12.8 : تبديل ترانزيستورات BJTs

يعد تبديل السلوك في الترانزستورات ثنائية القطب (BJTs) جانبًا أساسيًا يستخدم في الدوائر الإلكترونية المختلفة، خاصة لتطبيقات المنطق الرقمي مثل المفاتيح ومكبرات الصوت. في دائرة التبديل النموذجية، يتناوب BJT بين وضعي القطع والتشبع، بما يتوافق مع حالتي "إيقاف" و"تشغيل"، على التوالي، وبالتالي يتصرف مثل المفتاح المثالي.

وضع القطع (حالة "إيقاف التشغيل"): في هذه الحالة، تكون الوصلات بقاعدة الباعث وقاعدة المجمع متحيزة عكسيًا. يمنع الترانزستور تدفق التيار عبر أطرافه، مما يجعل الجهاز "متوقفًا" بشكل فعال. يُستخدم هذا الوضع عندما لا تكون هناك حاجة إلى إرسال إشارة، مما يحافظ على حالة طاقة منخفضة في الدائرة.

وضع التشبع (حالة "التشغيل"): على عكس وضع القطع، في حالة التشبع، يكون كلا الوصلين متحيزين للأمام. يسمح هذا الإعداد بأقصى تدفق للتيار من المجمع إلى الباعث. يتصرف BJT في هذا الوضع كمفتاح مغلق، مما يتيح نقل الإشارة بالكامل عبر الدائرة.

تبديل الديناميكيات: يتم تشغيل الانتقال بين حالتي "إيقاف التشغيل" و"التشغيل" عن طريق التغيير المفاجئ في جهد قاعدة الباعث، والذي يبدأ عادةً بواسطة نبض تيار دخل إيجابي. يعد سلوك تيار المجمع أثناء هذه التحولات أمرًا بالغ الأهمية للتبديل الفعال. يعتمد ذلك على تباين إجمالي شحنة حامل الأقلية الزائدة المخزنة في المنطقة الأساسية للترانزستور.

أثناء مرحلة التشغيل، إذا تجاوزت الشحنة الأساسية حدًا معينًا (يُشار إليه بـ Q_S)، يدخل BJT في وضع التشبع. على العكس من ذلك، خلال مرحلة إيقاف التشغيل، يظل تيار المجمع ثابتًا تقريبًا حتى تنخفض الشحنة المخزنة مرة أخرى إلى Q_S، مما يتسبب في عودة الترانزستور إلى الوضع النشط قبل أن يتناقص في النهاية نحو الصفر عندما يقترب من وضع القطع.

يعد فهم هذه التحولات وديناميكيات الشحن المرتبطة بها أمرًا ضروريًا لتصميم BJTs الفعال الذي يمكنه التبديل بسرعة بين الحالات مع الحد الأدنى من فقدان الأداء والطاقة.