#28 وصل البوابة بالمصدر: انحياز صفري لا يعني تيار مصرف صفريًا

تجد أدناه جميع الأسطر المكتوبة في الدفتر مع النص الكامل للشرح الصوتي.

1. 1. الهدف: نميز وصل البوابة بالمصدر عن قصر القناة

   هل وصل البوابة بالمصدر يطفئ العنصر أو يقصر القناة؟ ليس تلقائيًا

   السلك يحدد V_GS لا V_DS؛ نوجد الجهد ونفحص النموذج

   نص الشرح الصوتي

   نبدأ بالدائرة كاملة. تتصل البوابة مباشرة بالمصدر، وتكون هذه العقدة مؤرضة. هل يطفئ هذا السلك الترانزستور، أم يقصر القناة؟ لا نستنتج أيًا منهما تلقائيًا. يحدد السلك الجهد بين البوابة والمصدر، ولا يصل المصرف بالمصدر. مهمتنا إيجاد الجهد على موسفت الاستنزاف هذا والتحقق من صلاحية نموذج التيار الذي نستخدمه.

2. 2. الهدف: نميز وصل البوابة بالمصدر عن قصر القناة

   $\displaystyle V_{\mathrm{DD}}=20 V; R_{D}=1.5 k\Omega ; I_{\mathrm{DSS}}=10 \left[\mathrm{mA}\right]; V_{P}=-4 V$

   موسفت استنزاف؛ دون R_S أوR_G؛ البوابة والمصدر موصولان مباشرة

   نص الشرح الصوتي

   نقرأ القيم والتوصيلات الأصلية. التغذية عشرون فولت، ومقاومة المصرف واحد فاصلة خمسة كيلو أوم. آي دي إس إس عشرة ملي أمبير، وفي بي سالب أربعة فولت. الرمز لموسفت استنزاف بقناة إن، وقناته متصلة وجسمه مربوط بالمصدر. لا توجد في هذا المثال مقاومة مصدر ولا مقاومة بوابة. لا ننقل أيًا منهما من دائرة الانحياز الذاتي السابقة؛ فهنا يصل سلك مباشر البوابة بالمصدر.

3. 3. يحدد السلك جهد التحكم لا تيار المصرف مباشرة

   $\displaystyle V_{G}=V_{S} \to V_{\mathrm{GS}}=0 V$

   التوصيل يفرض التساوي حتى لو لم نختر العقدة أرضيًا

   نص الشرح الصوتي

   يجعل السلك المثالي طرفيه عند الجهد نفسه. لذلك يساوي جهد البوابة جهد المصدر. طرح جهد المصدر من جهد البوابة يعطي صفر فولت. عرفنا في جي إس مباشرة من التوصيل، فلا نحتاج إلى معادلة تربيعية لاكتشافه. وتأريض العقدة المشتركة يجعل جهديها صفرًا بالنسبة إلى الأرضي أيضًا. الحقيقة المهمة هي التساوي؛ فحتى دون اختيار الأرضي هناك، يفرض وصل البوابة بالمصدر جهدًا صفريًا بين الطرفين.

4. 4. في الانحياز الصفري تكون قناة الاستنزاف موجودة أصلًا

   عامل التشبع:

   $\displaystyle \left(1-\frac{0}{-4}\right)^{2}=1$

   التيار المرشّح:

   $\displaystyle I_{D}=I_{\mathrm{DSS}}=10 \left[\mathrm{mA}\right]$

   يبقى إثبات كفاية V_DS للتشبع

   نص الشرح الصوتي

   نعوّض بجهد البوابة إلى المصدر الصفري في معادلة التشبع التربيعية المثالية. صفر مقسومًا على سالب أربعة يساوي صفرًا. واحد ناقص صفر يساوي واحدًا، والعامل المربع يساوي واحدًا. لذلك يكون تيار المصرف المتوقع آي دي إس إس، أي عشرة ملي أمبير. هذا معنى معامل تيار الانحياز الصفري في النموذج. لكننا لم نثبت بعد أن جهد المصرف يكفي للتشبع. نعامل هذا التيار كحل مرشّح حتى يؤكد حساب جهود الدائرة الافتراض.

5. 5. في الانحياز الصفري تكون قناة الاستنزاف موجودة أصلًا

   القناة موصلة عند ⁦V_GS=0⁩؛ القطع عند ⁦−4 V⁩ لا الصفر

   إهمال تسرب البوابة لا يلغي تيار المصرف؛ ليس موسفت تعزيز

   نص الشرح الصوتي

   لماذا لا يكون التيار صفرًا؟ توجد في موسفت الاستنزاف قناة موصلة أصلًا عند جهد تحكم صفري. نحتاج إلى جهد بوابة إلى مصدر سالب بما يكفي لاستنزافها حتى القطع؛ والحد المعطى سالب أربعة فولت لا صفر. ونميز أيضًا تيار البوابة عن تيار المصرف. يجعل عازل البوابة تسربها المستمر مهملًا في النموذج المثالي، لكنه لا يزيل مسار التوصيل بين المصرف والمصدر. لا نطبق هنا فكرة الإطفاء عند الصفر الخاصة بموسفت التعزيز.

6. 6. نجد هبوط المقاومة ثم جهد الترانزستور

   $\displaystyle V_{\mathrm{RD}}=10 \left[\mathrm{mA}\right] \times 1.5 k\Omega =15 V$

   ⁦0.01 A × 1500 Ω⁩ تعطي النتيجة نفسها

   الهبوط ⁦15 V⁩ على المقاومة لا الترانزستور

   نص الشرح الصوتي

   نستخدم الآن التيار المرشّح في مقاومة المصرف. يعطي قانون أوم هبوط الجهد حاصل ضرب التيار في المقاومة. عشرة ملي أمبير في واحد فاصلة خمسة كيلو أوم يساوي خمسة عشر فولت. تختصر بادئتا ملي وكيلو بعضهما. وبالمثل يعطي صفر فاصلة صفر واحد أمبير في ألف وخمسمئة أوم الهبوط نفسه. هذه الخمسة عشر فولت على المقاومة لا على الترانزستور. يجب أن تتوزع تغذية الجهد على العنصرين في حلقة المصرف والمصدر.

7. 7. نجد هبوط المقاومة ثم جهد الترانزستور

   $\displaystyle V_{\mathrm{DS}}=20-15=5 V$

   هنا ⁦V_D=V_DS⁩ لأن ⁦V_S=0⁩؛ لا نعمم ذلك

   نص الشرح الصوتي

   نطبق قانون كيرشوف للجهد حول الحلقة. تغذية العشرين فولت تساوي هبوط المقاومة البالغ خمسة عشر فولت زائد جهد المصرف إلى المصدر. بعد طرح الهبوط تبقى خمسة فولت على الترانزستور. وبما أن المصدر مؤرض مباشرة في هذه الدائرة، يكون جهد المصرف إلى الأرضي خمسة فولت أيضًا. لا تتحقق هذه المساواة عمومًا إذا رفعت مقاومة المصدر جهده. نحافظ على وضوح المراجع حتى في الحساب القصير؛ في دي إس هو دائمًا جهد المصرف ناقص جهد المصدر.

8. 8. نفحص افتراض التشبع صراحة

   حد التشبع:

   $\displaystyle V_{\mathrm{GS}}-V_{P}=0-\left(-4\right)=4 V$

   ⁦5 V ≥ 4 V⁩؛ نقبل ⁦I_D=10 [mA]⁩ و⁦V_DS=5 V⁩

   مجال البوابة صحيح؛ نفترض حدود جهد وقدرة مناسبة

   نص الشرح الصوتي

   لا نتوقف عند جواب الخمسة فولت. يتطلب افتراض التشبع أن يكون في دي إس أكبر من أو مساويًا لفي جي إس ناقص في بي. صفر ناقص سالب أربعة يعطي حدًا مطلوبًا قدره أربعة فولت. توفر الدائرة خمسة فولت على الترانزستور، لذلك ينجح فحص التشبع. يمكننا الآن قبول عشرة ملي أمبير وخمسة فولت كنقطة تشغيل مثالية. وتضع العتبة السالبة جهد البوابة الصفري في مجال التوصيل أيضًا. تبقى حدود الانهيار والقدرة المناسبة افتراضًا عن العنصر الحقيقي.

9. 9. نفحص افتراض التشبع صراحة

   

   الحلقة: ⁦15 V + 5 V = 20 V⁩؛ النموذج والمنطقة متفقان

   وصل البوابة بالمصدر وحده لا يضمن I_DSS؛ التغذية وR_D مهمتان

   نص الشرح الصوتي

   تغلق حلقة الجهد: خمسة عشر فولت على المقاومة زائد خمسة فولت على الترانزستور يساوي عشرين فولت. يتفق التيار مع نموذج العنصر عند الانحياز الصفري، وقد نجح فحص التشبع. القيد المهم هو أن وصل البوابة بالمصدر وحده لا يضمن آي دي إس إس لكل تغذية ومقاومة مصرف. إذا لم توفر الدائرة جهدًا كافيًا بين المصرف والمصدر، يفشل افتراض التشبع ونحتاج إلى نموذج منطقة تشغيل أخرى. لقد فحصنا الشرط بدل افتراضه.

10. 10. الإجابة البسيطة تحتاج أيضًا إلى فحص فيزيائي

    خط الحمل:

    $\displaystyle I_{D}=\frac{V_{\mathrm{DD}}-V_{\mathrm{DS}}}{R_{D}}$

    فرع التشبع يبدأ عند ⁦4 V⁩؛ التقاطع (⁦5 V, 10 [mA])⁩

    تحت ⁦4 V⁩ لا نستخدم نموذج تيار التشبع الثابت

    نص الشرح الصوتي

    يقارن الرسم الدائرة بالعنصر دون تغيير المثال. يمثل خط الحمل البنفسجي التيار مساويًا للتغذية ناقص جهد الترانزستور ومقسومًا على مقاومة المصرف. يوضح الخط الأزرق تيار الانحياز الصفري المثالي، عشرة ملي أمبير، في التشبع فقط بدءًا من حد الأربعة فولت. يقع التقاطع عند خمسة فولت وعشرة ملي أمبير. المنطقة دون الحد مظللة لأننا لا نستخدم فيها نموذج تيار التشبع الثابت. يوضح الرسم أهمية فحص الجهد المتاح على الترانزستور.

11. 11. الإجابة البسيطة تحتاج أيضًا إلى فحص فيزيائي

    التوصيل ← نوع العنصر ← التيار المرشّح ← الجهد ← المنطقة

    الإجابة: ⁦V_GS=0⁩ و⁦I_D=10 [mA]⁩ و⁦V_DS=5 V⁩؛ ليس قصرًا للقناة

    نص الشرح الصوتي

    الطريقة الكاملة قصيرة لكنها منضبطة. نقرأ توصيل البوابة بالمصدر لتحديد جهد التحكم. نستخدم نموذج عنصر الاستنزاف الصحيح لإيجاد تيار مرشّح. نحسب هبوط مقاومة المصرف ونطرحه من التغذية ثم نفحص التشبع. لا نخلط تيار البوابة المهمل بتيار مصرف صفري، ولا نخلط وصل البوابة بالمصدر بقصر المصرف مع المصدر. في الدائرة المعطاة تتفق جميع الفحوص المثالية: جهد بوابة إلى مصدر صفري، وتيار مصرف عشرة ملي أمبير، وخمسة فولت على الترانزستور.

الفيديو المصدر: أساسيات الإلكترونيات #28 | موسفت الاستنزاف مع وصل البوابة بالمصدر (6:42)