مبادئ الإلكترونيات من كتاب فلويد Electronics course

تعد هذه المحاضرة اول محاضرة في مبادئ واساسيات الالكترونيات حيث تركز على شرح وتوضيح خواص المواد اشباه الموصلات وكيف توصل هذه المواد التيار الكهربي من خلال الكترونات التوصيل او الفجوات في حزمة التكافؤ.. شرح موسع ومفصل لكل المصطلحات الاساسية التي سوف نتعامل معها في خلال الكورس مع الاستعانة بالعديد من الوسائل التعليمية والعروض الشيقة.

فكر في ما يلي:

1. لماذا يعد السليكون اكثر استقرارا من الجرمانيوم، بالاخص عند درجات الحرارة العالية؟

2. لماذا تكون مواد اشباه الموصلات النقية مثل السليكون عند درجة حرارة الصفر المطلق عازلة وتصبح شبه موصلة عند درجات حرارة اعلى؟

3. ما هي انواع حاملات الشحنة في المواد شبه الموصلة؟

استمع للشرح وستحصل على اجابات لهذه التساؤلات...

تعد هذه المحاضرة من المحاضرات الاساسية في فهم فكرة عمل الدايود قبل توصيله في دائرة كهربية.. حيث ان المواد شبه الموصلة تفتقر للكثير من الالكترونات مما يجعلها ردئية التوصيل للكهرباء. لذا فكر العلماء في عملية التطعيم باضافة شوائب من ذرات خماسية التكافؤ لنحصل على النوع N والتطعيم بذرات ثلاثية التكافؤ لنحصل على نوع P .. ندرس خواص النوعين من اشباه الموصلات. ومن ثم ندرس وصلة PN التي يتم فيها دمج النوعين معا .. نتعرف على الفيزياء التي تتكون من هذا الدمج وكيف تتكون منطقة الاستنزاف في الوسط وتولد مجال كهربي عند الوصلة والذي نسميه جهد الحاجز . كما نوضح الموضوع من خلال مستويات الطاقة .. الشرح مدعم بالرسومات الدقيقة ومقاطع الفيديو التوضيحية المدعمة للشرح.

تعد هذه المحاضرة مقدمة محاضرات الوحدة الثالثة بعنوان تطبيقات الدايود. في هذه المحاضرة شرح وافي لفكرة عمل الدايود وتوضيح ما يحدث في حالة الانحياز الامامي والانحياز العكسي. لنعرف لماذا يوصل التيار في اتجاه ويمنع مروره في الاتجاه المعاكس. كما نوضح هذه الاساسيات من خلال فهم موسع لخصائص منحنى الجهد والتيار الغير خطية وتوضيح المقاومة الديناميكية المتغيرة له وكذلك تأثير درجة الحرارة على الدايود في زيادة التيار الامامي وانخفاض الجهد الامامي. تشتمل المحاضرة على الكثير من المصطلحات والمفاهيم والموضحة باسلوب شيق وسهل.

ندرس في هذه المحاضرة تطبيق من تطبيقات الدايود وهو تحويل الاشارة المترددة إلى اشارة ثابتة باستخدام دوائر تقويم نصف الموجة والتي تستخدم دايود واحد، وكذلك ندرس تقويم الموجة الكاملة باستخدام ديودين او اربعة دايودات في دوائر تقويم شهيرة. مع احتساب العلاقة بين ذروة الجهد والجهد المتوسط.

ندرس في هذه المحاضرة تطبيق من تطبيقات الدايود وهو تحويل الاشارة المترددة إلى اشارة ثابتة باستخدام دوائر تقويم نصف الموجة والتي تستخدم دايود واحد، وكذلك ندرس تقويم الموجة الكاملة باستخدام ديودين او اربعة دايودات في دوائر تقويم شهيرة. مع احتساب العلاقة بين ذروة الجهد والجهد المتوسط.

نستكمل في هذه المحاضرة موضوع تقويم التيار المتردد باستخدام الدايود وندرس هنا كيف نحسب مقدار الجهد الناتج عن عملية التقويم في حالة مقوم نصف الموجة والموجة الكاملة وكذلك نتعلم كيف نحسب قيم اقصى جهد عكسي يمكن ن يتحمله الدايود في مختلف انواع التقوييم.

ندرس في الجزء الأول من هذه المحاضرة تطبيق من تطبيقات الدايود المرحلة القبل الاخيرة في تصميم مزود الطاقة وهذه مرحلة الفلترة، كما علمنا من المحاضرة السابقة فان دائرة التقويم تعمل على تحويل التيار الكهربي المتردد إلى مستمر ولكن في صورة متموجة. تأتي مرحلة الفلتر في التخلص قدر الامكان من هذه التموجات من خلال استخدام مكثف كهربي. كيف يعمل المكثف في فلترة التيار المتموج وكيف نحسب معامل التموج في هذا الجزء من المحاضرة.

ندرس في الجزء الثاني من هذه المحاضرة تطبيق من تطبيقات الديود عند توصيل الدايود على التوازي مع الحمل حيث يصبح الديود في حالة الانحياز الامامي محددا للجهد على الحمل بمعنى انه يسمح لقيمة محددة من اشارة الجهد بالمرور ويقص الباقي. وينتج عن ذلك قص جزء من الجهد سواء الجزء الموجب او السالب او كلاهما وذلك من خلال طريقة توصيل الدايود في الدائرة. وتستخدم هذه الدوائر كحماية من ارتفاع الجهد وهذا الامر ضروري جدا خصوصا في التطبيقات الرقمية للالكترونيات. ويعرف هذا التطبيق باسم Diode in limiter or clipper circuit.

ندرس في الجزء الثالث من المحاضرة العاشرة احد انواع الديودات الخاصة والذي يعرف بدايود زينر والذي يعمل في حالة الانحياز العكسي. في هذه المحاضرة ندرس خصائص هذا الدايود وكيف يعمل واستخدامه كمنظم للجهد بتحويل تموجات الجهد إلى اشارة ثابتة.

تشرح هذه المحاضرة نوع اخر من الدايودات ذات الاغراض الخاصة وهذا الدايود يعرف باسم الفاركتور وهو دايود يعمل في منطقة الانحياز العكسي، حيث تتغير سماكة منطقة الاستنزاف مع تغير جهد الانحياز العكسي والتي تعتبر مكثف كهربي لانها مكونة من شريحتين موصلتين هما النوع السالب والنوع الموجب وبينهما منطقة عازلة هي منطقة الاستنزاف. لهذا الدايود تطبيقات هامة في مجال الاتصالات وفلترة الاشارات حسب التردد وغيرها.

نشرح في هذه المحاضرة احد التطبيقات الهامة للدايودات وهو الدايود باعث الضوء والذي يعرف باسم مختصر وهو الليد. يستخدم ضوء الليد الان في الكثير من التطبيقات الهامة لما يمتاز به من فترة عمر طويلة وكفاءته العالية. وفي هذه المحاضرة نوضح مبدأ عمله والفرق بينه وبين الدايودات الاخرى واهم خصائصه ومزايه مع بعض التطبيقات الاساسية مثل شاشات الليد وكيف تظهر الصورة.

نشرح في هذه المحاضرة وظيفة جديدة للدايود وهي الفوتودايود والذي يعمل كمستشعر او مجس ضوئي يقوم بتحويل الضوء إلى تيار كهربي شدته تعتمد على مقدار الضوء. كما نشرح فكرة استخدام الفوتودايود كمقاومة متغيرة يمكن التحكم بها من خلال الضوء. وندرس ايضا دايود له تطبيقات كثيرة وهو دايود الليزر وكيف يعمل وما الاختلاف بينه وبين الليد.

شرائح العرض في المحاضرة السابقة

تعتبر هذه المحاضرة مراجعة لتوصيل الدايود في دوائر كهربية متنوعة يكون فيه الدايود اما في حالة انحياز امامي او انحياز عكسي مع مجموعة متنوعة من التمارين المحلولة.

تعتبر هذه المحاضرة مراجعة على احد استخدامات الدايود في عملية تقويم التيار المتردد. حيث تتعرض هذه التمارين والمسائل لمجموعة من الامثلة المحلولة لدوائر تقويم نصف الموجة وتقويم الموجة الكامل.

نبدأ من خلال هذه المحاضرة بالتعرف على اهم مكون الكتروني وهو الترانزستور المستخدم في كل الداوئر الالكترونية، نظر لتبطيقاته الكثير كمكبر للاشارات وكمفتاح كهربي يدخل في صميم عمل الكمبيوتر بمختلف مكوناته. في هذه المحاضرة نستعرض نبذة تاريخية عن اكتشاف الترانزستور وانواعه وتركيبه ونتعرض بالشرح والتوضيح لفكرة عمله، وفي نهاية هذه المحاضرة ندرس عمل الترانزستور كمكبر من خلال دائرة القاعدة المشتركة ونتعرف على اساس تسميته باسم ترانزستور. الشرح مدعم بالرسومات والعروض الملتيميديا.

تركز هذه المحاضرة بصفة عامة على توصيل الترانزستور في الدوائر الكهربية وتركز على طريقة توصيل القاعدة المشتركة حيث تكون دائرة الدخل هي الباعث والقاعدة وهي ذات انحياز امامي ودائرة المخرج وهي المجمع والقاعدة ذات توصيل عكسي ونقوم بحساب تيار المجمع ودراسة خصائص هذا التوصيل من خلال منحنيات التيار والجهد.

تركز هذه المحاضرة على طريقة توصيل الترانزستور من خلال الباعث المشترك حيث تكون دائرة الدخل هي القاعدة والباعث وهي ذات انحياز امامي ودائرة المخرج من الباعث والمجمع ذات توصيل عكسي ونقوم بحساب تيار المجمع ودراسة خصائص هذا التوصيل من خلال منحنيات التيار والجهد. نجد ان هذه النوع من التوصيل هو التوصيل الاكثر استخداما لما يتمتع به من مزايا اهمها معامل التكبير للتيار (المعامل بيتا) الذي يصل إلى ٥٠٠ مرة مما جعلها من الدائر الاكثر استخداما في عمليات تكبير التيار والجهد والقدر الكهربية.

تركز هذه المحاضرة على طريقة توصيل الترانزستور من خلال المجمع المشترك حيث تكون دائرة الدخل هي القاعدة والمجمع ودائرة المخرج هي الباعث والمجمع ونقوم بحساب تيار المجمع. نجد ان هذه النوع من التوصيل هو التوصيل المستخدم في مجال مطابقة الممانعة.

تركز هذه المحاضرة على طريقة حساب خط الحمل للترانزستور التي يكون فيها الترانزستور يعمل كمكبر في المنطقة الفعالة (الخطية) وكذلك ايجاد نقطة التشغيل التي تقع على خط الحمل لضمان ان الاشارة المراد تكبيرها لن تصل إلى منطقة التشبع او منقطة القطع. العديد من الامثلة والتمارين لتوضيح الفكرة والهدف.

في هذه المحاضرة تكملة للمحاضرة السابقة حيث نقوم بتطبيق اشارة مترددة على دائرة الترنزستور ذو الباعث المشترك لنقوم بحساب مدى تغير الاشارة المكبرة في دائرة الخرج وان كانت تعمل الاشارة في المنطقة الفعالة او ان جزء منها يقع في منطقة التشبع او منطقة القطع. كذلك نقوم بدراسة القدرة المتبددة في الترانزستور ونتعلم كيف نحسبها ونحدد المدى الذي يعمل فيه الترانزستور بدون ان يحترق.

في هذه المحاضرة نتوسع في دوائر انحياز الترانزيستور ونلقى نظرة على دوائر الانحياز الثلاثة الاكثر استخداما ونركز في هذه المحاضرة على دوائر الانحياز الثابت. علما بان دوائر الانحياز هذه تستخدم لتشغيل الترانزيستور في المنطقة الخاطية لعلاقة تيار المجمع مع فرق الجهد بين المجمع والباعث عند قيم مختلفة لتيار القاعدة.

في هذه المحاضرة نستكمل طرق انحياز الترانزيستور وهذه الطريقة هي طريقة انحياز الباعث والتي تمتاز بانها اكثر استقرارا من دائرة الانحياز السابقة. تكتسب من خلال هذه المحاضرة مهارات تحليل دوائر الترانزيستور لتحديد نقطة تشغيله.

في هذه المحاضرة نستكمل طرق انحياز الترانزيستور وهذه الطريقة هي طريقة مجزئة الجهد والتي تمتاز بانها اكثر استقرارا من دائرة الانحياز السابقة. تكتسب من خلال هذه المحاضرة مهارات تحليل دوائر الترانزيستور لتحديد نقطة تشغيله.

في هذه المحاضرة نتعامل مع الاشارة المتردد ونقوم بتبسيط دوائر الترانزيستور على هذا الاساس مع الاخذ بعين الاعتبار اننا قد قمنا بمعرفة نقطة تشغيل الترانزستور ومن ثم نقوم بتحويل الترانزيستور إلى دايود ومصدر تيار بناء على نموذج re، نستخدم الدائرة المكافئة ونموذج الترانزيستور في ايجاد ممانعة الدخل وممانعة الخرج ومقدار تكبير التيار والجهد. Small Signal Analysis of BJT Equivalent model: re model, re Transistor Model, ac equivalent

في هذه المحاضرة ندرس فكرة عمل ترانزستور جديد يعرف باسم ترانزستور تأثير المجال حيث نتعرف على فكرة عمله وكيف يقوم بعملية التكبير بالاعتماد على مبدأ التحكم في تيار المصرف من خلال فرق جهد البوابة والتي منها جاءت التسمية. تركيب وخصا٫ئص هذا الترانزستور موضحة في هذه المحاضرة.

في هذه المحاضرة ندرس فكرة عمل نوع جديد من انواع الترانزستورات وهو ترانزستور ثأثير المجال ذو الاكسيد المعدني (الموسفيت) والذي يعتمد على تطبيق جهد على البوابة للتحكم في تيار المنبع والمنفذ وتكون البوابة في هذا النوع من الترانزستور منفصلة عنه بمادة عازلة مما يتشكل مكثف. ونشرح في هذه المحاضرة نوعين هما الموفسفيت الاستنزافي والموسفيت التعزيزي.