نبذة عن عالم الإلكترونيات:
في الهندسة الكهربائية نهتم بالتطبيقات، في اتصالات و توليد طاقة و متحكمات و أجهزة ذكية، و نهتم أيضا بالعالم الأساسي السفلي، الذي نستطيع أن نصفه بالخَلوي، و كما يبنى جسم الإنسان على الخلايا، تُبنى الأجهزة على إلكترونيات دقيقة!
#هندسة_كهربائية
في الهندسة الكهربائية نهتم بالتطبيقات، في اتصالات و توليد طاقة و متحكمات و أجهزة ذكية، و نهتم أيضا بالعالم الأساسي السفلي، الذي نستطيع أن نصفه بالخَلوي، و كما يبنى جسم الإنسان على الخلايا، تُبنى الأجهزة على إلكترونيات دقيقة!
#هندسة_كهربائية
الصورة بالتغريدة السابقة صورة للأعضاء الإلكترونية ولم تنزل بعد للخلايا. الخلية الإلكترونية تسمى (ترانزسستور)، اختراع غير الحياة ولا زال إلى وضعنا الراهن، و كل من اشتغل عليه نال جائزة نوبل. عام 1947م كان أول (ترانززستور) من قبل العالمان جون باردين، و والتر براتين. و هو بالصورة:
وظائف (الترانزسستور) أو الصمام الكهربائي عديدة و مهمة، فله ثلاثة أرجل، بإمكانك خلاله تكبير الإشارة،ومن خلال التحكم برجلين اثنتين بإمكانك التحكم بالتيار المار بالرجل الثالثة، فأمكنه أن يعمل كـ Switch أو متحكم و كمكبر للتيار. و من خلال عدد من الصمامات الذكية، نصنع البوابات الرقمية!
في التغريدة المُشار إليها حديث عن البوابات الرقمية، أيضًا في الصورة اختراع الحاسوب.
في العام 1954م تم العمل على صناعة صمام من خلال مادة من مواد أشباه الموصلات، و هي السيلكون. هذه اللحظة تعد فاصلة في تاريخ الإنسان الحديث!
في العام 1954م تم العمل على صناعة صمام من خلال مادة من مواد أشباه الموصلات، و هي السيلكون. هذه اللحظة تعد فاصلة في تاريخ الإنسان الحديث!
من تلك اللحظة،قدرنا على زيادة أعداد الصمامات في ذات المساحة،حتى بلغنا مثلا في معالج i7 من شركة Intel 2.6 مليار ترانزسستور!
هذه الشركة حاليًا تصنع صمامات بتقنية 14 نانومتر، أي 14 جزء من مليار في المتر!! هنا الشركة:
intel.com
هذه الشركة حاليًا تصنع صمامات بتقنية 14 نانومتر، أي 14 جزء من مليار في المتر!! هنا الشركة:
intel.com
قبل التفصيل في الصمامات، لا بد لنا من الحديث أكثر عن أشباه الموصلات و تطعيمها لإضافة خواص فيزيائية مطلوبة، و عنصر أساسي في فهمنا للصمام و الذي يدخل أيضًا في كثير من التطبيقات الكهربائية.. يُتبع إن شاء الله.
العنصر الأساسي في الإلكترونيات يُدعى (دايود)، عمله في الدائرة الكهربائية أنه يمرر الجهد الكهربائي [ و التيار بالنتيجة ] في اتجاه واحد، يكون هذا لما يكون جهد Va أكبر من Vb، حينها تصبح مقاومة (الدايود) بالوضع المثالي صفر.
التركيب الداخلي للدايود هذا مؤلف من جزئين P و الآخر N، و تسمية العنصر PN junction diode، و حتى نعرف ما هو P وَ N، يجب أن نعود إلى الخصائص الفيزياء لعناصر أشباه الموصلات، ما سنتناوله الآن هو عنصر السيلكون Si.
بالوضع الطبيعي تعتبر موصلية عنصر السيلكون غير جيدة للأغراض الهندسية الكهربائية، فنلجأ إلى عملية تسمى التطعيم أو التنشيط Doping. كل ذرة من ذرات السيلكون رباعية التكافؤ، بمعنى أنها ترتبط بأربعِ ذرات سيلكون أخرى.
التطعيم للسيلكون يكون بإضافة عنصر خماسي التكافؤ أو ثلاثي. لما نضيف عنصر خماسي التكافؤ، مثل الفوسفور، فإنه بأربع إلكترونات خارجية يرتبط بذرات سيلكون أخرى، و الإلكترون الخامس يكون حرا فيزيد ذلك من توصيلية التيار. إذا أضفنا عنصرا ثلاثي التكافؤ، فسيرتبط بثلاث ذرات، ويخلق حفرة hole
هذه الحفرة و الحُفر تخلق تيارا لكنه معاكس للتيار الطبيعي حيث أنه موجب الشحنة، و التيار سالب الشحنة. هذا بالمحصلة سيزيد من توصيلية التي نحتاج إليها. نطعم قطعة من السيلكون بعنصر خماسي التكافؤ فينتج N type، و نطعم قطعة بعنصر ثلاثي التكافؤ فينتج P type. منها يتركب PN junction diode
استخدامات diode غنية عن التعريف و الإشارة، من أشهرها الجهاز الذي في كل جهاز رقمي و يحول من تيار متردد إلى مستمر. أيضا الشاشات الدارجة الآن من تقنية LED، و هي اختصار لثلاث كلمات: Light emitting diode.
انتهينا من المقدمة الآن و سنبدأ بالحديث عن العناصر الإلكترونية ثلاثية الأرجل و هي الصمامات (ترانزسستورز). و هي تنقسم إلى قسمين:
1- Bipolar junction transistor (BJT) .
2- MOSFET transistor.
الأول كان BJT، و الذي يتكون من ثلاثة أجزاء كل منها موصل برجل، و هو على شكل NPN or PNP.
1- Bipolar junction transistor (BJT) .
2- MOSFET transistor.
الأول كان BJT، و الذي يتكون من ثلاثة أجزاء كل منها موصل برجل، و هو على شكل NPN or PNP.
بمعنى N type و P type التي ناقشناها أول السلسلة توضع بجانب بعض بشكل NPN أو PNP وكل جزء منها موصل برجل، وهي على ثلاث مسميات:
- Emitter (E).
- Collector (C).
- Base (B).
من خلال التحكم بالجهد على القاعدة، يمكننا التحكم بمرور التيار في الصمام، هذا سيمكننا من جعل الصمام بواب للدائرة!
- Emitter (E).
- Collector (C).
- Base (B).
من خلال التحكم بالجهد على القاعدة، يمكننا التحكم بمرور التيار في الصمام، هذا سيمكننا من جعل الصمام بواب للدائرة!
أيضا نلاحظ أن صمام BJT ما هو إلا عبارة عن PN juction و كأنه عنصرين (دايود) ، بإمكان أن نجعل أحدهما forward و الآخر reverse، من ذلك نستطيع التحكم بوضعية التشغيل للصمام و استعماله كمكبر لإشارة داخلة من عند القاعدة، و التكبير يكون بحدود معينة و بنطاق ترددي معين.
تعد تطبيقات BJT أقل من قرينه الأحدث MOSFET،بالمقارنة بين الاثنين فإن الأخير بالإمكان أن يكون بحجم أصغر، و صناعته أسهل، و يستهلك قدرة أقل. كل هذه الأسباب جعلت منه الرائج الآن، و تبقى بعض التطبيقات للـ BJT ، فهو يستخدم في الدوائر ذات الترددات العليا، وللمكبرات فهو يكبر بضجيج أقل.
و لوجود ميزات يتفرد بها BJT عن أخيه MOSFET و منها ثباته و استقراريته في بعض الظروف، فإن هناك تقنية لتصميم دوائر تجمع بين الاثنين و ذلك للاستفادة الشاملة منهما و هي تحت اسم BiCMOS. سنتحدث عن الشِق الآخر من الصمامات إن شاء الله..
الآن سيكون حديثنا عن النوع الآخر من أنواع الصمامات، و هو المعروف باسم MOSFET، و هو بالصورة. و له نوعان:
- p type.
- n type.
و هو بشِقيه الأكثر شيوعا الآن، و المستخدم في صناعة الدوائر المتكاملة IC كما أشرنا أوائل السلسلة، و ذلك للمزايا المذكورة آنفًا في التغريدة التي سبقت.
- p type.
- n type.
و هو بشِقيه الأكثر شيوعا الآن، و المستخدم في صناعة الدوائر المتكاملة IC كما أشرنا أوائل السلسلة، و ذلك للمزايا المذكورة آنفًا في التغريدة التي سبقت.
تركيبه ولنأخذ على سبيل المثال N type، فإنه يتركب من مادة سيلكون كاملة مُطعمة P type، و في جزئين من يمين و شمال أخرى نغرس مادة سيلكون أخرى N type، ثم نضع موصل عند كل نقطة بحيث يكوّنان Drain (D)، و Source (S)
المنطقة التي بينهما و تكون بالمنتصف أعلاها نضع مادة عازلة، وعليها Gate.
المنطقة التي بينهما و تكون بالمنتصف أعلاها نضع مادة عازلة، وعليها Gate.
هذه المادة التي بالرصاصي تسمى (سيلكون دايوكسايد)وهي مسؤولة عن عدم تمرير أي تيار من القاعدة إلى MOSFET. نظرية العمل لطيفة، فلو بذلنا جهدا عند S، فإننا لن نلتقط أي تيار عند D. لكن لنتمكن من ذلك، يجب علينا بذل جهد من عند G لجذب الذرات التي بأيون سالب، لتشكل ممرا بين S و D كما بالشكل
الآن أصبح بإمكاننا تمرير التيار ما بين جهتي الصمام، لاحظ أنه كلما بذلنا جهدا عند البوابة و اجتذبنا ذرات أكثر أمكننا ذلك من تمرير تيار أكبر، بيد أن هذا محدود إلى أن تتشبع المنطقة ما بينهما.
ما قلناه نبذة جزئية عن عمل الصمام، و لأنني وجدت مقطعا يشرح ذلك برسومات واضحة أحببت أن أترك الباقي له:
youtube.com
اللطيف بالمقطع أيضا أنه في آخره يتحدث عن مثال يلعب فيه الصمام دور البواب في جهاز الإنذار للحريق، بذات الفكرة أيضا بالنسبة للأضواء التي لا تضيء إلا بالليل.
youtube.com
اللطيف بالمقطع أيضا أنه في آخره يتحدث عن مثال يلعب فيه الصمام دور البواب في جهاز الإنذار للحريق، بذات الفكرة أيضا بالنسبة للأضواء التي لا تضيء إلا بالليل.
و هذا دور كبير للصمام و الذي ذكرناه فمن خلال منفذين فقط أو رِجلين بإمكاننا أن نتحكم بمرور التيار بالرجل الأخرى. بالنسبة للكتب للاستزادة بمجال الإلكترونيات، فما بعد كتاب سِدرا/سميث من كتاب، هو مقدمة و تتمة في هذا العلم، و وجوده مهم في مكتبة أي مهندس كهربائي، و اليوتيوب أيضا مدرسة!
مما يجدر بنا الإشارة إليه، أن كافة البوابات المنطقية التي يبنى عليها أي جهاز رقمي مؤلفة من عدد من الصمامات، في الصور نماذج لبعضها، أيضًا هذا المقطع مفيد:
youtube.com
youtube.com
في الأخير كل الإسهامات و التعليقات من قِبل الزملاء مرحب بها لتعديل و تصويب ما قد ذكرت إن بدر مني خطأ، و كذلك للإسهام. أيضا لا يسعني إلا شكر م. تركي الماضي @talmadhi و الذي درست معه مادتين في الإلكترونيات.
جاري تحميل الاقتراحات...