 |
|
|
|
|||||
التعديل الأخير تم بواسطة : ahmed115 بتاريخ 28-02-2010 الساعة 05:28 PM |
| اعلانات |
|
|||||
|
دائرة المقاومة والملف
لماذا الملف – وهو قطعة من السلك – لا يتصرف كسلك عادى؟ أم السؤال معكوس و الأجدر أن نسأل هل السلك العادى يتصرف كملف مهما كان صغيرا؟ الإجابة هامة جدا حين نتعرض لفهم خطوط نقل القدرة وهو موضوع سلسلة مستقلة إن شاء الله لو نظرنا فى الرابط التالى سنجد رسم الملف و المجال المتولد من لفة واحدة و حول سلك واحد و كيف يقطع باقى اللفات  http://www.ndt-ed.org/EducationResou...inductance.htm لو فى حاجة لمراجعة المغناطيسية و المجال حول سلك الخ راجع نفس الموقع (الرابط التالى) لديهم منهج توضيحى مفيد http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu...indcon.html#c1 من المفيد أن نأخذ المسألة خطوة بخطوة – الإلكترونات تدخل أول لفة ، لا تنسى أن الإلكترونات تعبر من مجال ذرة لأخرى فتولد مجال مغناطيسى يعبر الفضاء حوله و يقطع باقى أجزاء السلك مولدا فيه جهد ، وبما أنه رد فعل فلابد أن يكون معاكس لذا يسمى جهد عكسى Back EMF وهو يعاكس الجهد الأساسى و التيار الناتج منه وهذا ما يسمى بالحث الذاتى. إذن الحث الذاتى خاصية لكل موصل سواء كان قطعة من سلك أو مقاومة أو مكثف أو كابل أو تراك (خط من النحاس) على بوردة  مما سبق نرى أن التيار لا يتمكن من الزيادة فجأة كما فى المكثف لا يمكن أن يزيد الجهد فجأة المكثف كما قلنا أنه سعة مثل خزان لا يمكن ملؤه فجأة والملف كالنابض (السوستة) لا يمكن ضغطها فجأة لا بد من زمن لقطع مسافة الضغط لهذا فلو وصلنا مقاومة مع الملف سيسلك التيار فى الملف نفس سلوك الفولت فى المكثف و بالتفصيل و القوانين فى الرابط التالى http://en.wikipedia.org/wiki/RL_circuit قبل أن نغادر هذا المجال نريد توضيح بعض السلوك – ربما غير المتوقع قلنا أن المكثف يشحن تدريجيا و يحتاج زمن لاكتمال الشحن و العامل الحاسم هنا هو المقاومة (لو فرضنا مكثف ما) ماذا يحدث لو أصبحت المقاومة = صفرا؟ أعلم أنه لا توجد مقاومة = صفرا ولكن قطعة من السلك (قصر) مقاومته = مللى أوم أو ميكرو أوم هيه - إذن لو كان المكثف مشحونا كالمثال السابق 10 فولت هل يسبب مثلا على ما تقول فى حال القصر مليون أمبير؟ الحمد لله أن لهذه القطعة من السلك حث ذاتى قد يؤخر نمو التيار ولو لميكرو ثانية قد تكفى لتفريغ المكثف لهذا لو أخذت مكثف 1- 10 ميكرو مثلا لن يحدث مشكله أثناء تفريغه لكن لو كان 10000 ميكرو سترى له شرارة صغيرة، ولو أكبر والجهد أعلى قد يسبب التفريغ باستخدام مفك مثلا لحام المفك بطرف المكثف وهذا الخطر يجب أن نحذره فى الدوائر الإلكترونية لأن مكثف 1000 ميكرو قد لا يسبب شرارة ترى ولكن بالتأكيد يتلف ترانزيستور لو تم التفريغ خلاله. هذا عن المكثف – ماذا عن الملف ! نفس الكلام فقط نستبدل التيار بالجهد و القصر بالقطع فهما متعاكسان لو أن التيار يمر فى ملف و يساوى مثلا أمبير واحد – ثم قطعنا التيار فجأة ، سيتوقف الإمداد بالتيار و يحاول المجال الذى مازال يولد الجهد العكسى فى توليده – إذن سيتولد جهد على أطراف الملف لا بد له أن يمر كما حمدنا الله أن فى حال المكثف لقطعة السلك لها حث – نحمده الآن لأن بين أطراف الملف سعة فضلا على أن الهواء ليس عازلا مثاليا فعند بدء القطع ستكون المسافة ميكرو مترية يستطيع الجهد المتولد أن يعبرها فارضا تيارا معكوسا يفرغ هذا المجال الذى بنى حوله أيضا لو كبر هذا الملف بالقدر الكافى قد تكون الشرارة مدمرة فهى تفرغ التيار فى مصابيح الفلوريسنت وهى السبب أن كل المفاتيح التى تتحكم فى موتورات تتعرض للشرار، بدء من موتور الخلاط وانتهاء بمحول الضغط العالى على أكبر محطة توليد و بدون أن يكون كبيرا بالقدر الذى نظن – يكفى ملف تشغيل الريلاى يولد جهدا يكفى لتدمير الترانزيستور الذى يشغله مبدأ عام فى كلاهما – ما يخزن عند البدء يفرغ لاحقا. شحنة المكثف أو مجال الملف الملف و المكثف متعاكسان هل لو وصلناهما معا يلغى كل منهما الآخر؟ دوائر الرنين موضوع الحلقة القادمة إن شاء الله |
| اعلانات اضافية ( قم بتسجيل الدخول لاخفائها ) | |
|
|
|
|||||
|
دوائر الرنين
الرنين ظاهرة معروفة فى حياتنا عندما يتوفر شيئين يلغى تأثير أحدهما الأخر فتكون حالة تساوى الشيئين هى حالة رنين. خواص حالة الرنين أنها تعمل عمل أشبه بالمكبر أو المعزز Booster وان كان هذا التشبيه خطأ ولكن يلجأ إليه المفسرون باعتبار أنه فجأة يختفى المجهود و يبدو أن الشىء يتصرف ذاتيا مثلا فى الميكانيكا الكتلة و الزنبرك حيث الكتلة توفر عزم القصور الذاتى أى تختزن الطاقة إن شئت أن تحركها و تعوقك إن شئت أن توقفها مثل الملف يعيق إدخال التيار إليه و بعد أن يمر يعيق إنقاصه – الزنبرك يخزن الطاقة فى صورة ضغط أشبه بالمكثف الذى تخزن الطاقة فى صورة ضغط (كلاهما قوة دافعة كهربية أو ميكانيكية) عند تساوى القوتين يحدث الرنين حيث أقل قوة تعطى أكبر حركة و مثال الكوبرى الذى دمر من رتابة خطوة المشاة معروفة – أيضا الرنين فى الأصوات وغيرها. هذا الرابط يعطى تمثيلا بالصور على هذه الظاهرة http://www.greenandwhite.net/~chbut/lc_oscillator.htm كلنا نذكر توصيل المكثف بالبطارية ثم توصيل المكثف بالملف و تذبذب الطاقة بين المجال المغناطيسى فى الملف و الشحنة الكهربية فى المكثف ، و كيف أنها بدلا من الاستمرار لمالا نهاية ، تضمحل لأن بعض خطوط القوى المغناطيسية تفقد من الملف و العازل فى المكثف ليس مثاليا و السلك له مقاومة وإن صغرت طبعا كلنا نعلم التردد = 1 ÷ ( 2 × ط × جذر (ل×س)  والمعادلة فى الموقع التالى http://en.wikipedia.org/wiki/LC_circuit وعند حساب مقاومة السلك http://en.wikipedia.org/wiki/RLC_circuit الموقع التالى يقدم لك حسابات و رسم المنحنيات http://www.walter-fendt.de/ph11e/osccirc.htm لكن هل هى متصلة على التوالى أم التوازى؟ توازى طبعا أليس الملف متصل بالمكثف؟ مهلا الإجابة ليست بهذه السهولة – بدون مصدر تغذية لا يمكن الحكم! كيف؟ التيار يتبادل بينهما و الجهد واقع عليهما لكن لا نعرف كيف نحكم. إن كان المصدر على التوازى معهما كانت الدائرة – توازى وإن كان المصدر على التوالى معهما كانت الدائرة – توالى وهذا يشكل فارق أساسى قد تتوقف الدائرة بسببه عن العمل كيف هذا؟!! دائرة رنين التوازى:  فى دائرة التوازى ،كما نعلم، لو كان المصدر هو مصدر جهد ثابت ، إذن ستكون مقاومته الداخلية = صفرا أو أصغر ما يمكن إذن لو غيرنا التردد من صفر – عبر الرنين – إلى أعلى ما يمكن (مالا نهاية) لن نجد فارق ، وهذا يتعارض مع أداء الدائرة التى نستخدمها فى فصل الترددات، أيضا - هناك نقطة أخرى أخطر وهى التيار الخارج من الملف ، هل يجد أفضل له أن يسير نحو المكثف أم يفرغ فى القصر الذى يفرضه المصدر؟ المصدر يضع قصرا على أطراف الدائرة و يلغى عملها لذا يجب وضعها مع مصدر تيار ثابت أو ذو مقاومة داخلية عالية لذا تجدها دائما مع ترانزيستور حيث يمثل المصدر المناسب فى دوائر المذبذبات. أما عموما فتستخدم حيث تريد معاوقة (مقاومة) كبيرة عند التردد المعنى – و أقول المعنى و ليس المراد لأننا قد نريد التخلص منه فنمنع دخوله – الرابط التالى به معلومات أخرى http://www.play-hookey.com/ac_theory..._parallel.html نلاحظ من دائرة الرنين أن جهد المنبع = جهد الملف = جهد المكثف ولكن بما أن التيار هنا يتبادل بين الملف و المكثف و عند الرنين لا يأتى من المصدر، إذن نلاحظ أن التيار فى كل منهما عالى جدا وهو يساوى Q من المرات أو سمها "ج" من المرات ما يأتى من المصدر. ج رمز لجودة الدائرة وهى Q رمز Quality Factor ما الذى يجعله أكبر أو أقل؟ حسنا لو رجعنا للدائرة المرسومة نعرف أن الطاقة متبادلة بين الملف والمكثف و لو لم تفقد لكان تيار المصدر = صفر ولكن تياره يعوض الفقد فى دائرة الرنين وهو أساسا من ثلاث أسباب 1- مقاومة الملف الأومية وهى تفقد التيار فى صورة حرارة 2- فقد التسريب فى المكثف و باستخدام مكثفات ذات جودة عالية نقلل منه 3- فقد المجال المغناطيسى من واقع أن ليس كل المجال المتولد يبقى فى اللفات ولكنه يشع حولها ويمكن باستخدام قلب من مادة مغناطيسية مثل الفرايت ووضع عازل حوله تقليل هذا الفقد. أكثرها تأثيرا هو مقاومة السلك وهو الذى يؤثر مباشرة على استجابة الدائرة ولهذا سميت النسبة السابقة Q أو ج معامل الجودة ج = 2 ط ل / م حيث ط =3.14 و الحث ل و المقاومة م L / rω Q= حيث ω = 2  FL = coil inductance R coil's wire resistance المدى الذى تؤثر فيه دائرة الرنين كسائر المكبرات و الدوائر التى حسبنا لها نطاق ترددى تبنى على نظرية نصف الطاقة أى حيث يقل الجهد إلى 0.707 أو جذر2 من القيمة العظمى كما بالرسم وهو يتراوح بين قيمة صغرى و أخرى عظمى و تقل كثيرا خارجها هذا النطاق الترددى = تردد الرنين ÷ معامل الجودة ج ∆f = خارج قسمة Fo على Q حيث ∆f هو النطاق الترددى ، fo تردد الرنين من معادلة الرنين أن التردد = 1 ÷ 2ط جذر ل س وأيضا حيث ω = 2 Fω = 2 F = 1/جذر ل سبالتعويض فى معامل الجودة ج سنجد أن كلما زاد التردد قلت قيمة معامل الجودة وبالتالى لا نستطيع الحصول على ترددات ثابتة بسهولة الآن لكى نحسب دائرة رنين توازى كحمل فى مكبر أو أى دائرة أخرى نجد أنها المقاومة = ج × م حيث ج معامل الجودة و م مقاومة سلك الملف عند هذا التردد. R=Q * r هيه وما الفرق ، ألن تستمر فى الرنين و مقاومتها عند الرنين أعلى من الباقى؟ أجل ولكن سنحصل على انتقائية أقل – ماذا؟ سيكون فرق المقاومة بين ما نريد عند الرنين و خارج الرنين فرق صغير = Q من المرات و سيمر أكثر من تردد أيضا و بارتفاع التردد تزداد قيمة fo بينما تقل Q و بالتالى يتسع النطاق لذلك في أجهزة الاستقبال يعتمد دوما على تحويل التردد لآخر منخفض لتحسين الانتقاء لنتخيل معا – هل فتحت يوما تيونر (منتخب القنوات) لتلفاز من النوع القديم (يسمى دوار أو قلاب) ستجد داخلة قرصين الأول مثبت عليه ملفات اختيار القناة و الثانى ملفات المذبذب المحلى و هو يختار القنوات 2 إلى 12 ،2-3-4 ذات تردد منخفض حوالى 50 ميجا ولكن من 5 إلى 12 تردداتها أعلى من 120 ميجا – لذا ملفاتها عبارة عن نصف لفة قطرها قرابة 5 مم فقط أما قنوات التردد فوق العالى فتغيرت التقنية تماما و فى ترددات المايكرو ويف نلجأ لتقنية ثالثة وهى الفجوات الرنانة حسنا ماذا عن خارج تردد الرنين؟ بالطبع سنجد أن المعاوقة تقل حتى تصل تقريبا صفر عند تردد صفر و  (مالا نهاية)إذن ما يكون قصر عند تردد صفر هو الملف، أى أن دائرة رنين التوازى تحت الرنين تكافئ حث تقل معاوقته تدريجا أما أعلى من تردد الرنين فما يجعل المعاوقة = صفر عند تردد هو المكثف إذندائرة رنين التوازى فوق الرنين تكافئ سعة تقل معاوقتها تدريجا دائرة التوالى الموضوع القادم إن شاء الله |
|
|||||
|
دائرة رنين التوالى
دائرة رنين التوالى: ماذا لو وضعنا المصدر على التوالى و أصبح لدينا دائرة توالى؟! ببساطة لو وضعنا نفس المصدر السابق – مصدر تيار ذو معاوقة كبيرة – لن "يرى" كل من الملف والمكثف الآخر فسيعزل المصدر بينهما و لن يكون لدينا دائرة رنين .  لذا وجب أن نستخدم مصدر ذو مقاومة داخلية = صفرا أو أقل ما يمكن وهو مصدر جهد ثابت عند الرنين كما عرفنا سابقا يتبادل المكثف و الملف الطاقة و طبعا يتسبب ذلك فى زيادة التيار زيادة كبيرة – لكن هناك كانت تمر خارج المصدر (توازى) أما هنا فستمر داخله – لذا وجب أن تكون مقاومته صغيرة لذا عند الرنين يلاشى كل من الملف والمكثف الأخر و تصبح المقاومة = مقاومة السلك فقط http://www.play-hookey.com/ac_theory/ac_lc_series.html لذا تستخدم عندما نريد مقاومة صغيرة عند التردد المعنى. أفضل استخداماتها فى المرشحات لو لاحظنا الأداء سنجد تماثلا مع دائرة التوازى إلا أن الاختلاف نتج من حقيقة أين ننظر لها ، هل من خارجها موازيين لها أم من داخلها. لذا فنفس قوانين الرنين ومعامل الجودة مطبقة فقط ندرك أن المقاومة عند الرنين ستكون صفر أو أصغر ما يمكن و من الحوار السابق فى رنين التوازى ندرك أنها ستكون قيمة مقاومة سلك الملف عند هذا التردد. أيضا النطاق الترددى مبنى على 0.707 من القيمة الصغرى ونفس القانون. الآن نفس تيار المصدر يمر فى كل من الملف والمكثف، لكن الجهد هنا أحدهما يسبق بقيمة 90 درجة و الآخر يتأخر بمقدار 90 درجة مما يجعل مجموعهما = صفر لكن لكل منهما قيمة = حصل ضرب معامل الجودة فى جهد المصدر. ربما كان لديك دائرة رنين توالى تعمل على تغذية 15 فولت و كان المكثف 200 فولت ثم استبدلته بآخر 50 ظنا أنه أعلى من التغذية بكثير ولكنه لم يحتمل. السبب أن معامل الجودة 20 و المصدر (المهتز) يعطى 5 فولت و علية سيكون على المكثف جهد = 20 × 5 = 100 فولت. مفاجئة!!!! عند الرنين كما علمنا وتوقعنا الدائرة تكافئ مقاومة لكن عند تردد و تردد صفر المعاوقة تكاد تكون مالا نهاية أيضا، و عند تردد صفر المكثف هو ما يجعل دائرتها مفتوحة إذندائرة رنين التوالى تحت الرنين تكافئ سعة تزيد معاوقتها تدريجا أما فوق الرنين فالملف هو ما يجعل معاوقتها تزيد إذن دائرة رنين التوالى فوق الرنين تكافئ حث تزيد معاوقته تدريجا هيه تقول مقاومة الرنين – أين الملف والمكثف؟ كما علمنا أن عند تردد الرنين يلاشى كل من الملف والمكثف بعضهما البعض و تبقى مقاومة السلك و ما قصة مقاومة سلك الملف عند التردد المعنى؟؟ مقاومة السلك كما نعلم تعتمد على الطول و المادة و مساحة المقطع هناك ظاهرة تسمى تأثير السطح Skin Effect وهى أن التيار المستمر يعبر السلك فى كامل مساحة مقطعة، لكن عند ظهور تردد ، هذا لحظيا يجعل المجال المغناطيسى يزداد و يتقلص مولدا تيارات تأثيرية معارضة تقلل من التيار المار فى منتصف السلك وهذا يسبب تقليل مساحة المقطع الفعلية. هل سألت نفسك مرة لماذا كل هوائيات التلفاز تصنع من مواسير من الألمونيوم و ليست قضبان ؟ لأن مادة القلب فعلا لا يمر فيها تيار. كلما ارتفع التردد قل سمك الطبقة التى يمر فيها التيار حتى أنك تجد من المنحنيات المقابلة عند تردد 1 ميجا سيكون سمك الطبقة من النحاس التى يمر فيها التيار أقل من 0.1 مم  رابط لحاسبة تحسب لك سمك هذه الخاصية http://daycounter.com/Calculators/Sk...lculator.phtml http://www.microwaves101.com/encyclopedia/calsdepth.cfm http://www.calculatoredge.com/electr...n%20effect.htm المرة القادمة إن شاء الله نحلل الدوائر الأكثر تعقيدا. |
|
|||||
|
نظرية ثيفينن Thevenin’s theorem
نظرية ثيفينن Thevenin’s theorem بالطبع ستسألنى "لقد تعلمت فى الإنجليزية أن نظرية تعنى Theory وهى كذلك دوما إلا فى ثيفينن، لماذا؟ " هل لأنه أسماها هكذا؟؟ كلمة Theory تعنى نظريه وهى لم ترتقى بعد لمرتبة القانون و يمكن دحضها و مناقشتها و إثبات صوابها أو خطؤها أو الاثنان معا فهى من وجهة نظر صائبة و من وجهة نظر أخرى خاطئة. و مقابلها "قانون". أما كلمة theorem فهى تعنى تناول حقيقة علمية عملية من الجانب النظرى لها وهى صحيحة لكونها مبنية على قانون أو مجموعة قوانين، وهى مثبت صحتها ولا تدحض. و مقابلها هو التناول العملى المعملى للقضية. وللأسف ليس لها ترجمة بالعربية. كل ما يخص هذه النظرية يتصل بالعناصر الخطية فقط مثل المقاومات والمكثفات والملفات ولو لدى دائرة بها ثنائى أو ترانزيستور مثلا ماذا أفعل؟!! هناك ثلاث حلول لهذه المسألة، 1- نعتبر تطبيق القوانين فى نطاق التغيير المحدود حيث يمكن اعتبار هذا العنصر خلالها خطيا 2- نرفع العنصر إن أمكن و نستبدل الدائرة بمكافئها. 3- أخيرا نستبدل العنصر بدائرة تماثل أو تقارب استجابة العنصر، مثلا الثنائى يمثل بمقاومة كبيرة تحت 0.6 فولت و أخرى صغيرة فوق 0.6 فولت ولا مانع من وضع ثنائيات مثالية تكون إما قصر أو مفتوح. القاعدة الأولى هى تحويل مصدر الجهد لمصدر تيار والعكس  فى هذا الرسم نجد أن المصدر المثالى له مقاومة = صفر مما يجعل التيار وهذا يجعل التطبيق مستحيل لأنه سيستخدم علاقات مثل 0 × = ؟ ، ولهذا نستخدم المصادر العملية المتواجدة فى الطبيعة.هذا الرسم يوضح القاعدة الأولى وهى أن مصدر الجهد الثابت (سواء مستمر أم متردد) يمكن أن يستبدل بمصدر تيار ثابت، قيمته تساوى قيمة تيار القصر Short Circuit current لمصدر الجهد و على التوازى معه مقاومة تساوى مقاومة مصدر الجهد الداخلية. أى أن التيار = الفولت ÷ المقاومة والعكس بالعكس. أى أن مصدر الجهد = التيار × المقاومة. نلاحظ أن كلتا الدائرتين لهما نفس المقاومة المكافئة بين الطرفين فلأن مصدر التيار مقاومته تكون المقاومة بين الطرفين هى R و مصدر الجهد الثابت مقاومته الداخلية = 0 إذن المقاومة بين الطرفين أيضا هى Rيمكننا أن نستغل هذا التحويل لإيجاد مكافئ لدائرة معقدة حيث نبدأ بمصدر الجهد و نجمع مع مقاومته الداخلية كل المقاومات على التوالى ثم نحوله لمصدر تيار لنجمع المقاومات على التوازى ثم عودة للتوالى ثم التوازى وهكذا. غالبية الدوائر تحتوى أكثر من مصدر لذا يصعب إتباع هذا النهج دوما وهو ما يقودنا للقانون الثانى.  قانون ثيفينن الثانى يقول أنه فى أى دائرة يكون التيار المار فى أى فرع مساويا مجموع التيارات الناتجة من كل مصدر على حده باعتبار استبدال باقى المصادر بمكافئاتها. وهذا بديهى، فلو شخص ما يعانى وهو يحاول دفع عربة مثلا ، ستقول أحضروا شخصا يساعده، أى أنك تقر أن تأثير الاثنان هو مجموع تأثير الأول مع تأثير الثانى وهذا ما قاله ثيفينن فى التيار. مثلا فى الدائرة السابقة يكون التيار المار مثلا فى Rld مساويا مجموع التيار الناتج من V1 مع استبدال V2 بقصر كما بالرسم و التيار الناتج من V2 مع استبدال V1 بقصر كما بالرسم. حسنا وماذا عن الفولت؟؟ نفس القاعدة مطبقة عن الفولت. لمعرفة ماذا يواجه الحمل Rld يمكننا أن نرفع الحمل من الدائرة و نحسب الجهد الموجود على أطرافه، ثم ننظر من خلال أطراف الحمل لباقى الدائرة بعد استبدال المصادر بمكافئاتها من المقاومات كما يلى  لنحسب الجهد الناتج من المصدر الأول سيكون 60 × 40 / (40+20) ف 1 = 60 × 40 / 60 = 40 فولت وهو مرسوم فى دائرة المحصلة. ف2 = 30 × 20 / (20+40) = 30 × 20 / 60 = 10 فولت إذن المحصلة = 40 فولت + 10 فولت. لو المصدرين من نفس النوع يمكننا القول = 50 فولت و هنا استخدمت مصدر مستمر و آخر متردد لتوضيح فكرة الجمع والإضافة. لحساب المقاومة المكافئة سنضع قصرا على المصدرين فنجد أن المكافئ هو R1 بين الطرف العلوى و السفلى جهة V1 على التوازى مع R2 بين الطرف العلوى و السفلى من جهة V2 و لكن R3 ستكون بين الأرضى من جهة V1 والأرضى من جهة V2 أى كما أن عليها قصر. ولو نظرت للدائرة الأساسية، ستجد فعلا أن R3 ل دخل لها فى الحمل إطلاقا. و من ثم 20//40 = 13.33 وهذا هو المكافئ و بتوصيل الحمل نحسب ما نريد. بهذه القواعد نستطيع تبسيط أى دائرة معقدة لدائرة بسيطة يسهل التعامل معها. أشباه الموصلات موضوع الحلقة القادمة إن شاء الله |
|
|||||
|
أشباه الموصلات Semi-Conductors
أشباه الموصلات Semi-Conductors تنقسم المواد إلى مواد موصلة وهى ذات مقاومة نوعية ρ أقل من حد معين و مواد عازلة ذات مقاومة نوعية ρ أعلى من قيمة معينة و بينهما منطقة حيث ρ فيها لا تناسب التوصيل ولا العزل ، لذا تسمى أشباه الموصلات. لا استخدم تعبير "أنصاف الموصلات" لأن النصف عدد ذو قيمة و موصل له نصف توصيل النحاس سيظل موصلا أيضا. ماذا يكون التعريف الأنسب إذن؟ لو نأخذ التقسيم السابق من حيث التركيب الذرى سنحدد تعريفا جيدا لأشباه الموصلات. ما يلى بالغ الأهمية لفهم أشباه الموصلات بأنواعها لأن الكثير يخلط بين النوع س أو N وكونه سالب أو متعادل و بالمثل فى النوع م أو P . تتركب المواد من جزيئات تحتوى ذرات. كل ذرة تتركب من نواه بها عدد من البروتونات الموجبة والنيوترونات المتعادلة ، عدد البروتونات يحدد العنصر و خواصه إذ لا يوجد عنصرين لهما نفس العدد. عدد البروتونات يمثل شحنة موجبة، ولابد لهذه الشحنة من أن تتعادل فتجذب إليها إلكترونات سالبة تدور فى مسارات حول النواة و كل مسار له عدد محدد من الإلكترونات لا يتغير ما عدا المدار الأخير الأبعد عن النواة. هذا المدار الأخير يتسع لثمانى الكترونات فقط ولكن عدد البروتونات قد لا يجذب ما يكفى لإكمال هذا المدار الأخير، هذا الوضع يخلق حالة عدم استقرار للنوة، تريد إكمال المدار الخارجى ليحتوى ثمانية الكترونات ولا تريد زيادة الشحنة السالبة عن الشحنة الموجبة، ولم يخلق الله الكترونات متعادلة!! إذن ما الحل؟ الحل أن ترتبط الذرات معا ، كيف ؟!! حسنا لننظر للتركيب المدار الأخير يريد ثمان الكترونات لهذا فالرقم السحري هو نصفه أى 4 ما هذا الرقم السحرى؟  ترتبط الذرة مع الأربع ذرات المحيطة معا بحيث كل إلكترون من هذه الذرة يرتبط مع إلكترون من ذرة مجاورة فكأنهما يدوران فى فلك هذه الذرة معا وتلك الذرة معا فتكون كل الذرات كما لو أن مدارها الخارجى مكتمل بثمانى الكترونات. نلاحظ هنا نوعين من الارتباط ارتباط كيمائى وهو التكافؤ الرباعى واكتماله بتحقيق 8 الكترونات فى المدار الخارجى. ارتباط كهربى و تحققه بأن عدد الإلكترونات مساوى لعدد البروتونات ولا توجد شحنات زائدة. نتيجة الارتباط الوثيق بين الإلكترونات و النواة، لا نجد كثير من الإلكترونات الحرة وهى التى تسبب مرور التيار. من أمثلتها الكربون النقى و الجرمانيوم النقى و السليكون النقى. ماذا نفعل إذن لنزيد التوصيل؟ الحل ببساطة أن نضيف قليلا من الشوائب، ولا نقصد مواد رديئة ولكن نقصد عناصر أخرى. آه ، إذن هذه العناصر هى التى توصل التيار فى المادة شبه الموصلة!! لا. ولماذا إذن هذا العذاب ولدينا الأفضل مثل النحاس والمعادن كلها. الفكرة أننا لا نسعى للتوصيل ولكن نسعى لخلق اختلال فى التكوين يهيئ لنا أن نستغله فى هذا العالم الكبير – عالم أشباه الموصلات. لو وضعنا قليلا من عنصر خماسى التكافؤ – هذا يعنى أن لمداره الخارجى خمسة إلكترونات. إذن ستشترك أربع منها مع ذرات السيلكون كما سبق ويبقى الخامس بدون ارتباط. لاحظ هنا الاختلال الحادث ، هذا الإلكترون لا يمكنه البقاء لأن لا ارتباط له مع ذرة مجاورة . حسنا ليمضى لحال سبيله!!  إلى أين يمضى وهو مقيد بالبروتون الموجب المناظر له فى ذرته! موقف غريب قليلا ولكنه ذو فائدة جليلة. هذا الإلكترون حر الحركة لكن يجب أن يأتى بديله حتى تتعادل شحنات الذرات وهكذا يكون لدينا إمكانية نقل التيار بهذه الإلكترونات الحرة و لهذا سميت المادة "سالبة" وإن كانت ليست سالبة الجهد أو الشحنة ولكن ما ينقل التيار فيها هو الإلكترونات السالبة. تذكر هذا جيدا أن المادة متعادلة كهربيا ولكن بها إلكترونات حرة كثيرة قابلة للحركة. أى أن الوسيط لنقل التيار هو إلكترونات سالبة الشحنة. الآن ماذا لو وضعنا مادة ثلاثية التكافؤ؟ تذكر أن ثلاثية التكافؤ تعنى مدارها الخارجى يحتوى ثلاث ذرات. نفس القضية إلا أن لدينا الآن ثلاث الكترونات فقط وهذا سيخلق وضعا غريبا أيضا . ترتبط الإلكترونات الثلاث بثلاث ذرات مجاورة والرابعة لن تجد إلكترون يحقق لها رابطة التكافؤ. ولكن التعادل الكهربى محقق.  هذا سيخلق نقصا أو فجوة أو مكان يمكن لأى إلكترون عابر أن يسقط فيه ليحقق رابط التكافؤ ولكن، عند حدوث هذا سيختل التعادل الكهربى و تصبح الشحنات السالبة أكثر من الموجبة، لهذا يمكن لهذا الإلكترون أن يلفظ منتقلا إلى ذرة مجاورة بها فجوة أيضا وهو ما يبدو كأن الفجوة انتقلت فى الجهة المضادة ، و أؤكد هنا ما يبدو لأن من انتقل فعليا هو الإلكترون وهو الجسيم ذو الكتلة وهو الذى يمكن أن يوجد فى حالة منفصلة و يتحرك فى الفراغ لكن لا يوجد جسم اسمه فجوة ولا يوجد فى الفراغ ولا يوجد خارج هذا التكوين الذرى. لتسهيل الحوار اعتبر العلماء أن الفجوة موجبة لكونها تجذب إلكترون سالب و هى تتحرك عكس الإلكترون أخذا فى الاعتبار أن التفصيل الدقيق تم فهمة و سميت المادة موجبة م P على اعتبار أن الفجوات هى ناقل التيار مجازا. المسألة أشبه عندما نبيع عقار عليه دين بقولك انتقل الدين من س إلى ص بينما فى الحقيقة ما انتقل هو المال من ص إلى س. مما سبق نستخلص حقيقة أن دوما انتقال التيار فى المادة س أو N أسرع من انتقاله فى المادة م أو P والسبب أن انتقال الإلكترون مباشرة من ذرة لأخرى دوما سيكون أسرع من انتقال الفجوة والرسم المقابل يشرح لماذا.  هل ستجد حركة الإلكترون بالطريقة العليا أسرع أم انتقاله للفجوة ثم انتقال التالى للفجوة الجديدة ثم التالى فالتالى!! الآن ماذا يحدث لو التحمت وصلتان م و س أو P,N معا؟ هذا موضوع المرة القادمة إن شاء الله |
|
|||||
|
|
|
|||||
|
|
