المناهج الدراسية
تسجيل الدخول

المناهج الدراسية

الفيزياء

الفصل الأول - التيار الكهربي وقانون أوم وقانونا كيرشوف

0/36

الفصل الثاني - التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي وأجهزة القياس

0/32

الفصل الثالث - الحث الكهرومغناطيسي

0/45

الفصل الرابع - دوائر التيار المتردد

0/23

الفصل الخامس - ازدواجية الموجة والجسيم

0/31

الفصل السادس - الأطياف الذرية والأشعة السينية

0/17

الفصل السابع - الليزر وتطبيقاته

0/17

الفصل الثامن - الإلكترونيات الحديثة

0/35

دروس إضافية

0/145
نص الدرس

الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستور

الفيزياء

الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستور

مقدمة

مقدمة

  • يوضح الشكل استخدام الترانزستور كمفتاح إلكتروني، إذ يسمح تيار صغير بالقاعدة بتشغيل تيار أكبر بين المجمع والباعث أو بقطعه.
  • ويقوم بهذا الدور في الدوائر الرقمية، فيعمل كمفتاح مغلق عند التوصيل ومفتوح عند القطع، وهو أساس بناء الحاسبات والأنظمة الإلكترونية الحديثة.
  • أنواع المواد من حيث التوصيل الكهربي، وبلورة السيليكون النقي والإلكترونات الحرة والفجوات.
  • التطعيم بالشوائب وأشباه الموصلات من النوع n والنوع p وقانون فعل الكتلة، والمكونات (النبائط) الإلكترونية.
  • الوصلة الثنائية (الدايود) وتقويم التيار المتردد والتوليف الإلكتروني، والترانزستور كمكبر وكمفتاح. 🌳 شجرة المفاهيم الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستور
  • ├── أولًا مقدمة — الإلكترونيات في حياتنا
  • ├── ثانيًا أنواع المواد من حيث التوصيل الكهربي

│ └── مقارنة بين المعدن وشبه الموصل

├── ثالثًا←بلورة السيليكون النقي

│ ├── التركيب

│ ├── أنواع إلكترونات السيليكون

│ ├── عند درجات الحرارة المختلفة

│ ├── الاتزان الحراري

│ ├── حركة الفجوات

│ └── أسئلة “علل”

├── رابعًا←التطعيم (إضافة الشوائب) — النوع n والنوع p

│ ├── أ) شائبة خماسية التكافؤ → النوع n

│ ├── ب) شائبة ثلاثية التكافؤ → النوع p

│ ├── قانون فعل الكتلة

│ └── مقارنة بين النوعين
├── خامسًاالمكونات (النبائط) الإلكترونية
├── سادسًاالوصلة الثنائية (p-n Junction)

│ ├── التكوين

│ ├── المنطقة الفاصلة (القاحلة)

│ ├── التوصيل الأمامي

│ ├── التوصيل العكسي

│ └── مقارنة بين التوصيلين

├── سابعًا←استخدامات الدايود

│ ├── تقويم التيار المتردد

│ ├── التوليف الإلكتروني

│ └── أسئلة “علل”

├── ثامنًا←الترانزستور — التركيب

│ ├── التوصيل بقاعدة مشتركة (للنوع npn)

│ └── ثابتا الترانزستور

├── تاسعًا←الترانزستور كمكبر وكمفتاح

│ ├── كمكبر (باعث مشترك)

│ └── كمفتاح

└── عاشرًا←ملخص الدرس
الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستور · 1 / 17
أولًا: مقدمة — الإلكترونيات في حياتنا

أولًا: مقدمة — الإلكترونيات في حياتنا

  • يشهد العالم تقدمًا هائلًا في الإلكترونيات والاتصالات حتى صارت السمة المميزة لهذا العصر.
  • التلفزيون والهاتف المحمول والحاسوب والأقمار الصناعية شواهد على ذلك، وللإلكترونيات دور في الحرب الحديثة (التوجيه والاستطلاع والرصد والتشويش) وفي الطب (التشخيص والمتابعة والجراحة).
  • لذلك لا بد من تحصيل قدر مبسط من المعلومات عن الإلكترونيات مهما كان التخصص المهني.
الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستور · 2 / 17
ثانيًا: أنواع المواد من حيث التوصيل الكهربي

ثانيًا: أنواع المواد من حيث التوصيل الكهربي

الموصلاتتوصل الكهربية والحرارة بسهولة (المعادن).
العوازللا توصل الكهربية والحرارة بسهولة (الخشب والبلاستيك).
أشباه الموصلات (Semiconductors)مرحلة متوسطة بين النوعين، تتميز بأن توصيليتها تزداد مع ارتفاع درجة الحرارة (مثل السيليكون والجرمانيوم).
وجه المقارنة المعدن شبه الموصل
حاملات التيار إلكترونات حرة فقط (حامل واحد) إلكترونات حرة وفجوات (حاملان)
عدد الإلكترونات الحرة ثابت لا يتغير مع الحرارة يزداد بارتفاع الحرارة
التوصيلية مع الحرارة تقل (بزيادة المقاومة) تزداد
الحساسية للبيئة قليلة شديدة (ضوء، حرارة، ضغط، شوائب)
  • في بلورة المعدن أيونات موجبة وسحابة من الإلكترونات الحرة التي تتحرك حركة عشوائية، وتؤثر قوة تجاذب بين الأيونات والسحابة.
  • محصلة قوى التجاذب على أي إلكترون حر داخل المعدن صفر، فإذا حاول الخروج من السطح جذبته قوى التجاذب للداخل.
الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستور · 3 / 17
ثالثًا: بلورة السيليكون النقي

ثالثًا: بلورة السيليكون النقي

التركيب

  • البلورة ترتيب هندسي منتظم للذرات في الحالة الجامدة.
  • السيليكون من أهم عناصر الكون؛ يدخل في تركيب الرمل وصخور القشرة الأرضية.
  • بلورة السيليكون النقي من ذرات تربطها روابط تساهمية؛ فذرة السيليكون لها 4 إلكترونات في غلافها الخارجي تشاركها مع 4 ذرات مجاورة.
  • بذلك يحتوي الغلاف الخارجي لكل ذرة على 8 إلكترونات بالمشاركة.
إلكترونات المستويات الداخليةمرتبطة بشدة بالنواة.
إلكترونات التكافؤ (الغلاف الخارجي)لها حرية أكبر في الحركة بين المسافات البينية.
الإلكترونات الحرةتتحرر من الروابط المكسورة وتتحرك في حيز البلورة ذاتها.
  • في الحرارة المنخفضة (قرب الصفر المطلق) جميع الروابط سليمة، ولا توجد إلكترونات حرة على غرار المعدن، فتكون البلورة عازلة.
  • بارتفاع درجة الحرارة تنكسر بعض الروابط بفعل الطاقة الحرارية فتنطلق إلكترونات حرة.
  • يترك الإلكترون المتحرر مكانًا فارغًا في الرابطة المكسورة يسمى فجوة (Hole).
  • الذرة متعادلة، فغياب إلكترون يعني ظهور شحنة موجبة؛ لذلك تمثل الفجوة شحنة موجبة.
  • لا نسمي الذرة التي كُسرت إحدى روابطها أيونًا، لأن الفجوة سرعان ما تقتنص إلكترونًا آخر من رابطة مجاورة أو من الإلكترونات الحرة فتعود الذرة متعادلة وتنتقل الفجوة إلى رابطة أخرى.
  • كسر الرابطة يحتاج حدًا أدنى من الطاقة (حرارية أو ضوئية).
  • في السيليكون النقي عدد الإلكترونات الحرة = عدد الفجوات (n = p).
  • لا تستمر الزيادة بلا حد؛ إذ تصل البلورة إلى اتزان حراري يتساوى فيه عدد الروابط المكسورة في الثانية مع عدد الروابط التي تُكوَّن في الثانية، فيبقى عدد ثابت من الإلكترونات الحرة والفجوات عند كل درجة حرارة.
  • الالتحام (Recombination) اقتناص إلكترون حر لفجوة، وتنطلق الطاقة في صورة حرارة أو ضوء.
  • تتحرك الفجوات عشوائيًا كما تتحرك الإلكترونات.
  • حركة الفجوة تكافئ حركة الإلكترونات داخل روابطها في الاتجاه المعاكس.
  • ازدياد عدد الروابط المكسورة يمكن أن يحدث أيضًا بمؤثر خارجي كالضوء، بشرط أن تكفي طاقة الفوتون لكسر الرابطة.
توصيلية شبه الموصل تزداد بارتفاع درجة الحرارةلانكسار مزيد من الروابط فيزداد عدد الإلكترونات الحرة والفجوات.
الفجوة تمثل شحنة موجبةلأن غياب إلكترون سالب من ذرة متعادلة يترك شحنة موجبة.
شكل 7: بلورة السيليكون النقي
شكل 7: بلورة السيليكون النقي
  • بلورة السيليكون النقي من ذرات تربطها روابط تساهمية؛ فذرة السيليكون لها 4 إلكترونات في غلافها الخارجي تشاركها مع 4 ذرات مجاورة.
  • ├── ثالثًا بلورة السيليكون النقي
  • بلورة السيليكون النقي تتكون من ذرات تربطها روابط تكافؤية؛ تزداد الروابط المكسورة بزيادة الحرارة أو بمؤثر خارجي كالضوء بشرط كفاية طاقة الفوتون.
الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستور · 4 / 17
رابعًا: التطعيم (إضافة الشوائب) — النوع n والنوع p

رابعًا: التطعيم (إضافة الشوائب) — النوع n والنوع p

  • تتميز أشباه الموصلات بحساسية شديدة للشوائب (Impurities).
  • التطعيم (Doping) إضافة كمية ضئيلة جدًا من ذرات عنصر آخر (شوائب) إلى بلورة شبه الموصل النقية لتحسين توصيليتها.
    شكل 2: التطعيم نوع n ونوع p

    يقارن الشكل بين شبه الموصل من النوع n المطعم بعنصر خماسي التكافؤ كالفوسفور، الذي يضيف إلكترونًا حرًا زائدًا، والنوع p المطعم بعنصر ثلاثي التكافؤ كالألومنيوم، الذي تكون فيه الفجوات هي الحامل الغالب. ويزيد التطعيم التوصيلية كثيرًا مع أن الكمية المضافة ضئيلة جدًا.

أ) شائبة خماسية التكافؤ → النوع n

  • السيليكون من المجموعة الرابعة، فإضافة عنصر من المجموعة الخامسة مثل الفوسفور (P) أو الأنتيمون (Sb) تحل ذرته محل ذرة سيليكون.
  • للذرة الشائبة 5 إلكترونات 4 منها تشترك في الروابط ويبقى إلكترون واحد خارج الروابط، قوى الجذب عليه ضعيفة فيفقده بسهولة وتصبح الذرة أيونًا موجبًا.
  • هذا الإلكترون ينضم إلى رصيد البلورة من الإلكترونات الحرة، فللبلورة مصدر آخر للإلكترونات الحرة هو ذرات الشوائب.
  • تسمى الذرة الشائبة الذرة المعطية (Donor).
  • يتحقق الاتزان الحراري بالعلاقة:

n = p + ND

  • حيث ND تركيز أيونات الشوائب المعطية، n تركيز الإلكترونات الحرة، p تركيز الفجوات.
  • n أكبر من p، فتسمى البلورة من النوع n (n-type) وحاملات الشحنة الأغلبية فيها الإلكترونات.

ب) شائبة ثلاثية التكافؤ → النوع p

  • عند إضافة عنصر من المجموعة الثالثة مثل الألومنيوم (Al) أو البورون (B) بدلًا من السيليكون، تكتسب الذرة الشائبة (3 إلكترونات) إلكترونًا من إحدى روابط السيليكون لتكمل أربعة.
  • تظهر فجوة في رابطة السيليكون، فتضيف الشوائب فجوات غير التي نشأت بالحرارة.
  • تسمى الذرة الشائبة الذرة المستقبلة (Acceptor)، وتتحول إلى أيون سالب.
  • يتطلب الاتزان:

p = NA + n

  • p أكبر من n، فالبلورة من النوع p (p-type) وحاملات الشحنة الأغلبية الفجوات.

قانون فعل الكتلة

  • في جميع الأحوال:

n p = ni2

  • حيث ni تركيز الإلكترونات (أو الفجوات) في السيليكون النقي عند درجة الحرارة نفسها.
  • أي أنه إذا زاد n نقص p والعكس.
  • تقريبًا في النوع n: n ≈ ND و p = ni2 / ND . وفي النوع p: p ≈ NA و n = ni2 / NA .
  • كلتا البلورتين (n وp) متعادلة كهربيًا في ذاتها لأن مجموع الشحنات الموجبة يساوي مجموع الشحنات السالبة.

✍️ أمثلة محلولة

  • مثال 1 سيليكون نقي تركيز حاملاته

    ni = 1.5 × 1010 cm-3

    طُعِّم بشوائب معطية تركيزها 1016 cm−3.
  • احسب تركيز كل من الإلكترونات والفجوات.
  • الحل:
  • بلورة من النوع n n ≈ ND = 1016 cm-3

  • p = ni2 / n = ((1.5 × 1010)2) / 1016 = (2.25 × 1020) / 1016 = 2.25 × 104 cm-3

لذلك الإلكترونات هي الأغلبية بكثير

وجه المقارنة بلورة n-type بلورة p-type
نوع الشائبة خماسية التكافؤ (P, Sb) ثلاثية التكافؤ (Al, B)
اسم الذرة الشائبة معطية (Donor) مستقبلة (Acceptor)
الحاملات الأغلبية إلكترونات فجوات
الحاملات الأقلية فجوات إلكترونات
العلاقة بين التركيزين n > p p > n
التطعيم نوع n ونوع p
التطعيم نوع n ونوع p
شكل 2←التطعيم نوع n ونوع p
الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستور · 5 / 17
خامسًا: المكونات (النبائط) الإلكترونية

خامسًا: المكونات (النبائط) الإلكترونية

شكل 3: المكونات الإلكترونية الأساسية يمثّل الشكل رموز النبائط الإلكترونية الأساسية كالمقاومة والملف والمكثف، مع الدايود والترانزستور. وتتميز أشباه الموصلات بحساسيتها للضوء والحرارة والضغط، ولذلك تُستخدم في صناعة المحسات التي تقيس هذه الكميات وتحوّلها إلى إشارات كهربية.
شكل 3: المكونات الإلكترونية الأساسية يمثّل الشكل رموز النبائط الإلكترونية الأساسية كالمقاومة والملف والمكثف، مع الدايود والترانزستور. وتتميز أشباه الموصلات بحساسيتها للضوء والحرارة والضغط، ولذلك تُستخدم في صناعة المحسات التي تقيس هذه الكميات وتحوّلها إلى إشارات كهربية.
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
النبائط (Devices)هي وحدات البناء التي تُبنى عليها كل الأنظمة الإلكترونيةوحداتالبناءعليهاالأنظمة
بعضها بسيطالمقاومة R والملف L والمكثف Cالمقاومةوالملفوالمكثف
وبعضها أكثر تعقيدًا
  • الوصلة الثنائية (دايود) والترانزستور بأنواعه
  • ونبائط متخصصة (كهروضوئية
  • ونبائط تحكم في التيار)
الوصلةالثنائيةدايودوالترانزستور
•تتميز أشباه الموصلات (التي تُصنع منها أغلب النبائط) بحساسيتها الشديدة للضوء والحرارة والضغط والتلوث الذري والكيميائيتتميزأشباهالموصلاتمنها
•لذلك تستخدم كمحسات (Sensors) لقياس شدة الضوء ودرجة الحرارة والضغط والرطوبة والتلوث الكيميائي والإشعاع الذريلذلكتستخدمكمحساتSensors
الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستور · 6 / 17
سادسًا: الوصلة الثنائية (p-n Junction)

سادسًا: الوصلة الثنائية (p-n Junction)

شكل 4: الوصلة الثنائية — الوصلة الثنائية (p-n Junction) يبيّن الشكل الوصلة الثنائية، حيث تنتشر الفجوات من منطقة p والإلكترونات من منطقة n عبر الحد الفاصل. ينتج عن ذلك منطقة فاصلة خالية من الحوامل تتكون فيها أيونات موجبة في جهة n وأيونات سالبة في جهة p، وهذه المنطقة تمنع مرور التيار تقريبًا في الاتجاه العكسي.
شكل 4: الوصلة الثنائية — الوصلة الثنائية (p-n Junction) يبيّن الشكل الوصلة الثنائية، حيث تنتشر الفجوات من منطقة p والإلكترونات من منطقة n عبر الحد الفاصل. ينتج عن ذلك منطقة فاصلة خالية من الحوامل تتكون فيها أيونات موجبة في جهة n وأيونات سالبة في جهة p، وهذه المنطقة تمنع مرور التيار تقريبًا في الاتجاه العكسي.

التكوين

  • الوصلة الثنائية بلورة تتكون من جزء من النوع p وآخر من النوع n متلاصقين.
  • الفجوات في المنطقة p (تركيزها عالٍ) تنتشر إلى المنطقة n حيث تركيزها قليل.
  • وكذلك الإلكترونات في المنطقة n (تركيزها عالٍ) تنتشر إلى المنطقة p.
  • ينشأ تيار انتشار يدفع الفجوات من p إلى n والإلكترونات من n إلى p.

المنطقة الفاصلة (القاحلة)

  • كل منطقة كانت في ذاتها متعادلة، فهجرة إلكترونات من n تترك جزءًا من الأيونات الموجبة بلا ما يعادله.
  • وهجرة فجوات من p تترك أيونات سالبة بلا ما يعادلها.
  • تنتج منطقة خالية من الإلكترونات والفجوات فيها أيونات موجبة في ناحية وأيونات سالبة في الأخرى، تسمى المنطقة الفاصلة (الانتقالية / القاحلة Depletion Region).
  • ينشأ فيها مجال كهربي داخلي يتجه من الأيونات الموجبة إلى السالبة، ويدفع تيارًا يسمى تيار انسياب (Drift) في اتجاه عكس اتجاه تيار الانتشار.
  • عند الاتزان يتساوى التياران فتكون المحصلة صفرًا.

التوصيل الأمامي

  • يُوصل الطرف p بالطرف الموجب للبطارية والطرف n بالسالب.
  • المجال الناشئ عن البطارية يكون عكس اتجاه المجال الداخلي فيضعفه، فتضيق المنطقة الفاصلة.
  • يمر تيار كبير، وتكون مقاومة الوصلة صغيرة جدًا.
  • يمثل الدايود في الاتجاه الأمامي مفتاحًا مغلقًا.

التوصيل العكسي

  • يُوصل p بالطرف السالب وn بالموجب.
  • يكون المجالان في الاتجاه نفسه، فتتسع المنطقة الفاصلة ويصعب مرور تيار.
  • يمثل الدايود مفتاحًا مفتوحًا (لا يمر تيار تقريبًا).
  • يمكن اختبار الدايود بالأوميتر يعطي مقاومة صغيرة جدًا في اتجاه ومقاومة كبيرة جدًا في الاتجاه العكسي.
وجه المقارنة التوصيل الأمامي التوصيل العكسي
توصيل البطارية p بالموجب، n بالسالب p بالسالب، n بالموجب
المجال الخارجي عكس المجال الداخلي (يضعفه) في اتجاه المجال الداخلي (يقويه)
عرض المنطقة الفاصلة يضيق يتسع
التيار يمر بسهولة لا يمر تقريبًا
المقاومة صغيرة جدًا كبيرة جدًا
المكافئ مفتاح مغلق مفتاح مفتوح
الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستور · 7 / 17
سابعًا: استخدامات الدايود

سابعًا: استخدامات الدايود

تقويم التيار المتردد

  • التقويم (Rectification) تحويل التيار المتردد إلى تيار في اتجاه واحد (تيار مستمر).
  • تسمح الوصلة الثنائية بمرور التيار في اتجاه وتمنعه تقريبًا في الاتجاه العكسي، فيمرّ نصف الموجة فقط.
  • يُستخدم ذلك في شحن بطاريات السيارات وشاحن الهاتف المحمول وغيرهما.
  • يُرمز للدايود بسهم نحو الكاثود، ويُسمى طرفاه الأنود (الموجب p) والكاثود (n).
  • لضبط الراديو أو التلفزيون على محطة نغيّر تردد دائرة الرنين (بتغيير سعة مكثف) حتى يساوي تردد المحطة (ظاهرة الرنين).
  • في الأجهزة الحديثة تُغيَّر السعة باستخدام الدايود عند جهد عكسي: يزداد عرض المنطقة الفاصلة بزيادة الجهد العكسي.
  • زيادة العرض تعني تزايدًا في الشحنات (الأيونات)، فيشبه التغير في الشحنة مع الجهد ما يحدث لمكثف.
  • أي أن الدايود في الاتجاه العكسي يكافئ مكثفًا سعته تتغير بالجهد العكسي (التوليف الإلكتروني).
    شكل 5: الدايود كسعة متغيرة في التوليف

    يوضح الشكل أن الدايود المعكوس التوصيل يشبه مكثفًا سعته تتغير بالجهد العكسي، لأن اتساع المنطقة الفاصلة يغيّر الشحنات المتراكمة. ويُستفاد من هذه الخاصية في التوليف الإلكتروني لاختيار المحطة، كما يُستخدم الدايود في التقويم لتحويل التيار المتردد إلى تيار في اتجاه واحد.

الدايود كسعة متغيرة في التوليف
الدايود كسعة متغيرة في التوليف
أسئلة "علل"
يستخدم الدايود في تقويم التيار المترددلأنه يوصل التيار في اتجاه واحد ويمنعه في الاتجاه المعاكس.
تتسع المنطقة الفاصلة عند التوصيل العكسيلأن المجال الخارجي يؤيد المجال الداخلي فتزداد الأيونات المكشوفة.
الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستور · 8 / 17
ثامنًا: الترانزستور — التركيب

ثامنًا: الترانزستور — التركيب

شكل 6: الترانزستور — الترانزستور — التركيب يرسم الشكل تركيب الترانزستور ثنائي القطبية من ثلاث مناطق بالتتابع npn أو pnp، هي الباعث والقاعدة والمجمع، والقاعدة صغيرة السمك جدًا. وتكون وصلة الباعث والقاعدة أمامية التوصيل ووصلة المجمع والقاعدة عكسية، فتنطلق الإلكترونات من الباعث إلى القاعدة ثم تُجمع في المجمع.
شكل 6: الترانزستور — الترانزستور — التركيب يرسم الشكل تركيب الترانزستور ثنائي القطبية من ثلاث مناطق بالتتابع npn أو pnp، هي الباعث والقاعدة والمجمع، والقاعدة صغيرة السمك جدًا. وتكون وصلة الباعث والقاعدة أمامية التوصيل ووصلة المجمع والقاعدة عكسية، فتنطلق الإلكترونات من الباعث إلى القاعدة ثم تُجمع في المجمع.
  • ابتُكر الترانزستور بفضل باردين وشوكلي وبراتين.
  • نكتفي بالترانزستور ثنائي القطبية (BJT) نوعي pnp وnpn.
  • يتكون من ثلاث مناطق p ثم n ثم p، أو n ثم p ثم n.
  • المنطقة الأولى الباعث (E)، والأخيرة المجمع (C)، والوسطى القاعدة (B) وهي صغيرة السمك جدًا.

التوصيل بقاعدة مشتركة (للنوع npn)

  • الوصلة الأولى n-p (الباعث – القاعدة) أمامية التوصيل.
  • الوصلة الثانية p-n (المجمع – القاعدة) عكسية التوصيل.
  • تنطلق الإلكترونات الحرة من الباعث (n) إلى القاعدة (p) وتنتشر فيها لبعض الوقت إلى أن يلتقطها المجمع (n).
  • لأن الإلكترونات تنتشر في قاعدة مليئة بالفجوات، فإن الالتحام في القاعدة يستهلك نسبة ضئيلة منها.
  • لذلك يكون تيار المجمع IC أقل قليلًا من تيار الباعث IE، ويمر الباقي في دائرة القاعدة (IB):
  • IE = IB + IC

ثابتا الترانزستور

ثابت التوزيع α←نسبة تيار المجمع إلى تيار الباعث، وقيمته أقل من الواحد ويقترب منه لأن عرض القاعدة صغير جدًا:

α = IC / IE

معامل تكبير التيار β←نسبة تيار المجمع إلى تيار القاعدة، وقيمته كبيرة جدًا:

β = IC / IB

  • العلاقة بين الثابتين:

IC = α IE ،

IB = (1 – α ) IE

β = α / (1 – α)

،

α = β / (1 + β)

✍️ أمثلة محلولة

  • مثال 2 ترانزستور npn تيار باعثه 5 mA وثابت التوزيع α = 0.98. احسب تيار المجمع وتيار القاعدة ومعامل التكبير β.
  • الحل:

IC = α IE = 0.98 × 5 = 4.9 mA

IB = IE – IC = 5 – 4.9 = 0.1 mA

  • β = IC / IB = 4.9 / 0.1 = 49

    (أو

    β = 0.98 / 0.02 = 49

    )
  • مثال 3 ترانزستور معامل تكبيره β = 99. احسب α وتيار الباعث إذا كان تيار القاعدة 0.05 mA.
  • الحل:

α = β / (1 + β) = 99 / 100 = 0.99

IC = β IB = 99 × 0.05 = 4.95 mA

IE = IB + IC = 5 mA

الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستور · 9 / 17
تاسعًا: الترانزستور كمكبر وكمفتاح

تاسعًا: الترانزستور كمكبر وكمفتاح

كمكبر (باعث مشترك)

  • يمكن توصيل الترانزستور بحيث يكون الباعث مشتركًا فيعمل مكبرًا للتيار والقدرة الكهربية.
  • إذا وُضعت إشارة كهربية صغيرة (مثل خرج ميكروفون) في تيار القاعدة ظهر تأثيرها مكبرًا في تيار المجمع، ويسمى ذلك فعل الترانزستور (Transistor action).
  • السبب نسبة تيار المجمع إلى القاعدة β كبيرة، فأي تغير صغير في IB يظهر تأثيره مكبرًا في IC.
  • في دائرة المجمع (باعث مشترك):

VCC = VCE + IC RC

  • حيث VCC جهد البطارية، VCE فرق الجهد بين المجمع والباعث، IC تيار المجمع، RC مقاومة في الدائرة.
شكل 1: الترانزستور كمفتاح
شكل 1: الترانزستور كمفتاح
  • كلما زاد IC زاد فرق الجهد IC RC وقل VCE حتى يصل إلى أقل قيمة (نحو 0.2 V).
  • نعتبر القاعدة هي الدخل (Vin) والمجمع هو الخرج (Vout) والباعث مشتركًا متصلًا بالأرض.
  • مفتاح مغلق (ON) جهد القاعدة موجب وكبير ← IC كبير ← IC RC كبير ← VCE صغير (خرج صغير).
  • مفتاح مفتوح (OFF) جهد القاعدة موجب صغير أو سالب ← ينقطع IC ← VCE يساوي VCC تقريبًا (خرج كبير).
  • هكذا يعمل الترانزستور كمفتاح يوصل التيار أو لا يوصله.
  • وهو أيضًا عاكس (Inverter) الخرج صغير عندما يكون الدخل كبيرًا، والخرج كبير عندما يكون الدخل صغيرًا.
  • يمكن تحديد قطبية الترانزستور باستخدام الأوميتر.
الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستور · 10 / 17
عاشرًا: ملخص الدرس

عاشرًا: ملخص الدرس

  • بلورة السيليكون النقي تتكون من ذرات تربطها روابط تكافؤية؛ تزداد الروابط المكسورة بزيادة الحرارة أو بمؤثر خارجي كالضوء بشرط كفاية طاقة الفوتون.

    يبيّن الشكل بلورة السيليكون النقية، وفيها ترتبط كل ذرة بأربع ذرات مجاورة بروابط تكافؤية. وبارتفاع الحرارة أو بالضوء تنكسر بعض هذه الروابط فتتحرر إلكترونات وتظهر فجوات، ولذلك يكون لشبه الموصل حاملان للتيار هما الإلكترونات والفجوات بخلاف المعدن.

  • يزداد عدد الإلكترونات الحرة عن الفجوات بإضافة شوائب n-type، والعكس بإضافة شوائب p-type.
  • شبه الموصل به حاملان للتيار (إلكترونات وفجوات)، بينما المعدن به حامل واحد.
  • يتكون الدايود من منطقة p ومنطقة n؛ يمر تيار في التوصيل الأمامي ولا يمر في العكسي، ولذلك يستخدم في تقويم التيار المتردد.
  • يتكون الترانزستور من pnp أو npn ويستخدم للتكبير لأن نسبة تيار المجمع إلى القاعدة كبيرة.
  • .egp-ex{margin:18px 0;border:1px solid rgba(79,63,224,.2);border-radius:16px;overflow:hidden;background:#fff}.egp-ex-h{padding:10px 16px;font-weight:800;background:linear-gradient(90deg,#4f3fe0,#22c1c3);color:#fff}.egp-ex-tabs{display:flex;flex-wrap:wrap;gap:6px;padding:10px 12px;background:#f7f6ff}.egp-ex-b{border:1px solid rgba(79,63,224,.3);background:#fff;border-radius:20px;padding:5px 14px;font-weight:700;cursor:pointer}.egp-ex-b.on{background:#4f3fe0;color:#fff}.egp-ex-p{padding:12px 16px}function egpEx(b,k){var w=b.closest(‘.egp-ex’);w.querySelectorAll(‘.egp-ex-b’).forEach(function(x,i){x.classList.toggle(‘on’,i===k)});w.querySelectorAll(‘.egp-ex-p’).forEach(function(x,i){x.hidden=i!==k})}
الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستور · 11 / 17
الموسوعة التعليمية الشاملة والمصطلحات الدقيقة — بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية (Diode) والترانزستور (Transistor) (كتب الوزارة + الامتحان + المعاصر + الوسام)

الموسوعة التعليمية الشاملة والمصطلحات الدقيقة — بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية (Diode) والترانزستور (Transistor) (كتب الوزارة + الامتحان + المعاصر + الوسام)

  • 📖
الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستور · 12 / 17
📌 قاموس المفاهيم والمصطلحات العلمية الدقيقة:

📌 قاموس المفاهيم والمصطلحات العلمية الدقيقة:

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةمثالكلمات مفتاحية
شبه الموصل النقي (Intrinsic Semiconductor)السيليكون النقي Si والجرمانيوم Ge) ترتبط كل ذرة فيه بأربع روابط تساهمية أحادية مع أربع ذرات مجاورة. عند الصفر كلفن (-273°C) يكون عازلاً تماماً لعدم وجود إلكترونات حرة أو فجواتعنصررباعيالتكافؤالسيليكون
التوصيل الحراري وكسر الروابطعند رفع درجة الحرارة، تكتسب بعض الروابط طاقة حرارية كافية لكسرها، فيتحرر إلكترون تاركاً خلفه فراغاً يسمى (الفجوة الموجبة Hole)، وتكون تركيزات الإلكترونات الحرة مساوية لتركيزات الفجوات (n = p = ni).—درجةالحرارةتكتسبطاقة
شبه الموصل غير النقي (المطعم Doped)
  • بلورة تضاف إليها نسبة ضئيلة جداً من ذرات شوائب خماسية التكافؤ (بلورة سالبة n-type: الفوسفور P
  • الزرنيخ As) فتزيد الإلكترونات الحرة
  • أو شوائب ثلاثية التكافؤ (بلورة موجبة p-type: البورون B
  • الألومنيوم Al) فتزيد الفجوات الموجبة
—بلورةتضافإليهانسبة
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
الوصلة الثنائية (p-n Junction Diode)
  • التحام بلورة موجبة p مع بلورة سالبة n
  • فتنتقل الإلكترونات والفجوات عند موضع التلامس لتتكون منطقة خالية من حاملات الشحنة تسمى (المنطقة القاحلة / الحاجزة Depletion Region) وجهد حاجز يمنع استمرار الانتقال
التحامبلورةموجبةسالبة
الانحياز الأمامي والعكسي (Biasing)
  • الانحياز الأمامي: توصيل القطب الموجب للبطارية بالبلورة p والقطب السالب بالبلورة n
  • فيتغلب على الجهد الحاجز وتقل المقاومة ويمر تيار كبير. الانحياز العكسي: توصيل الموجب بـ n والسالب بـ p
  • فيزداد الجهد الحاجز والمقاومة وينعدم التيار تقريباً
توصيلالقطبالموجبللبطارية
الترانزستور (npn Transistor)
  • نبيطة إلكترونية ثلاثية الطبقات تتكون من: الباعث (Emitter – E) ذو الشوائب العالية
  • والقاعدة (Base – B) الرقيقة جداً منخفضة الشوائب
  • والمجمع (Collector – C) ذو المساحة الكبيرة والشوائب المتوسطة. يستخدم كمكبر للجهد والتيار والقدرة ومفتاح إلكتروني عالي السرعة
نبيطةإلكترونيةثلاثيةالطبقات
الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستور · 13 / 17
⚖️ القوانين والعلاقات الرياضية والفيزيائية الحاكمة:

⚖️ القوانين والعلاقات الرياضية والفيزيائية الحاكمة:

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
قانون فعل الكتلة في أشباه الموصلاتn · p = ni2 (ثابت عند درجة حرارة معينة)ثابتدرجةحرارةمعينة
في البلورة السالبة (n-type)n ≈ ND+ | p = ni2 / ND+
في البلورة الموجبة (p-type)p ≈ NA– | n = ni2 / NA–
قانون تيارات الترانزستورIe = Ib + Ic (تيار الباعث = تيار القاعدة + تيار المجمع)الباعثالقاعدةالمجمع
نسبة التوزيعαe = Ic / Ie (تقترب من الواحد الصحيح 0.95 إلى 0.99)تقتربالواحدالصحيح
معامل تكبير التيارβe = Ic / Ib = αe / (1 – αe) (كبير جداً قد يصل إلى مئات)مئات
معادلة دائرة المجمع-الباعثVCC = Ic Rc + VCE (في الترانزستور كمفتاح)الترانزستوركمفتاح
الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستور · 14 / 17
🔍 الشرح المستفيض والتعليلات العلمية المعتمدة (“علل”):

🔍 الشرح المستفيض والتعليلات العلمية المعتمدة (“علل”):

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
عللبلورة شبه الموصل المطعمة من النوع السالب (n-type) متعادلة كهربياً؟ لأن عدد الشحنات السالبة الكلية (الإلكترونات الحرة) يساوي تماماً عدد الشحنات الموجبة الكلية (الفجوات الموجبة + أيونات الشائبة الموجبة ND+ الناتجة عن ذرات الفوسفور)بلورةالموصلالمطعمةالنوع
علل: قاعدة الترانزستور رقيقة جداً ونسبة الشوائب بها قليلة؟حتى تمر الغالبية العظمى من الشحنات المنبعثة من الباعث (أكثر من 95%) إلى المجمع دون أن تقتنصها فجوات القاعدة، فيكون تيار القاعدة صغيراً جداً (Ib) وتيار المجمع كبيراً (Ic).الغالبيةالعظمىالشحناتالمنبعثة
علل: يستخدم الترانزستور كمفتاح مغلق (ON) وعاكس؟عند توصيل جهد موجب مرتفع بالقاعدة (دخل 1)، يمر تيار قاعدة كبير Ib فيزداد تيار المجمع Ic ويزداد الهبوط في الجهد Ic Rc عبر مقاومة الحمل، فيهبط فرق الجهد بين المجمع والباعث VCE لأدنى قيمة مقتربة من الصفر (خرج 0).توصيلموجبمرتفعبالقاعدة
الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستور · 15 / 17
📊 مقارنة شاملة بين الترانزستور كمفتاح في حالتي التوصيل (ON) والقطع (OFF):

📊 مقارنة شاملة بين الترانزستور كمفتاح في حالتي التوصيل (ON) والقطع (OFF):

وجه المقارنة حالة المفتاح المغلق (ON – تشغيل) حالة المفتاح المفتوح (OFF – قطع)
إشارة الدخل على القاعدة (Vin) جهد موجب مرتفع (منطقي 1) جهد منخفض أو متصل بالأرض (منطقي 0)
تيار القاعدة والمجمع (Ib, Ic) تيار كبير يمر في الدائرة منعدم تماماً (Ib = 0, Ic = 0)
الهبوط في الجهد عبر الحمل (Ic Rc) نهاية عظمى يقترب من VCC يساوي صفراً تماماً (Ic Rc = 0)
جهد الخرج المأخوذ (Vout = VCE) جهد منخفض جداً يقترب من الصفر (0) جهد مرتفع مساوٍ لجهد المصدر VCC (1)
الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستور · 16 / 17
💡 كبسولة الفنيات وتريكات الامتحانات والأسئلة الوزارية 2026/2027:

💡 كبسولة الفنيات وتريكات الامتحانات والأسئلة الوزارية 2026/2027:

  • الوصلة الثنائية تستخدم لتقويم التيار المتردد تقويماً نصف موجي لأنها تسمح بمرور التيار في الانحياز الأمامي وتمنعه في العكسي.
  • الترانزستور مكبر للتيار عند توصيل الباعث مشترك (Common Emitter).
الدرس الأول: بلورة أشباه الموصلات والوصلة الثنائية والترانزستور · 17 / 17