفُ بالفولطية السالبة لوحدة التغذية (مع وصل المطراف الموجب لوحدة التغذية عادةً بالتأريض)، فإنّ هذا يشير إلى JFET بقناة من النوع P.

 

فكرة مفيدة: إذا استبدلنا بترانزستور (JFET) بقناة من النوع N ترانزسيتوراً (JFET) بقناة من النوع P، وعكسنا قطبية وحدة التغذية، فإنّ الدارة الجديدة سوف تعمل بشكلٍ مماثلٍ للدارة القديمة، طالما كان JFET الجديد يمتلك المواصفات الصحيحة.

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى
Loading cart ⌛️ ...
إغلاق
إغلاق