الفيزياء

ما وراء الناقلية

2013 تبسيط علم الإلكترونيات

ستان جيبيليسكو

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الفيزياء

كما تعلَّمنا من قبل، تخبرنا المواصفةُ بيتا عن مدى جودةِ التضخيم الذي يستطيع أن يقوم به ترانزستور ثنائي القطبية لإشارةِ تيّارٍ متناوبٍ.

وعندما نعمل مع الأجهزة JFET، يتكلّم المهندسون عن الناقلية المتبادلة الديناميكية (Dynamic Mutual Conductance) أو ما وراء الناقلية (Transconductance) بدلاً من بيتا.

لنعُد مرةً أخرى إلى الشكل 6-10. ولنفترض أننا ضبطنا فولطية البوَّابة  عند قيمةٍ معيَّنةٍ أدَّت إلى تيّار مصرف  ذي قيمةٍ معيَّنةٍ. إذا تغيَّرت فولطية البوَّابة بمقدارٍ صغيرٍ، عندها سوف يتغيَّر تيّارُ المصرف بزيادةٍ (صغيرة) نرمز لها بـ.

تساوي ما وراء الناقليةُ  نسبةَ التغيّر في تيّار المصرف إلى التغيّر في فولطية البوَّابة. ورياضياً يكون لدينا:

 

بالمصطلحات البيانية، تعبِّر لنا ما وراء الناقليةُ عند أيّ نقطة انحياز محدَّدة عن ميل الخط المماسّ لمنحني الشكل 6-10 عند تلك النقطة. ونستخدم لقياس ما وراء الناقلية وحدةَ السيمنس، وهي نفس الوحدة التي نستعملها من أجل ناقلية التيّار المستمر.

كما نشاهد في الرسم البياني للشكل 6-10، يتغيّر ميلُ الخطِّ المماسِّ للمنحني – وبالتالي قيمةُ – مع سيرنا على طول المنحني. عندما نطبّق انحيازاً على JFET أبعد من الحصر في المنطقة المُعلَّمة بالإشارة Y، يكون ميلُ الخطِّ المماسِّ للمنحني مساوياً للصفر لأنه خطٌّ أفقيٌّ.

ففي النطاق المُعلَّم بالإشارة Y، سوف لن نلاحظ أيَّ تأرجحٍ في  عندما تتغيَّر بمقاديرَ صغيرةٍ.

وسوف نرى تغيّراً في  مع التغيّر في  فقط عندما تقوم القناة بالتوصيل خلال جزءٍ على الأقلّ من دورةِ إشارةِ دخلٍ مطبَّقةٍ.

 

تتوافق منطقة ما وراء الناقلية الأعظمية مع القسم من المنحني المُعلَّم بإشارة X، حيث يكون للمنحني الميلُ الأعظمي (نسبة "الصعود مع المسير"). تمثِّل هذه المنطقةُ الظروفَ التي نستطيع فيها أن نستخلص معظمَ الكسب من الجهاز.

ولأنّ هذا الجزءَ من المنحني يشكِّل خطّاً يكاد يكون مستقيماً، يمكننا أن نتوقَّع أن نحصل على خطِّيةٍ ممتازةٍ (تُترجَم إلى حدٍّ أدنى من التشويه) من أيِّ مضخِّمٍ نقوم بإنشائه باستعمال JFET، شرطَ أن نمنعَ إشارةَ الدخلِ من أن تصيرَ قويةً إلى درجةِ أن تسوقَ الجهازَ إلى خارج النطاق X خلال أيِّ جزءٍ من الدورة.

إذا طبَّقنا انحيازاً على JFET وراءَ النطاق المُعلَّم بإشارة X، يتناقص ميلُ المنحني، ولا نستطيع الحصولَ على مقدارٍ من التضخيم يعادل ما كنّا نحصل عليه في النطاق المُعلَّم بإشارة X. علاوةً على ذلك، لا نستطيع أن نتوقَّع من JFET أن يظلَّ خطِّيّاً، لأنّ المنحني لا يشكِّل خطّاً مستقيماً في نطاق "الانحياز غير الصحيح".

وإذا واصلنا تطبيقَ انحيازٍ على بوَّابة JFET ذي القناة من النوع N وفق فولطيات موجبة أكبر فأكبر، فإننا نصل إلى القسم المتقطّع من المنحني، حيث ينتهي بنا المطاف إلى المنطقة التي تتجاوز فيها الوصلةُ S-G العبور نحو الأمام وتبدأ بسحب التيّار من القناة.

 

مسألة 6-3:

عُدْ إلى الشكل 6-11. تصوَّرْ أننا نشغِّل الجهازَ الموصوفَ بهذه العائلة من المنحينات وفق فولطية تيّارٍ مستمرٍ للبوَّابة  تساوي -1 فولط. وافترضْ أننا حدَّدنا وقسنا "المقاومة الفعّالة" R لهذا الجهاز بواسطة تقسيم فولطية التيّار المستمر للمصرف على شدّة التيّار المستمر للمصرف. فماذا يحدث للمقاومة R عندما تزداد فولطية المصرف؟

الحلّ:

رياضياً، يمكننا أن نحسب قيمة R باستخدام المعادلة:

هذه النسبة تكون أصغر ما يكون عند فولطيات المصرف الصغيرة، وتزداد تدريجياً مع ازدياد ، وهذا الأمر نتيجةٌ لحقيقة أنّ تيّار المصرف (أو التيّار المارّ عبر الجهاز) يزداد بسرعة أقلّ فأقلّ مع ازدياد فولطية المصرف.

 

مسألة 6-4:

انظُرْ مرةً أخرى إلى الشكل 6-10 الموجود على صفحة سابقة. ماذا يحدث لما وراء الناقلية عندما تبدأ فولطية البوَّابة عند الحصر، ومن ثم تغدو أقلَّ سلبيةً، لتمرّ عبر قيمة الصفر، وبعدها تزداد في الإيجابية؟

الحل:

 تساوي ما وراء الناقليةُ التي نلاحظها من أجل أية فولطية بوَّابة معيَّنة  ميلَ المنحني عند النقطة الموافقة لتلك القيمة من . في البداية، يبدو الميلُ كبيراً وموجباً، لأنّ المنحني يصعد بشدة نحو الأعلى (المنطقة المُعلَّمة بإشارة X).

وعندما تبلغ فولطية البوَّابة نقطةً معيّنةً، تبدأ ما وراء الناقلية بالنقصان، لتصل إلى القيمة 0 عندما تكون  أقلّ من +1 فولط بمقدارٍ صغيرٍ. وبعد هذه النقطة، تصبح ما وراء الناقليةُ سالبةً، لأنّ الزيادةَ الموجبةَ الإضافيةَ في  تجعل تيّارَ المصرف  ينحدر وينقص.

 

فكرة مفيدة: من دراستك السابقة للجبر أو ما قبل حساب التفاضل والتكامل، تذكَّر أنه في رسمٍ بيانيٍّ ضمن جملة إحداثيات ديكارتية، مثل ذاك الظاهر في الشكل 6-10، يكون للمنحنيات التي "تصعد نحو الأعلى محلّياً" مع تحرّكنا نحو الأيمن ميلٌ محليٌّ موجبٌ؛ ويكون للمنحنيات التي "تنزل نحو الأسفل محلّياً" مع تحرّكنا نحو الأيمن ميلٌ محليٌّ سالبٌ.

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

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