ثنائي زينر في الإلكترونيات التناظرية على الطائرة

من المهم معرفة الأساسيات في علم الإلكترونيات، حتى نفهم دورها ومبدأ عملها في الطائرات والملاحة الجوية، هنا سنتعرف على ثنائيات زينر، حيث أنه مع زيادة الجهد يتم الوصول إلى جهد زينر، ليسمح الصمام الثنائي للتيار بالتدفق بحرية عبر الصمام الثنائي في الاتجاه الذي يتم حظره فيه.

الصمام الثنائي زينر

تم تصميم الصمام الثنائي ليكون قادرًا على التعامل مع جهد زينر والتيار الناتج، في حين أن جهد الانهيار يحرق الصمام الثنائي، كما يمكن استعمال الصمام الثنائي زينر كوسيلة لإسقاط الجهد أو تنظيمه، أيضًا يستخدم لتطبيق معين، ولكن فقط عند وجود شروط إدخال معينة، كما صُممت ثنائيات زينر للتعامل مع نطاق واسع من الفولتية.

الترانزستورات

في حين أن الثنائيات مفيدة جدًا في الدوائر الإلكترونية، يمكن استخدام أشباه الموصلات لبناء صمامات تحكم حقيقية تُعرف باسم الترانزستورات، والترانزستور هي من مواد أشباه موصلات من النوع N بين قطعتين من مادة أشباه الموصلات من النوع P أو العكس، ومع ذلك فإن الترانزستور يعرض بعض الخصائص، وهو اللبنة الأساسية لكل الأشياء الإلكترونية في عالم الطيران.

مثل الصمام الثلاثي للأنبوب المفرغ يحتوي الترانزستور على ثلاثة أقطاب أو أطراف، واحدة لكل من الطبقات الثلاث من مادة أشباه الموصلات، ويوجد الباعث والمجمع على السطح الخارجي لمادة أشباه الموصلات المحصورة، كما تُعرف مادة المركز بالقاعدة ويسمح التغيير في كمية صغيرة نسبيًا من الجهد المطبق على قاعدة الترانزستور بتدفق كمية كبيرة نسبيًا من التيار من المجمع إلى الباعث بهذه الطريقة، حيث يعمل الترانزستور كمفتاح بجهد دخل صغير يتحكم بكمية كبيرة من التيار.

يعد التحكم في كمية كبيرة من تدفق التيار بجهد إدخال مستقل صغير مفيدًا جدًا عند بناء الدوائر الإلكترونية، والترانزستورات هي اللبنات الأساسية التي تُصنع منها جميع الأجهزة الإلكترونية، بما في ذلك البوابات المنطقية التي تُستخدم لإنشاء شرائح المعالجات الدقيقة، ومع تطور تقنيات الإنتاج تقلص حجم الترانزستورات، حيث يمكن استخدام مئات الملايين وحتى المليارات من الترانزستورات لبناء شريحة واحدة مثل تلك التي تشغل جهاز الكمبيوتر الخاص بك وأجهزة إلكترونيات الطيران المختلفة.

مقومات التحكم بالسيليكون

لا يقتصر مزيج مواد أشباه الموصلات على ترانزستور من نوعين وثلاث طبقات فقط، بل من خلال إنشاء ترانزستور من أربع طبقات من الأنواع المتناوبة من مادة أشباه الموصلات (على سبيل المثال، PNPN أو NPNP)، كما يتم إنشاء صمام ثنائي أشباه الموصلات مختلف قليلاً، كما هو الحال في الصمام الثنائي المكون من طبقتين، يتم حظر تيار الدائرة أو السماح له بالتدفق عبر الصمام الثنائي في اتجاه واحد.

داخل الصمام الثنائي المكون من أربع طبقات، هناك ثلاث تقاطعات، حيث يمكن فهم سلوك الوصلات والصمام الثنائي المكون من أربع طبقات بالكامل من خلال اعتباره ترانزستورات ثلاثية الطبقات مترابطة، كما لا يتضمن سلوك الترانزستور أي تدفق للتيار حتى تتلقى المادة الأساسية جهدًا مطبقًا؛ لتضييق منطقة النضوب عند تقاطع القاعدة والباعث وتستقبل المواد الأساسية في نموذج ترانزستور الصمام الثنائي رباعي الطبقات شحنة من مجمع الترانزستور الآخر، وذلك مع عدم وجود وسيلة أخرى لتقليل أي من مناطق النضوب عند التقاطعات.

ويبدو أن التيار لا يتدفق في أي من الاتجاهين في هذا الجهاز، ومع ذلك إذا تم تطبيق جهد كبير للتحيز الأمامي، فإن الأنود أو الكاثود في مرحلة ما تنهار قدرته على منع التدفق، ليتدفق عندها التيار من خلال أي ترانزستور مشحون، ثم يقوم تيار المجمع بشحن قاعدة الترانزستور الآخر ويتدفق التيار عبر الجهاز بأكمله.

الصمام الثنائي من نوع Shockley

في حين أن الصمام الثنائي (Shockley) ذو الطبقات الأربع مفيد كجهاز تبديل، فإن التعديل الطفيف على تصميمه يخلق مقومًا للتحكم بالسيليكون (SCR)، ولإنشاء (SCR) وهو السيليكون المعدل للرقابة، تتم إضافة محطة إضافية تعرف باسم البوابة، حيث يوفر المزيد من التحكم والفائدة.

وفي بناء أشباه الموصلات المكون من أربع طبقات، يوجد دائمًا تقاطعان منحازان للأمام وواحد معكوس متحيز، كما تسمح المحطة المضافة بالتطبيق اللحظي للجهد على الوصلة المنحازة المعكوسة، ثم تصبح جميع الوصلات الثلاثة منحازة للأمام ويتدفق التيار عند الأنود عبر الجهاز، وبمجرد تطبيق الجهد على البوابة، يصبح (SCR) مغلقًا ويستمر التيار في التدفق من خلاله حتى ينخفض ​​المستوى بشكل كبير، عادةً إلى الصفر.

غالبًا ما تستخدم (SCR) في حالات الجهد العالي، مثل تبديل الطاقة وأدوات التحكم في الطور وشواحن البطاريات، ودوائر العاكس، كما يمكن استخدامها لإنتاج جهد متغير للتيار المستمر للمحركات وتوجد في إمدادات طاقة اللحام، وفي كثير من الأحيان تستخدم أنظمة خافت الإضاءة (SCR) لتقليل متوسط ​​الجهد المطبق على الأضواء من خلال السماح فقط بتدفق التيار أثناء جزء من دورة التيار المتردد، كما يتم التحكم في ذلك عن طريق التحكم في النبضات إلى بوابة (SCR) والقضاء على تبديد الحرارة الهائل الناتج عند استخدام المقاومات لتقليل الجهد.

ملاحظة: “SCR” اختصار لـ”silicon-controlled rectifier”.

شاهد أيضاً

أنواع الصمامات على الطائرة

تظهر الصمامات على الطائرة باستخدامات مختلفة، حيث إنها تتحكم بمرور الهواء والسوائل، بالإضافة لمرور الوقود …