الثنائي (Diode)
- وصلة PN ومنطقة الاستنزاف.
- الانحياز الأمامي والعكسي ومنحنى I–V.
- النموذج المثالي ونموذج CVD.
- مقوّم نصف موجة ومقوّم القنطرة.
أهلاً! أنا المعلمة Orieb G. اليوم نتعرف الثنائي، وهو صمام باتجاه واحد للتيار، ثم نبني به مقوّماً.
- هندسة كهربائية
- Electrical engineering
- مساق جامعي تمهيدي
- 10 مشهداً · 5 أسئلة
إلكترونيات 1: الثنائي Electronics 1: the PN-junction diode
وصلة PN، الانحياز الأمامي والعكسي، منحنى I–V، النموذج المثالي ونموذج الانخفاض الثابت (0.7 V Si)، مقوّم نصف موجة بمثال محلول، وفكرة مقوّم القنطرة.
ملاحظة: ملخص تمهيدي لموضوعات مساق جامعي، والمصطلحات بالإنجليزية كما تُدرَّس عادةً في الجامعات الأردنية. طابِقه مع مخطط المساق (syllabus) والمرجع المعتمد في جامعتك.
أهلاً بك! أنا المعلمة Orieb G.
وصلة PN junction
الطرف p هو المصعد (anode, A)، والطرف n هو المهبط (cathode, K). حاجز الجهد نحو 0.7 V للسيليكون ونحو 0.3 V للجرمانيوم.
نضع مادة p فيها فجوات بجانب مادة n فيها إلكترونات. تتكوّن بينهما منطقة استنزاف وحاجز جهد نحو 0.7 V في السيليكون.
الانحياز (Bias)
- انحياز أمامي (forward bias): V_A > V_K، يوصل عندما V_D ≈ 0.7 V (Si).
- انحياز عكسي (reverse bias): تيار تشبّع عكسي صغير جداً I_S حتى جهد الانهيار V_BR.
في الانحياز الأمامي يكون المصعد أعلى جهداً فيوصل الثنائي بعد نحو 0.7 V. في الانحياز العكسي يمر تيار صغير جداً حتى جهد الانهيار.
منحنى I–V للثنائي
I_D = I_S (e^(V_D / nV_T) − 1)
معادلة شوكلي (Shockley)؛ V_T ≈ 26 mV عند درجة حرارة الغرفة، وn بين 1 و2.
المنحنى أُسّي في الانحياز الأمامي: يبقى التيار صغيراً ثم يرتفع بحدة قرب 0.7 V. وفي العكسي يبقى قريباً من الصفر حتى الانهيار.
نماذج الثنائي (Diode models)
- مثالي (ideal): I = 5 ÷ 1 kΩ = 5 mA
- انخفاض ثابت (CVD): I = (5 − 0.7) ÷ 1 kΩ = 4.3 mA
النموذج المثالي يعدّ الثنائي الموصل سلكاً، ونموذج الانخفاض الثابت يطرح 0.7 V. مع 5 V و1 كيلو أوم: 5 mA أو 4.3 mA.
مقوّم نصف موجة (Half-wave rectifier)
في المقوّم نصف الموجة يمرر الثنائي النصف الموجب فقط، فيظهر على الحمل نبضات موجبة قمتها أقل من قمة الدخل بـ 0.7 V.
مثال محلول: مقوّم نصف موجة
Vₚ = 12 V، R_L = 1 kΩ، ثنائي سيليكون (نموذج CVD).
- V_o,peak = Vₚ − 0.7 = 11.3 V
- I_peak = 11.3 V ÷ 1 kΩ = 11.3 mA
- PIV = Vₚ = 12 V (في النصف السالب يكون الثنائي مقطوعاً)
- تردد الخرج = تردد الدخل (مثلاً 50 Hz)
إذا كانت قمة الدخل 12 V والحمل 1 كيلو أوم: قمة الخرج 11.3 V، وقمة التيار 11.3 mA، وأقصى جهد عكسي على الثنائي 12 V.
مقوّم موجة كاملة بالقنطرة (Full-wave bridge)
ثنائيان يوصلان في كل نصف موجة: V_o,peak = Vₚ − 2(0.7) = 12 − 1.4 = 10.6 V، وتردد الخرج ضعف تردد الدخل (100 Hz لدخل 50 Hz).
في مقوّم القنطرة يوصل ثنائيان في كل نصف موجة، فنطرح 1.4 V: من 12 V إلى 10.6 V، ويتضاعف تردد النبضات.
أخطاء شائعة
- ✗ طرح 0.7 V مرة واحدة في القنطرة. ✓ ثنائيان يوصلان: نطرح 1.4 V.
- ✗ الخلط بين القيمة الفعّالة والقمة. ✓ Vₚ = √2 × V_rms: 12 V rms ≈ 16.97 V peak.
- ✗ اتجاه رمز الثنائي. ✓ السهم يشير إلى اتجاه التيار الاصطلاحي من المصعد إلى المهبط.
- ✗ التيار العكسي = صفر تماماً. ✓ عملياً تيار صغير جداً I_S.
انتبه: القنطرة فيها ثنائيان موصلان لا واحد، والجهد الفعّال ليس القمة، والتيار العكسي صغير لكنه ليس صفراً تماماً.
الخلاصة
- الثنائي يوصل في الانحياز الأمامي بعد نحو 0.7 V (Si).
- نموذج CVD: V_D = 0.7 V عند التوصيل.
- نصف موجة: Vₚ − 0.7؛ قنطرة: Vₚ − 1.4.
رائع! الآن تعرف كيف يعمل الثنائي والمقوّم. جرّب الاختبار القصير على الموقع.
اختبر نفسك: إلكترونيات 1: الثنائي
فيديو المساق
دروس خصوصية · مدرسة وجامعة
احجز درساً مع عريب
فيزياء وكيمياء للصف العاشر والأول الثانوي والتوجيهي، ومواد جامعية من تخصصها: دوائر كهربائية 1، وإلكترونيات 1، وC++، وفيزياء 1 و2. الحصص عن بُعد أو حضورياً، والمواعيد والتفاصيل يُتفق عليها مباشرة.