Electronics The Ninth Lecture

1. إلكترونياتالمحاضرة التاسعة Electronics The Ninth Lecture الاسبوع الثاني عشر 20/6/ 1435 هـ 24/6/ 1435 هـ أ / سمر السلمي

2. Outline for today • ترانزستور تأثير المجال • اجزاءه او تركيبه • أنواع FET • JFET ترانزستور تأثير المجال الوصلي • التركيب • ماذا يحدث داخل JFET • منحني الخصائص I-V لترانزستور JFET • JFET كمكبر ومفتاح • معادلات وحسابات الترانزستور JFET • الفرق بين ترانزستور تأثير المجال FET و ترانزستور ثنائي القطب BJT

3. بتسليم الواجب الثاني • الواجب في موقعي وتسليمه سوف يكون يوم الاثنين 28 /6 / 1435 هـ قبل الثانية عشر في صندوق البريد الخاص بي عند اعضاء قسم الفيزياء • ولن اقبل بأي تأخير ( في حالة توقعك للغياب ضعي الواجب في صندوق البريد قبل هذا اليوم أو ارسلي الواجب بالايميل) • اختيار موعد الاختبار الدوري الثاني للطالبات الغائبات الاسبوع السابق • أغلب الاختيار كان الاسبوع الثاني من رجب • 7 و8 يوم الاثنين 13 / 7 / 1435 هـ • و 7 و8 يوم الثلاثاء 14 / 7 / 1435 هـ

4. ترانزستور تأثير المجال Field Effect Transistor • ترانزستور تأثير المجال يستخدم المجال الكهربي ليتحكم في شكل التوصيل لقناة لنوع مشاب من اشباه موصلات ام n-type او p-type وبالتالي تسمي n-channel او p-channel على الترتيب وايضا سوف تركز على حوامل الاغلبية لقناة ولذلك تسمي ايضا بالترانزستور احيد القطبية • اجزاءه او تركيبه • كأي ترانزستور له ثلاثة اطراف وهنا يكون تسمية • المصدر Source : ومنها الحامل الاغلب يدخل منه الى القناة وهو بداية القناة • المصرف Drain : ومنها الحامل الاغلب يخرج من القناة وهو نهاية القناة • البوابة Gates : وهو الطرف الثالث الذي يتحكم توصيلة الحامل الاغلب للقناة وتكون فوق القناة =

5. أنواع FET • اشهر انواعه • 1- ((JFET ترانزستور تأثير المجال الوصلي (junction field-effect transistor ) • 2-MESFET معدن –-شبه موصل ترانزستور تأثير المجال • metal–semiconductor field-effect transistor • 3-MISFETمعدن –عازل- شبه موصل ترانزستور تأثير المجال • metal–Insulator–semiconductor field-effect transistor • 4-MOSFET معدن –أكسيد -شبه موصل ترانزستور تأثير المجال • metal–oxide–semiconductor field-effect transistor • وسوف نركز على النوع الاول JFET والأخير MOSFET اكثر =

6. JFET ترانزستور تأثير المجال الوصليjunction field-effect transistor • التركيب • وهو تقريبا مثل BJT في أن تتوزع ثلاث انواع مشابه من n-type وp-type على التوالي وهنا يكون القناة لنوع المشابه في المنتصف أما n-channel او • p-channel وهنا المصدرD والمصرفS القطبان المعدنين • في بداية ونهاية القناة اما البوابةG القطب المعدني المتصل • بالنوع الاخر المشابه (ويكون هذا النوع اكثر اشابة من القناة) • وتكون فوق وأسفل القناة = P+

7. JFET ترانزستور تأثير المجال الوصليjunction field-effect transistor • ماذا يحدث داخل JFET • سو ف نركز على n-channel • في البداية نوصل الترانزستور بمصدري جهد كهربي أحداهما لدائرة بين المصدر S والمصرف Dوالاخر كجهد انحياز للبوابة . ويجب الملاحظ أن المصدر عند الارضي. • عند النظر الى الشكل التالي نلاحظ تسبب فرق جهد البطارية VDSيسبب خروج التيار الاصطلاحي والتي يخرج من موجب البطارية الى السالب في القناة n-channel (هنا اتجاه تيار المصرف ID) • بالتالي يكون التيار الالكتروني (الحامل الاغلب في قناة • n-channel ) أن يكون اتجاه عكس اتجاه IDوينساق • من المصدر الى المصرف • بينما الجهد المطبق VGS على البوابةp+ والقناة n • يكون جهد عكسي reverse bias وهو ما سوف • يكون منطقة نضوب كبير بين والوصلتين p+n و • n p+ وهو المتحكم في استمرار تحرك التيار الالكتروني • الذي يتحرك من المصدر S الى المصرف D =

8. JFET ترانزستور تأثير المجال الوصليjunction field-effect transistor • تابع ماذا يحدث داخل JFET • نلاحظ أن منطقة النضوب بين الوصلتين يعتمد على البعد x فعرض منطقة النضوب تختلف عند الموقع • x =0 عنها عند x =L فهي • عرضية عند الاخيروذلك • بتغير الجهد المبذول VD فالجهد • عند المصدر اقل من الجهد عند • المصرف وبالتالي يتم التحكم • بمساحة المقطع العرضي لقناة • التوصيل n-channel وتضيق • من جهة المصرف وتعمل منطقة • النضوب كطرفي بوابة تفتح او • تغلق القناة =

9. JFET ترانزستور تأثير المجال الوصليjunction field-effect transistor • تابع ماذا يحدث داخل JFET • نلاحظ من الشكل الاخير ان منطقة النضوب تسببت في • غلق القناة من جهة المصرف D وبالتالي لن يكون هناك • تيار الكتروني يخرج من المصرف وايضا تيار المصرف • (التيار الاصطلاحي في الدائرة)ID = 0 وهذه الحالة • تسمي حالة التشبع لتيارSaturated وبداية التشبع • بـ(القطع التخصري)pinch–off • جهد القطع التخصريVp • مقاومية القناة ثابتة لان التشويب ثابت ويتم التحكم بمقاومية • القناة بتغيير مساحة المقطع لها =

10. JFET ترانزستور تأثير المجال الوصليjunction field-effect transistor • منحني الخصائص I-V لترانزستور JFET(n-channel) • نلاحظ مثل BJT وجود عدة مناطق في شكل منحني الخصائص • اهمها منطقة التشبع Saturation Region أو المنطقة النشطة Active • Regionوهي تبدأ عند نقطة تقاطع المنحني مع منحني القطع التخصري • pinch – off curve أي عندما لا يكون هناك تيار مصرف يتحرك في الدائرة • ونلاحظ قبل دخول منطقة التشبع فأن العلاقة بين تيار المصرفID وجهد المصرفVDSعلاقة طردية وهي تتبع علاقة اومV=IR لذلك تسمي المنطقة بمنطقة • اومOhmic Regionوفي هذه المنطقة منطقة النضوب • صغيرة ويعمل JFET كمتحكم بالمقاومة بواسطة الجهد • المنطقة الاخير منطقة القطع  Cut-off Region أو • pinch-off وفيها ويعمل JFET كدائرة مفتوحة عندما • يكون قيمة مقاومة القناة قيمة عظمي =

11. JFET ترانزستور تأثير المجال الوصليjunction field-effect transistor • منحني الخصائص I-V لترانزستور JFET • ترانزستور JFET لقناة p-channel لها نفس منحني الخصائص لترانزستور من n-channel ولكن الفرق في جهد المطبق VGS بين البوابة والقناة بسبب أننا نريد انحياز عكسي فيكون لقناة n-channel القيم سالبة لجهد VGS و p-channel يكون قيم الجهد VGS موجبة وذلك بسبب توصيل الدائرة المختلف لترانزستور n- JFET عن - JFETp • n-channel p-channel =

12. JFET ترانزستور تأثير المجال الوصليjunction field-effect transistor • JFET كمكبر • قد وجد أن تغييرا طفيفا في جهد البوابة VG ينتج عنه تغيير ملحوظ في التيار ID بين المصدر والمصرف وهكذا تتم عملية التكبير • يكون خصائص الدائرة و التكبير لدائرة ترانزستور JFET عند المصدر المشترك source common مثل خصائص دائرة الترانزستور BJT عند الباعث المشترك .ولكن الفائدة من استخدام مكبر JFET عن مكبر BJT هو أن مقاومة الدخل عالية وهنا البوابة تكون متحكمة في قيمتها • JFET كمفتاح • مما سبق رأينا كيف أن جهد البوابة يتحكم في عبور تيار المصرف وهذا ما يجعل ترانزستور JFET يعمل كمفتاح عن طريق تغير مساحة مقطع القناة بواسطة زيادة أو نقص جهد البوابة وبالتالى زيادة او نقص منطقة النضوب لجهد العكسي في القناة =

13. JFET ترانزستور تأثير المجال الوصليjunction field-effect transistor • معادلات وحسابات الترانزستور JFET • في موضوع الوصلة الثنائية اوجدنا • قيمة عرض منطقة النضوب • في الوصلة p+n يكون تشويب البوابة اعلى • بالتالي نحصل على • وعند جهد القطع • التخصري • وبقسمة المعادلتين • بالتالي قيمة نصف عرض منطقة القناة =

14. JFET ترانزستور تأثير المجال الوصليjunction field-effect transistor • تابع معادلات وحسابات الترانزستور JFET • نريد حساب تيار المصرف ونعرف أن الكثافة تساوي • ومساحة القناة من الشكل • بالتالي نحصل على • بتبسيط المعادلة ثم التكامل • حدود التكامل نستنتجها من الشكل =

15. JFET ترانزستور تأثير المجال الوصليjunction field-effect transistor • تابع معادلات وحسابات الترانزستور JFET • اخيرا تيار المصرف تمثل بالعلاقة التالية • عند التشبع • بالتالي نحصل على • لترانزستور n- JFET تيار التشبع للمصرف سالب ايضا الكميات تكون سالبة بينما تكون موجبة =

16. JFET ترانزستور تأثير المجال الوصليjunction field-effect transistor • تابع معادلات وحسابات الترانزستور JFET • ومن المعادلات السابقة وأيضا منحني الخصائص سوف نوجد قانون لتيار المصرف لـ JFET (من دون اثبات ) • حيث القيمة العظمي لتيار المصرف المشبع عندما يكون قيمة VGS = 0 • طبيعة الكسب لترانزستور JFET بالعلاقة • حيث gm هو الموصلية الانتقالية المتبادل mutual transconductance وحدته امبير على فولت وهي السيمنزSiemens(S) = (A)/(V) =

17. الفرق بين ترانزستور تأثير المجال FET و ترانزستور ثنائي القطب BJT =

18. الفرق بين ترانزستور تأثير المجال FET و ترانزستور ثنائي القطب BJT • (عمل المفتاح) =

19. مناقشة مسائل الاختبار الدوري الاول • مثلي بالرسم التخطيطي اشراطة الطاقة للوصلة الثنائية واوجدي جهد الاتصال لوصة سيلكون اذا كان طاقة مستوي فيرمي في المنطقة السالبة تساوي 100 ميلي الكترون فولت وطاقة مستوي فيرمي في المنطقة الموجبة مساوية 50 ميلي الكترون فولت اذا علمتي ان فجوة الطاقة الطاقة للسيلكون تساوي 1.11 الكترون فولت؟ • عند بذل جهد عكسي على الوصلة الثنائية عند درجة الحرارة 300 K وجد أن تيار الوصلة يساوي 50 نانو أمبير أوجدي التيار عند بذل جهد امامي مقدار 0.3 V؟

20. مناقشة مسائل الاختبار الدوري الاول في تطبيق ما لوصلة ثنائية كان انخفاض الجهد عبر الوصلة مساو 0.1 V وكانت القيمة العظمي لنسبة التيار العكسي للتيار الامامي مساوية 10-5 اوجدي درجة الحرارة العظمي لتشغيل الوصلة؟