ملتقى الفيزيائيين العرب - مجموعة اسئلة عن الصمامات

[QUOTE=غايات;578533][SIZE="4"][COLOR="Navy"][COLOR="DarkSlateBlue"]عندي أسئلة في درس الصمامات

أول سؤال .. تنبعث الالكترونات من المهبط بفعل تسخينه أو توصيله بجهد عالي كيف يتم تسخينه ومامعنى توصيله بجهد عالي ؟؟

تسخين المهبط بفتيلة توضع أسفله،،،،عند تسخين المهبط تنبعث منه الإلكترونات ونظرا لأن الصمام مفرغ من الهواء فإن الإلكترونات تتحرك بحرية داخله ونظرا لوجود فرق في الجهد بين المصعد والمهبط فإن الإلكترونات المنطلقة من المهبط تنجذب نحو المصعد.
فرق الجهد يعني فولت اي معناه نوصله ببطارية

ثاني سؤال .. التيار المتردد القادم من المولد الذي يقوم الصمام بتقويمه ؟؟ لماذا يجب تقويمه ؟؟ وما علاقة حديثنا عن تقويم التيار بالانبعاث الثيرموأيوني وماهو وجه الربط؟؟

المقصود بتقويم التيار المتناوب هو جعل التيار يمر في اتجاه واحد فقط
( إما موجب أو سالب)،،،
تقويم التيار المتناوب أي تحويل التيار الكهربائي المتناوب إلى تيار مقوّم .

ثالث سؤال .. وظائف الصمام الثنائي كما ورد في سلسلة المساعد 5 وظائف ماتم شرحه للطالبات اثنان وهما مرور التيار في اتجاه واحد وتقويم التيار المتناوب أما بقية الوظائف فأجد صعوبة في شرحها فكيف يتم توصيلها للطالبات وهي :ضبط التيار بالتحكم في فرق الجهد _الكشف عن الذبذبات_تضخيم التيارات ودمجها والفصل بينها

اولا ُ: ضبط التيار بالتحكم في فرق الجهد (الإشارات الإلكترونية الضرورية لتشغيل الأجهزة)
الصِمَام المفرَّغ Vacuum tube نبيطة تُستخدم في المعدات الإلكترونية مثل أجهزة المذياع والتلفاز والحواسيب. يتحكم الصمام المفرغ في التيارات الكهربائية، أو ما يسمى الإشارات الإلكترونية الضرورية لتشغيل هذه الأجهزة. وتساعد الصمامات في توليد هذه الإشارات وتقويتها وتجميعها أو تفريق بعضها عن بعض.

والجزء الخارجي من الصمام غلاف زجاجي أو فلزي أنبوبي الشكل، توجد بداخله أسلاك وصفائح فلزية صغيرة صممت خصيصا لتقوم بالتحكم في الإشارات الإلكترونية. وقد أعطيت الصمامات المفرغة هذا الاسم، نظرا لأنه لابد من سحب كل الهواء تقريبا من الصمام حتى يتمكن من أداء وظيفته. ويتم تكوين هذا التفريغ الجزئي داخل الصمام بضخ معظم الهواء للخارج.

A two-tube homemade radio from 1958. The tubes are the two columns with the dark tops. The flying leads connect to the low-voltage filament and high-voltage anode supplies.وكانت الصمامات المفرغة، ضرورية لتطور علوم وتقنية الإلكترونات. فمنذ الثلاثينيات، وحتى الخمسينيات من القرن العشرين الميلادي، استخدمت الأجهزة الإلكترونية صمامات مفرغة سميت باسم الصمامات الإلكترونية. وتم بعد ذلك استبدال الصمامات الإلكترونية في معظم الأجهزة الإلكترونية بنبيطة جديدة سميت الترانزستور. وتؤدي الترانزستورات نفس وظيفة الصمام الإلكتروني، لكنها تتميز بأنها أصغر حجما وأكثر اعتمادية وأقل استهلاكا للقدرة. ولا تزال بعض الأجهزة الإلكترونية تستخدم الصمامات المفرغة حتى الآن، فشاشة جهاز التلفاز على سبيل المثال، هي طرف صمام مفرغ كبير يسمى أنبوب أشعة الكاثود.
كيفية عمل الصمام المفرغ
الجزء الخارجي لمعظم الصمامات المفرغة الشائعة الاستعمال وعاء زجاجي أو فلزي يسمى البصيلة أو الغلاف. ويتضمن الغلاف قطعتين فلزيتين ـ أو أكثر ـ يطلق عليهما اسم القطبين الكهربائيين. وتقوم الأقطاب الكهربائية بتوليد سريان الإلكترونات، والتحكم فيه خلال الصمام. ويمثل هذا التيار الإشارة الإلكترونية التي يتم التحكم فيها بوساطة الصمام. وتتصل الأقطاب الكهربائية عادة بدوائر كهربائية خارجة عن الصمام بوساطة أسلاك تمر خلال قاعدة الغلاف.

وللصمام المفرغ قطبان رئيسيان هما: الباعث أو الكاثود، والمُجمَّع أو الأنود. ويبث الباعث الإلكترونات التي تسير في اتجاه المجمع الذي يكون مغلفا للباعث في أغلب الصمامات. ويطلى الباعث بطلاء خاص يبعث بالإلكترونات إذا تم تسخينه. ويثبت قرب الباعث، شعيرة (أي سلك رفيع) تشبه تماما، تلك الموجودة داخل المصباح الكهربائي. ويمر تيار كهربائي، من خارج الصمام خلال هذه الشعيرة لتسخينها، حيث يتم بالتالي تسخين الباعث لتجعله يبدأ في بث الإلكترونات.

ويحمل الباعث عادة شحنة كهربائية سالبة، بينما يحمل المجمع شحنة كهربائية موجبة. وتحصل الأقطاب على شحنتيها من بطارية أو أي مصدر آخر للتيار المستمر. وتساعد الشحنة السالبة للباعث في دفع الإلكترونات التي يولدها خارجا. ويحدث ذلك لأن للإلكترونات شحنة سالبة هي الأخرى، والشحنتان السالبتان ـ وأيضا الموجبتان ـ تتنافران بعيدا، بينما تتجاذب الشحنتان إذا كانت إحداهما موجبة والأخرى سالبة. ولذلك فإن المجمع موجب الشحنة، يجذب الإلكترونات سالبة الشحنة. ويمر بهذه الطريقة، تيار من الإلكترونات بين الباعث والمجمع. والقطب الرئيسي الآخر للصمام المفرغ هو الشبكة، وهي عبارة عن شبكة سلكية تتوسط بين الباعث والمجمع. وتتحكم الشبكة في كمية الإلكترونات المارة خلال الصمام. فالشحنة السالبة القوية على الشبكة، تمنع الكثير من الإلكترونات من الوصول إلى المجمع. أما إذا ضعفت الشحنة السالبة على الشبكة، فإن عدداً أكبر من الإلكترونات يستطيع المرور إلى المجمع. وبذلك تتناظر شدة شحنة الشبكة، مع شدة الإشارة الإلكترونية الداخلة إلى الصمام.

وقد يحتوي الصمام المفرغ على العديد من الأجزاء الأخري بين الباعث والمجمع. كذلك قد يحتوي على صفائح فلزية مشحونة، تستطيع أن تسبب انحراف تيار الإلكترونات المتولد داخل الصمام. ويستطيع كذلك أي مغنطيس خارجي أن يسبب انحراف تيار الإلكترونات.

أنواع الصمامات المفرغة
هناك العديد من الصمامات المفرغة المختلفة الأحجام والوظائف. لكن المهندسين الكهربائيين يصنفون جميع هذه الصمامات إلى عدد قليل من الأنواع الرئيسية. وتصنف الصمامات، وهي النوع الذي استخدم بكثرة في أجهزة الاستقبال من مذياع وتلفاز، طبقا لعدد الأقطاب بكل منها كما يلي: 1- الصمام الثنائي (وله قطبان فقط). 2- الصمام الثلاثي (وله ثلاثة أقطاب). 3-الصمام متعدد الأقطاب.

وهناك أنواع أخرى للصمامات منها: 1- صمام أشعة الكاثود. 2- صمام الموجة الدقيقة. 3- الصمام الغازي.

الصمام الثنائي
ليس له إلا باعث ومجمع، ويستخدم أساسا كمقومات للتيار، أي لتحويل التيار الكهربائي المتناوب إلى تيار مستمر. والتيار المتناوب هو التيار الذي يعكس اتجاه سريانه باستمرار. ويغذي القطب المتصل بالتيار الكهربائي المتناوب بشحنة تتغير بانتظام، من موجبة إلى سالبة والعكس. فإذا غُذِّي الصمام الثنائي بتيار متناوب، فلن يمرر إلا التيار ذا الشحنة السالبة فقط، لذلك فإن التيار الخارج من الصمام الثنائي يصبح تيارا مستمرا.

وقد استخدمت الصمامات الثنائية في أجهزة الاستقبال مقوّمات للتيار ومكشافات. ويقوم المكشاف بتحويل التيار المتناوب الضعيف لأجهزة المذياع، إلى تيار مستمر. ويحول جهاز الاستقبال هذا التيار المستمر إلى صوت أو صورة.

ثانيا ً :الكشف عن الذبذبات ( فصل الموجة الحاملة عن المحمولة)

كضابط للذبذبات في دوائر التردد اللاسلكي وأيضاً في الدوائر المنطقية

ثالثا ً : تضخيم التيارات

ويتمتع بقدرة عالية على تكبير الاشارات الالكترونية ، هذا بالرغم من حجمة الصغير .

سبق وأن عرفنا أن للصمام الثنائي عدة استخدامات:

منها . التكبير

وسنناقش اليوم موضوع استخدامه كمكبر.

تخيلوا معي أننا نعيش في منزل معين ولدينا خزانان من الماء، الأول خزان علوي في سطح المنزل والأخر في قاع المنزل. ولنفترض جدلا أن الخزان العلوي فارغ تقريبا من الماء، وأننا أردنا أن نستخدم ذلك الخزان للحصول على الماء، فكيف يمكنني أن أستغل الماء الموجود في الخزان السفلي وأقوم بدفعه للخزان العلوي بحيث أتمكن من الاستفادة منه واستخدامه في المنزل؟هنا يأتي دور مضخة الماء التي يجب أن تكون في أسفل المنزل ومتصلة بالخزان السفلي. ألسنا نقوم بتشغيل المضخة في كل مرة نحتاج إلى ماء كي نملأ به الخزان العلوي؟

إذا المضخة هي اللاعب الرئيسي في هذه الحيلة، فهي بمثابة العقل المدبر الذي سيعمل على تحويل طاقة المصدر” الخزان السفلي” وإجبارها على التحرك للحمل ” الخزان العلوي” كي نستفيد منها.

بنفس الطريقة يعمل الصمام كمكبر، فهو كالمضخة التي ستقوم بالاستفادة من جهد وتيار المصدر “بطارية مثلا” بحيث تضيف طاقة للإشارة الضعيفة التي دخلت إلى قاعدة الصمام لتكبيرها. فالأمر بشكل تجريدي، لدينا إشارة ضعيفة جدا “كالماء القليل الموجود في الخزان العلوي في المنزل”، ونريد إرسال تلك الإشارة الضعيفة للحمل أو الخرج “مجمع الصمام ” مكبرة بحيث نستغل وجود بطارية أو مصدر خارجي للتيار “مثل الخزان السفلي” وبذلك نكون قد حللنا مشكلة الإشارة الضعيفة وقمنا بتكبيرها بالشكل المطلوب.ونلاحظ أن كمية التكبير تعتمد أساسا على قدرة الترانزستور” المضخة” وعلى نوعية الإشارة وشكلها وحجمها، وأيضا على قدرة المصدر “البطارية” .

حتى هذه النقطة نكون قد عرفنا أن الصمام هو عنصر له القدرة على التحكم أو استغلال مصدر معين – كالبطارية مثلا- لتكبير إشارة ما داخلة إلى قاعدته، فلذلك هو ليس مولد للطاقة بذاته بل هو مجرد عنصر له القدرة على إضافة طاقة خارجية على إشارة ضعيفة لتكبر بالحجم المطلوب باستغلال المصدر الخارجي للطاقة، لذلك فإن الترانزستور لن يضمحل بعد فترة من استخدامه بل سيبقى يعمل مادام هناك مصدر يمده بالطاقة.

رابع سؤال .. في الصمام الثلاثي عندما يكون جهد الشبكة سالب فإن تدفق الالكترونات يزداد ..مامعنى هذا الكلام؟؟ وكيف يقوم الصمام الثلاثي في تضخيم الجهد؟؟

الصمام الثلاثي:-
وهو صمام ثنائي أضيف له جزء ثالث يسمى
الشبكة ولذلك يسمى صمام ثلاثي
ووظيفة الشبكة هي التحكم في عدد
الإلكترونات التي تصل إلى المصعد.
فإذا كان جهد الشبكة موجبا زاد عدد الإلكترونات التي تصل إلى المصعد
وإذا كان جهد الشبكة سالبا قل عدد الإلكترونات التي تصل إلى المصعد
وإذا كان جهد الشبكة صفرا لم يتغير عدد الإلكترونات التي تصل إلى المصعد
ويتم التحكم في جهد الشبكة عن طريق توصيلها بمصدر مناسب للجهد
وتكون الشبكة أقرب للمهبط منها للمصعد مما يضعف تأثير المصعد على المهبط وتصبح الشبكة هي المتحكمة في مرور الإلكترونات لذلك تسمى الشبكة الحاكمة .
ومن أهم استخدامات الصمام الثلاثي تكبير ( أو تضخيم الجهد)
وتستخدم العلاقة التالية عن حساب الزيادة في الجهد أو معامل التضخيم
التغير في جهد المصعد
معامل التضخيم = ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
التغير في جهد الشبكة
أشباه الموصلات:
هي مواد غير موصله للتيار أو ضعيفة التوصيل في الظروف العادية .
ويعتمد توصيل المادة الجامدة للكهرباء على الكثافة الحجمية للإلكترونات.
تعريف الكثافة الحجمية للإلكترونات :
هو عدد الإلكترونات الحرة في المتر المكعب من المادة.
وفي المواد الموصلة تصل الكثافة الحجمية للإلكترونات 10 28 إلكترون / م3 وفي المواد العازلة تصل الكثافة الحجمية للإلكترونات 10 7 إلكترون / م3 . وفي المواد شبه الموصلة تكون الكثافة الحجمية بين هذين الرقمين.
ومن أشهر المواد شبه الموصلة الجرمانيوم والسيليكون. حيث يحتوى مستوى الطاقة الأخير لها 4 إلكترونات لذلك تربط كل ذرة مع أربع ذرات مجاورة لها لتكوين روابط تساهمية بين كل ذرتين للوصول إلى حالة التركيب الثماني.
وتتميز أشباه الموصلات بأن خفض درجة حرارتها يؤدي إلى جعلها غير موصلة للتيار وذلك لأن الإلكترونات تصبح أكثر ترابطا بالنواة. وعند درجة الصفر المطلق يكون ارتباط الإلكترونات بالنواة أكبر مايمكن وعند ازدياد درجة الحرارة تحصل بعض الإلكترونات على طاقة تكفي للتغلب على طاقة الارتباط ويؤدى تحرر الإلكترون إلى تحركه حرا داخل النواة تاركا وراءه فراغا يسمى فجوة.

ما أهمية الفجوة؟ تكمن أهمية الفجوة في أنه يمكن اعتبارها ناقلة للتيار مثل الإلكترونات .
وتعمل كل فجوة على جذب إلكترون من ذرة أخرى فيترك هذا الإلكترون فجوة جديدة أخرى وهكذا . ويمكن اعتبار الفجوة شحنة موجبة تتحرك بعكس اتجاه حركة الإلكترون .
ولجعل المواد شبه الموصلة موصلة يضاف إلى المادة شبه الموصلة مواد أخري تسمى الشوائب.
فجــــوة

إلكترون

الشوائب هى مواد ثلاثية التكافؤ أو خماسية التكافؤ تضاف
إلى المواد شبه الموصلة لجعلها موصلة للتيار.
وأشهر أنواع الشوائب الثلاثية الألومنيوم
والبورون
الشوائب الخماسية الأنتيمون والزرنيخ
وعند إضافة الشوائب إلى أشباه الموصلات يتكون
نوعين من البلورات الموصلة هي :-
1 – بلورة موصلة موجبة وتتكون إذا أضفنا شائبة ثلاثية( تحوى ثلاث إلكترونات في المستوى الخارجي) إلى المادة شبه الموصلة فتتكون ثلاث روابط تساهمية وتظل الرابطة الرابعة غير مكتملة حيث تظل فجوة موجبة تجذب إليها الإلكترونات الحرة . ومن أمثلتها إضافة شائبة من الألومنيوم أو البورون إلى عنصر الجرمانيوم أو السيليكون . ويرمز لهذا النوع من البلورات بالرمز ( م P) وفي هذا النوع تعتبر الفجوات هي حاملات التيار.
2 – بلورة موصلة سالبة وتتكون إذا أضفنا شائبة خماسية ( تحوى خمس إلكترونات في المستوى الخارجي) إلى المادة شبه الموصلة وتتكون في هذه الحالة أربع روابط تساهمية ويبقى الإلكترون الخامس إلكترونا زائدا ويكون هذا الإلكترون حرا . ومن