1   بیان ساده شده نظریه نیمرسانا

       نیمرسانا ماده ای است که مقاومت ویژه آن خیلی کمتر از مقاومت ویژه عایق و در عین حال خیلی بیشتر از مقاومت ویژه رساناست، و مقاومت ویژه اش با افزایش دما کاستی می پذیرد. مثلا، مقاومت ویژه مس ^8-10اهم - متر کوا رتز10¹²  اهم - متر، و مقاومت ویژه مواد نیمرسانای، یعنی سیلیسیم 5/ . اهم- متر و از آن ژرمانیم 2300 اهم -متر در دمای ^c27 است. برای درک عملکرد نیمرسانا ها و ابزار نیمرسانا، قدری آشنایی با مفاهیم اساسی ساختار اتمی ماده ضروری است.

2   دیودهای نیمرسانا

ساختمان

       دیود نیمرسانا وسیله ای است که در مقابل عبور جریان، در یک جهت مقاومت زیاد و در جهت دیگر مقاومت کمی برو ز می دهد. دیود را به طور گستردهای و برای اهداف گوناگون در مدارهای الکترونیکی به کار می گیرند و اساساً شامل یک پیوند p-n است که از بلور سیلیسیوم و یا ژرمانیم تشکیل می شود. (شکل ب) نماد دیود نیمرسانا در شکل الف نموده شده است.

جهتی که دیود در مقابل عبور جریان مخالفت کمی بروز می دهد با سر پیکان نشان داده شده است.

        دیود نیمر سانا نسبت به دیود گرما یونی از مزایای زیادی برخوردار است، این دیود به منبع گرم کن نیاز ندارد، بسیار کوچک تر و سبک تر است ، و قابلیت اطمینان بسیار بیشتری دارد.

       ژرمانیم یا سیلیسیمی  که در ساخت دیود نیمرسانا به کار می رود باید ابتدا تا رسیدن به غلظت نا خالصی کمتر از یک جزء در ¹⁰ 10 جزء پالوده شود. سپس اتمهای ناخالصی مطلوب، بخشنده ها یا پذیرنده ها، به مقادیر مورد لزوم اضافه شده و ماده به شکل یک تک بلور ساخته می شود.

       برای ساختن پولک ژرمانیم نوع n مقداری ژرمانیم ذاتی را با کمی ناخالصی در یک بوته ودر خلأ ذوب می کنند، ویک بلور هسته را تا عمق چند میلیمتری در مذاب فرو می برند. دمای ژرمانیم  مذاب درست بالای نقطه ذوب بلور هسته  قرار دارد، و چند میلیمتری از هسته غوطه ور در مذاب نیز ذوب            می شود. این هسته با سرعت ثابتی چرخانده می شود و همزمان به آرامی از مذاب بیرون کشیده می شود، بدین سان یک بلور نوع n  تشکیل شده است. با کنترل دقیق این فرایند می توان به غلظت نا خالصی مورد نیاز دست یافت.

          قرصی از ایندیم در یک پولک ژرمانیم قرار می دهند و به آن دمای با لاتر از نقطه ذوب ایندیم ولی پایین تراز نقطه ذوب ژرمانیم حرارت داده می شود. اينديم ذوب مي شود و ژرمانيم را حل مي كند تا اينكه محلول اشباح شده از ژرمانيم در اينديم به دست آيد. سپس پولك به آرامي سرد مي شود و در خلال سرد شدن يك ناحيه ژرمانيم نوع p در پولك توليد شده و آلياژي از ژرمانيم و اينديم (عمدتاً اينديم) در پولك ته نشين مي شود. پيوند p-n آلياژ سيليسيم را نيز مي توان با همين روش و با بكارگيري آلومينيوم به عنوان پذيرنده، تشكيل داد.

          ژرمانيم نوع p تا دماي خيلي نزديك به نقطه ذوب ژرمانيم گرم مي شود، و پيرامون آن را عنصر بخشنده آنتيموان كه گازي شكل است فرا مي گيرد. اتم هاي آنتيموان در ژرمانيم پخش مي شود تا يك ناحيه نوع  nرا توليد كند. اگر از يك بلور نوع n استفاده شود، گاليوم گازي شكل به عنوان عنصر پذيرنده براي تهيه ناحيه نوع p در بلور بكار مي رود. وقتي قرار است وسيله اي سيليسيمي ساخته شود، از بور به عنوان عنصر پذيرنده و از فسفر به عنوان عنصر بخشنده استفاده مي شود.

          ديود پيوندي شامل بلوري است كه هم داراي ناحيه نوع p و هم ناحيه نوع n است. ديود هاي پيوندي يا از ژرمانيم ساخته مي شود و يا از سيليسيم، اولي داراي مزيت مقاومت مستقيم كمتر و دومي از مزيت داشتن ولتاژ شكست بيشتر و جريان اشباع معكوس كمتر برخوردار است. اتصال به پيوند با سيمهايي كه به هر يك از اين دو ناحيه وصل شده، برقرار مي شود. معمولاً براي جلوگيري از نفوذ رطوبت كل وسيله را در محفظه اي بسته قرار مي دهند.

ديودهاي اتصال- نقطه اي

      اصولاً ديود اتصال- نقطه اي از يك قرص ژرمانيم نوع n كه نوك يا سبيلهايش، از سيم تنگستني است و بر رويه آن فشرده مي شود، تشكيل يافته است. اتصال به سبيل از طريق دو سيم مسي انجام         مي شود در خلال ساخت ديود اتصال- نقطه اي، يك تپ جريان از ديود عبور مي كند و باعث مي شود كه در مساحتي از قرص و درست در مجاورت نوك سبيل يك ناحيه نوع p تشكيل شود. در اين حالت پيوند n-p كه ظرفيت در قرص ايجاد شده است.

انواع ديودها و كاربرد آن ها

پارامترهاي مهم ديودهاي نيمرسانا عبارتند از :

1- مقاومت هاي a.c. مستقيم و معكوس.

2- جريان مستقيم حداكثر.

3- ظرفيت پيوند.

4- فعاليت در ناحيه  شكست.

انواع اصلي ديود كه در مدارهاي الكترونيكي جديد بكار مي روند، عبارتند از :

1- ديودهاي سيگنالي.

2- ديودهاي توان.

3- ديودهاي زنر.

4- ديودهاي با طرفيت متغير (وركتور).

1. ديودهاي سيگنالي

        اصطلاح ديود سيگنالي تمامي ديودهايي را در بر مي گيرد كه در مدارهايي كه مقادير اسمي زياد جريان يا ولتاژ نياز نيست بكار مي روند. شرايط معمولي عبارتند از نسبت بزرگ مقاومت معكوس به مقاومت مستقيم و حداقل ظرفيت پيوند. برخي ديودهاي موجود در بازار از انواعي هستند كه كاربردهاي آن دارند، ديودهاي ديگري از اين نوع يافت مي شوند كه كاربردهاي مداري خاص، مثلاً، آشكار ساز، امواج راديويي، يا كليدالكترونيكي در مدارهاي منطقي بسيار مناسبند. حداكثر ولتاژ معكوس، يا ولتاژ معكوس قله، كه معمولاً از ديود انتظار ارائه آن مي رود معمولاً خيلي بالا نيست، حداكثر جريان مستقيم هم بالا نيست. بيشتر انواع ديود سيگنالي داراي ولتاژ معكوس قله اي در گستره v30 تا v 150 و حداكثر جريان مستقيم در حدود بين 40 وmA250 است. ولي اخيراً مي توان به مقادير بالاتري دست يافت.

2. ديودهاي توان

         ديودهاي توان را غالباً براي تبديل جريان متفاوب به جريان مستقيم، مانند يك سوسازها، بكار             مي برند. پارامترهاي مهم ديود توان عبارتد از ولتاژ معكوس قله، حداكثر جريان مستقيم و نسبت مقاومت. ولتاژ معكوس قله احتمالاً دست در گستره  V50 تا V1000 است با حداكثر جريان مستقيم كه شايد A30 است. مقاومت مستقيم بايد تا حد امكان پايين باشد تا از افت چشمگيري در ولتاژ دو سر ديود وقتي كه جريان مستقيم زيادي جريان دارد جلوگيري مي كند؛ معمولاً اين مقاومت خيلي بيشتر از يك يا دو اهم نيست.

3. ديودهاي زنر

        جريان معكوس بزرگي كه در هنكام در گذشتن ولتاژ دو سر ديود از ولتاژ شكست ديود، جاري مي شود لزوماً نبايد باعث آسيب رساندن به وسيله شود.

        ديود زنر چنان ساخته شده است كه به آن امكان مي دهد در بدون خراب شدن، در ناحيه شكست كار كند، به شرط آن كه جريان از طريق مقاومت خارجي به يك مقدار مجاز محدود شود. جريان زياد در ولتاژ شكست يا دو عامل، به نام اثر زنر و اثر بهمني، فراهم مي آيد در ولتاژهايي تا حدود V5 ميدان الكتريكي نزديك به پيوند چندان شديد است كه مي تواند الكترونها را از پيوند كوالانسي كه اتم ها را كنار هم نگاه مي دارد بيرون بكشد. زوجهاي حفره- الكترونهاي اضافي توليد مي شوند و اين زوج ها براي افزودن جريان معكوس در دسترسند. اين اثر ر ا اثر زنر مي نامند.

         اثر بهمني وقتي پيش مي آيد كه ولتاژ پيش ولت مخالف بيش از V5 يا در همين حدود باشد. سرعت حركت حاملين بار از ميان شبكه بلور چندان افزايش مي يابد كه اين بارها به اندازه كافي داراي انرژي جنبشي شوند كه اتم ها  را در اثر برخورد يونيده كنند. اتمي را يونيده گويند كه يكي از الكترونهاي خود را ازدست داده باشد. بدين سان حاملين بار اضافي توليد شده از ميان شبكه بلور عبور مي كنند و ممكن است با ساير اتم ها نيز برخورد كرده و حتي از طريق يونش حاملين بيشتري ايجاد كنند. در اين روش تعداد حاملين بار، و در نتيجه جريان معكوس، به سرعت افزايش مي يابد.

         ديودهاي زنر با ولتاژهاي مرجع استاندارد شده متعددي قابل دسترسند. مثلاً، مي توان بهديود زنري با يك ولتاژ (شكست) مرجع V2/8 دست يافته. نام ديگر اين وسيله ديود مرجع ولتاژ است. رايج ترين كاربرد ديود زنر در مدارهاي پايدارنده ولتاژ است اين نوع ديود را به عنوان مرجع ولتاژ نيز بكار مي برند.

3   ترانزيستور

انواع ترانزيستور

        ترانزيستور وسيله اي نيمرساناست كه مي تواند سيگنال الكتريكي را تقويت كند، به عنوان كليد الكترونيكي عمل كند، و عملكردهاي متعدد ديگري داشته باشد. اساساً ترانزيستور شامل يك بلور ژرمانيم يا سيليسيم و حاوي سه ناحيه مجزا است. اين سه ناحيه ممكن است دو ناحيه نوع p باشد كه يك ناحيه نوع n از آنها را جدا كرده است يا دو ناحيه نوع n  كه با يك ناحيه نوع p از هم جدا شده اند. نوع اول، ترانزيستور p-n-p و نوع دوم ترانزيستور نوع  n-p-n است، كاربرد اين هر دو نوع ترانزيستور متداول است، و گاهي هم هردو در يك مدار واحد مورد استفاده قرار مي گيرند، ولي بحث ما در اين         فصل درباره ترانزيستور نوع p-n-p است. اما براي عملكرد مربوط به ترانزيستور n-p-n لازم است حفره را به جاي الكترون، الكترون را به حاي حفره، منفي را به جاي مثبت و مثبت را به جاي منفي بخوانيم.

         ميانه سه ناحيه ترانزيستور بيس (پايه) و دو ناحيه بيروني اميتر (گسيلنده) و كلكتور گردآور ناميده مي شود. در اغلب ترانزيستورها ناحيه كلكتور از نظر فيزيكي بزرگتر از ناحيه اميتر ساخته مي شود، چون انتظار مي رود ناحيه توان بيشتري را تلف كند. نماد ترانزيستور p-n-p در شكل(الف) و نماد ترانزيستور در شكل (ب) نموده شده است. توجه كنيد كه سر پيكان سيم اميتر در دو شكل با جهتهاي  مختلفي نشان داده شده است، كه در ترانزيستور n-p-n به خارج نشانه رفته اند. بزودي مشخص خواهد شد كه سر پيكان جهت حركت حفره ها را در داخل اميتر نشان مي دهند.

       ترانزيستورها نسبت به لامپ هاي گرمايوني مزاياي زيادي دارند؛ شايد مهم ترين امتياز اين است كه ترانزيستورها نسبت به لامپ گرمايوني، پيش از شروع به كار نياز به منبع تواني براي گرم شدن ندارد.  همين نكته باعث مي شود كه وسيله هاي ترانزيستوري بعد از وصل شدن كليد خيلي سريع تر از وسيله لامپي شروع به كار مي كند. مصرف توان نيز در اين حالت بسيار كمتر است و اين موضوع مخصوصاً براي تجهيزات بزرگ مانند كامپيوتر از اهميت زيادي برخوردار است. مزاياي ديگر ترانزيستور، اندازه كوچك تر آنها، ولتاژ كاركرد بسيار پايين و پايداري بهترشان است.

طرز كار  ترانزيستور

         ترانزيستور p-n-p شامل دوپيوند p-n است و معمولاً طوري كا ر مي كند كه يك پيوند، پيوند اميتر- بيس با پيش ولت موافق، و ديگري، پيوند كلكتور - بيس، با پيش ولت مخالف است. اين نكته را همراه با جهت جريانهاي گوناگوني از ترانزيستور مي گذرند. قرارداد متداولي كه بنا بر آن جهت جريان مخالف جهت حركت الكترونهاست به كار گرفته شده است.

        توجه كنيد كه، در ابندا، ولتاژ اميتر- بيس، E_eb،صفر است بنابراين اين جريان حامل بار اكثريتي كه از پيوند اميتر- بيس مي گذرد برابر است با جريان حامل باراقليتي جاري جهت مخالف و جريان خالص پيوند صفر است. پيوند كلكتور- بيس به وسيله ولتاژ پيش ولت E_ebبه پيش ولت معكوس تبديل مي شود و از اين رو يك جريان حامل بار اقليتي از سيم كلكتور مي گذرد. اين جريان، جريان اشباع معكوس است كه در فصل پيش مورد بحث قرار گرفت ولي اكنون جريان نشتي كلكتور ناميده شده  با نماد I_CBO نموده مي شود.

        اگر ولتاژ پيش ولت اميتر - بيس در جهت مثبت به اندازه چند دهم ولت افزايش يابد، پيوند اميتر- بيس با پيش ولت موافق بوده و يك جريان حامل بار اكثريتي جاري مي شود. اين جريان شامل  حركت انقالي حفره ها از اميتر به بيس و گذر الكترونها از بيس به اميتر است. فقط جريان حفره ها براي كار ترانزيستور مفيد است، كه اين نكته بزودي روشن خواهد شد، و بنابراين از طريق آلايش بيس، كه خيلي دقيق تر  از آلايشي است كه در اميتر انجام مي گيرد، اين جريان را از جريان الكترون خيلي بيشتر        مي كنند. نسبت جريان حفره به كل جريان اميتر را نسبت تزريق اميتر يا كارايي اميتر مي نامند، و با نماد    نشان مي دهند.  معمولاً،     تقرباً برابر 995/0 است و به اين معناست كه فقط 5/0% جريان اميتر شامل عبور الكترون از بيس به اميتر است.

        حفره ها فوراً ازپيوند اميتر- بيس مي گذرند، و گفته مي شود كه به درون بيس گسيليده يا تزريق شده اند، و به حاملين بار اقليتي تبديل شده و پخش شدن در عرض بيس به سوي پيوند بيس- كلكتور را آغاز مي كنند. از آنجا كه بيس بسيار باريك بوده و نيز رقيق آلاييده شده  است، اكثر حفره هاي گسيليده به پيوند كلكتور- بيس مي رسند و بار الكترون آزاد بر سر راه خود باز تركيب نمي شوند.  حفره هاي گسيليده با رسيدن به پيوند، جريان حامل بار اقليتي را افزايش داده و از پيوند عبور كرده  و ماية افزايش جريان كلكتور مي شود. نسبت تعداد حفرههاي وارده به كلكتور به تعداد حفره هاي گسيليده عامل انتقال بيس، با نماد β، ناميده مي شود. معمولاً: 995/0=β.

1- جريان كلكتور كمتر از جريان اميتر  است زيرا: (الف) بخشي از جريان اميتر شامل الكترونهايي است كه در جريان كلكتور شركت ندارند و (ب) تمام حفره هاي تزريق شده به بيس موفق نمي شوندبه كلكتور برسند. عامل (الف) با نسبت تزريق اميتر و عامل (ب)  با ضريب انتقال بيس نموده مي شود؛ بدين سان نسبت جريان كلكتور به جران اميتر برابر است با γβ با نشاندن مقادير معمولي ذكر شده براي γ و β روشن مي شود كه معمولاً، جريان كلكتور تقريباً 99/0 برابر جريان اميتر است.

2- جريان بيس كوچك بوده و سه مؤلفه دارد: (الف) يك جريان الكترون ورودي به بيس براي نشاندن حفره هاي پخش به جاي الكترونهاي از دست رفته از طريق تركيب مجدد، (ب) جريان الكترون حامل بار اكثريتي  جاري شده از بيس به اميتر، و (ج) جريان نشتي كلكتور، I_CBO. دو مؤلفه اول جريانهايي هستند كه به خارج از بيس جاري شده و روي هم رفته از I_CBO كه به داخل بيس جاري مي شود بزرگتر است، از اينرو كل جريان بيس، به خارج از بيس جاري مي شود. كل جريان جاري شده به درون ترانزيستور بايد برابر كل جريان خارج شده از آن باشد و از اينرو جريان اميتر، I_E ، برابر است با مجموع جريانهاي كلكتور و بيس، به ترتيب Ic و I_b .

3- اگر جريان اميتر به هر وسيله اي تغيير كند، تعداد حفره هاي ورودي به كلكتور، و در نتيجه جريان كلكتور و نيز به همان ترتيب تغيير مي كند. مقدار ولتاژ كلكتور- بيس، V_cb تأثير نسبتاً ناچيزي بر جريان كلكتور دارد، كه به زودي به اين،  نكته خواهيم رسيد. بنابراين، كنترل جريان خروجي (كلكتور) را            مي توان از طريق جريان ورودي به اميتر انجام داد و اين جريان نيز به نوبه خود، مي تواند با تغيير ولتاژ پيش ولت اعمال شده به پيوند اميتر- بيس كنترل شود. افزايش ولتاژ پيش ولت (كه در جهت مستقيم است) ارتفاع سد پتانسيل را كاهش داده و جاري شدن جريان اميتر بيشتر را ممكن مي كند؛ برعكس، كاهش ولتاژ پيش ولت جريان اميتر را كاهش مي دهد.

4- نسبت جريان خروجي ترانزيستور به جريان ورودي آن در غياب يك سيگنال a.c. بهره جريان D.C. ترانزيستور ناميده مي شود. در بحث پيشين جريان خروجي جريان كلكتور،  I_c ، و جريان ورودي جريان اميتر، I_e، بوده است.

         علامت منفي نشانه اين است كه جريانهاي ورودي و خروجي در جهت هاي مخالف جاري             مي شوند. بنابر قرارداد، جرياني كه به ترانزيستور وارد مي شود مثبت و جرياني كه از آن خارج مي شود منفي است. از آنجا كه كار ترانزيستور به حركت حفره ها و الكترونها، هر دو، بستگي دارد در واقع بايد اين وسيله را «ترانزيستور دو قطبي» ناميد.

5- ترانزيستور را مي توان به يكي از سه روشي در يك مدار وصل كردكه در هر حالت يك الكترود در ورودي و خروجي مشترك است. از اين رو چنين اتصالي به نام الكترود مشترك توصيف مي شود؛ مثلاً، در اتصال بيس- مشترك، بيس هم در ورودي و هم در خروجي مشترك است، سيگنال ورودي بين اميتر و بيس تغذيه مي شود، و سيگنال خروجي بين كلكتور و بيس ظاهر مي شود. در تمام اتصالات، پيوند بيس- اميتر همواره  با پيش ولت موافق و پيوند كلكتور - بيس پيوسته با پيش ولت مخالف است.

اتصال بيس- مشترك

        آرايشي اساسي اتصال (يا پيكر بندي) بيس- مشترك ترانزيستور داراي منبع تغذيه متناوب نيروي محركه الكتريكي با (e.m.f.) برابر E_s ولت مقدار مؤثر (r.m.s) و مقاومت داخلي R_s اهم است كه به دو سر ورودي آن وصل شده است. منبع تغذيه متناوب با ولتاژ اميتر- بيس، E_eb به طور متوالي اتصال دارد و پيش ولت موافق اعمال شده به پيوند اميتر- بيس را تغييرمي دهد.

        در خلال نيم چرخه هاي مثبت e.m.f. منبع تغذيه، پيش ولت موافق اعمال شده به پيوند افزايش مي يابد، سد پتانسيل كاهش يافته و جريان افزايشي اميتر در ترانزيستور جاري مي شود. بر عكس، در خلال نيم چرخه هاي منفي جريان اميتر كاهش مي يابد و به اين ترتيب مايه تغيير جريان كلكتور بر طبق شكل موج منبع متناوب مي شود. باتري پيش ولت كلكتور- بيس، E_cb، مقاومت داخلي ناچيزي دارد و بنابراين ولتاژ كلكتور- بيس با تغيير جريان كلكتور ثابت مي ماند. تا آنجا كه به جريانهاي متناوب مربوط است، مدار كلكتور- را مدار اتصال كوتاه مي گويند.

      در يك مدار تقويت كننده بيس - مشترك يك پارامتر مهم بهره جريان مدر اتصال كوتاه ترانزيستور با نماد h_fb است. بهره جريان مدار اتصال كوتاه به صورت نسبت تغيير جريان كلكتور به تغيير جريان اميتر توليد كننده ان تعريف مي شود.

      بهره جريان مدار اتصال كوتاه به اين جهت تصريح مي شود كه تحليل نشان مي دهد كه بهره جريان تابعي است از مقدار مقاومتي كه در مدار كلكتور قرار مي گيرد. اما، براي مدار بيس- مشترك، اختلاف بين بهره جريان مدار اتصال كوتاه و بهره جريان براي هر مقاومت بار كلكتور ويژه به ازاي تمام مقادير مقاومت به كار رفته در مدارهاي عملي بسيار كوچك بوده و در اين كتاب از آن چشم مي پوشيم.

       پيونداميتر - بيس به وسيله باتري E_be با پيش ولت موافق بوده و پيوند كلكتور - بيس از طريق پتانسيلي برابر (E_be - E_ce) با پيش ولت مخالف است. اما، چون ولتاژ باتري پيش ولت كلكتور - اميتر E_ce بسيار بزرگتر از ولتاژ پيش ولت اميتر-  بيس E_be است، ولتاژ پيش ولت مخالف را مي توان صرفاً برابر E_ce ولت گرفت.

        وقتي كه ترانزيستوري با اين روش وصل شده باشد، جريان ورودي همان جريان بيس است و ديگر مانند پيش جريان اميتر نخواهد بود. در خلال نيم چرخه هاي منفي ولتاژ سيگنال ورودي E_s ، پيش ولت موافق پيوند اميتر-  بيس افزايش مي يابد، و بدينسان جريان اميتر، I_e، به اندازه I_cδ افزايش پيدا مي كند. جريان كلكتور نيز به اندازه= h_fbΔi_eI_cδ فزوني مي گيرد.

 مشخصه هاي ايستايي ترانزيستور

       نمودارهاي جريان- ولتاژ زيادي براي مطالعه طرز كار ترانزيستور در مدار در دسترسند. منحنيهاي حاصل كه منحني هاي مشخه ايستايي نام دارند، اطلاعاتي را درباره مقدار جريان جاري به داخل  يا به خارج از الكترود به ازاي هر جريان مشخص جاري به داخل يا به خارج از الكترود ديگر و يا ولتاژ مشخصي بين دو الكترود بدست مي دهند. براي هر مدار مي توان 4 مجموعه منحني مشخصه رسم كرد: (الف) مشخصه ورودي (ب) مشخصه انتقال، (ج) مشخصه خروجي، و (د) مشخصه متقابل. ولي، در اين كتاب مشخصه مدار كلكتور - مشترك مورد بحث قرار نمي گيرد.

مشخصه استايي بيس- مشترك

      روش تعيين مشخصه هاي ايستايي ترانزيستور اينست كه ترانزيستور را به يك مدار مناسب ببنديم و سپس جريان ها و يا ولتاژهاي مناسب را در چند مرحله جداگانه تغيير دهيم، و مقادير متناظر ساير جريانها را در هر مرحله يادداشت كنيم.

      جريانهاي كلكتور و بيس جاري به خارج از ترانزيستوراند و در اين صورت بنا به تعريف منفي نشان داده مي شوند؛ جريان اميتر جاري به داخل ترانزيستور نشان داده شده و بايد مثبت گرفته شود. اگر قرار باشد مشخصه هاي ترانزيستور n-p-n را اندازه گيري كنيم، بايد قطبيت دو باطري وارونه شود.

مشخصه خروجي بيس - مشترك

      مشخصه خروجي نحوه تغيير جريان كلكتور را نسبت به تغيير ولتاژ كلكتور- بيس باثابت نگاه داشتن جريان اميتر نشان مي دهد. جريان اميتر در يك مقدار كم مناسب نگاه داشته مي شود و ولتاژ كلكتور بيس در چندين مرحله مجزا از صفر افزايش مي يابد و در هر مرحله جرياني كه از كلكتور مي گذرد يادداشت مي شود. آنگاه ولتاژ كلكتور- بيس را به صفر برمي گردانند و جريان اميتر را تا مقدار مناسب ديگري افزايش مي دهند و همين روش كار را تكرار مي كنند. در اين روش مي توان به يك خانواده كامل منحني هاي مربوط به جريان كلكتور برحسب ولتاژ كلكتور-  بيس دست يافت. مشخصه هاي خروجي ترانزيستور n-p-n شكل مشابهي دارند ولي در انها هم I_c و هم V_ce  مثبت است.

      عكس شيب مخصه خروجي           ، مقاومت خروجي ترانزيستور را بدست مي دهد، در صورتي كه دو سر ورودي، در نقطه اي كه اندازه گيري انجام مي شود، به جريان متناوب مدار باز شده باشد. مقاومت خروجي مدار باز از خاصيت هاي ترانزيستور است: وقتي سيگنالي به دو سر خروجي اعمال       مي شود مقاومت خروجي به مقاومت منبع سيگنال وابسته است. چون منحني ها در قسمت عمده طولشان خطي هستند، مقاومت خروجي نسبتاً ثابت است، و چون منحني ها تقريباً موازي محور ولتاژ كلكتور، بيس هستند مقاومت خروجي خيلي زياد، و از مرتبه kΩ 100 يا بيشتر است.

        مي توان ملاحظه كرد كه وقتي ولتاژ كلكتور- 20 به صفر كاهش داده شده است، هنوز مقداري از جريان كلكتور جاري است. دليل اين امر آن است كه سد پتانسيل دو سر پيوند كلكتور- بيس بايد قبل از اينكه جريان كلكتور متوقف شود، تا صفر كاهش پيدا كند (چرا كه سد پتانسيل) به عبور حاملين بار اقلييتي كمك مي كند). يكي ديگر از جنبه هاي مهم منحني مشخصه، جريان كلكتور است كه به ازاي تمام مقادير منحني ولتاژ كلكتور - بيس وقتي جريان اميتر صفر باشد، جريان پيدا مي كند. اين جريان‌، جريان حامل بار اقليتي است كه پيوند كلكتور- بيس عبور مي كند ( شبيه به جريان اشباع معكوس در يك ديود پيوندي ) و جريان نشستي كلكتور با نماد I_CBOنام دارد.

           بهره جريان اتصال كوتاه h_fb ترانزيستور را مي توان از مشخصه خروجي براورد كرد زيرا تعيين تغيير جريان كلكتور حاصل از تغيير جريان اميتر، براي يك مقدار ثابت ولتاژ كلكتور - بيس، كار ساده اي است بدين سان، وقتي كه جريان اميتر از 5mA تا  7mA تغيير مي كند، جريان كلكتور از 4/9mA تا 6/8mA تغيير مي يابد و از اينرو h_fb برابر2/9/¹ يا 95/0 مي شود. از ‌آنجا كه بهره جريان كمتر از واحد است و مقاومت ظاهري ورودي و خروجي خيلي باهم فرق دارند، اتصال بيس- مشترك براي مدارهاي بسامد شنيداري به ندرت بكار مي رود.

مشخصه ايستايي اميتر- مشترك

       براي تعيين مشخصه ايستايي ترانزيستوري كه به شكل اميتر- مشترك بسته شده است، ترانزيستور بايد با اميتر- مشترك در مدار بسته شود؛ تنها تغييراتي كه در مدار لازم است صورت گيرد حذف ميلي آمپرسنج از مدار اميتر و قراردادن يك ميكروآمپرسنج در مدار بيس است.

الف- مشخصه ورودي اميتر- مشترك

 مشخصه ورودي چگونگي تغييرات جريان بيس نسبت به تغييرات ولتاژ بيس - اميتر را، در  حالي كه ولتاژ كلكتور اميتر ثابت است، نشان مي دهد. روش تعيين مشخصه ورودي اين است كه ولتاژ كلكتور- ايمتر را در يك مقدار مناسب ثبت نگاه دارند و ولتاژ بيس- اميتر را در مرحله اي جداگانه افزايش دهند و در هر مرحله جريان بيس را يادداشت كنند. هيمن روش مجدداً براي مقدار ثابت اما متفاوتي از ولتاژ كلكتور- اميتر V_ce تكرار مي شود، چون تغيير اين ولتاژ بر منحني مشخصه ورودي اثر مي گذارد.

ب- مشخصه انتقالي جريان اميتر - مشترك

مشخصه انتقالي چگونگي تغييرات جريان كلكتور نسبت به تغييرات جريان بيس را، در حالي كه ولتاژ كلكتور- اميتر  ثابت نگاه داشته شده است، نشان مي دهد. براي اين اندازه گيري ولتاژ كلكتور- اميتر ثابت نگاه داشته شده و جريان بيس در چندين مرحله مجزا افزايش داده مي شود و در هر مرحله جريان كلكتور را يادداشت مي كنند. سرانجام نموداري از تغيير جريان كلكتور بر حسب جريان بيس رسم            مي شود. از آنجاكه مشخصه انتقالي از مقدار ولتاژ كلكتور - اميتور مستقل نيست، شيوه كار براي تعدادي از ولتاژهاي مختلف كلكتور- اميتر تكرار مي شود تا خانواده اي از منحني ها به دست آيد.

ج- منحني مشخصه خروجي اميتر- مشترك

منحني مشخصه خروجي، تغييراتي را كه در جريان كلكتور كه بر اثر تغيير ولتاژ كلكتور- اميتر، به ازاي مقدار ثابت جريان بيس، اتفاق مي افتد، نشان مي دهد. جريان بيس روي مقدار مناسبي ميزان مي شود و ولتاژ كلكتور- اميتر در چند مرحله مجزا از صفر افزليش داده مي شود و انگاه جريان كلكتور را در هر مرحله يادداشت مي كنند. سپس ولتاژ كلكتور-  اميتر را به صفر بر مي گردانند و جريان بيس به يك مقدار مناسب ديگر افزايش داده مي شود، و آنگاه همين كار مجدداً تكرار مي شود در اين روش        مي توان به خانواده اي از منحني ها دست يافت. براي منحني مشخصه متناظر  n-p-n بايد قطبيتهاي I_Cو I_bو V_ce به مثبت برگردانده شوند.

       وقتی منحنی مشخصه نباشد، شیب آن مطابق با نقطه اندازه گیری تغییر می کند و بنابراین همیشه باید نقطه اندازه گیری ذکر شود. معمولاً جز مواردی که تصریح می شود، شیب خطی ترین بخش منحنی مشخصه اندازه گیری می شود. برای دستیابی به بالاترین میزان دقت نموهای داده شده به هر سوی نقطه انتخابی باید تا حد امکان کوچک گرفته شود هر چند در این فصل برای واضح تر کردن نمودارها این موضوع رعایت نشده  است.

       می توان منحنی های مشخصه خروجی را نیز برای تعیین بهره جریان اتصال کوتاه،  h_fe، ترانزیستور بکار گرفت، زیرا برای مقدار ولتاژ کلکتور-  امیتر V_ce مشخصی، تغییر جریان در کلکتور، Icδ را بر اثر تغییر جریان بیس، I_bδ می توان با تصویر کردن از روی منحنیهای مناسب به دست آورد. بنابراین به ازای V_ce=-47 تغییری در جریان بیس از Aμ40-تا Aμ60- ، یک تغییر جریان کلکتور از 12 تا mA9/2 در پی دارد.

         جریان نشتی کلکتور، I_CBO، یک ترانزیستور بیس- مشترک نسبت به دما بسیار حساس است و تقریباً به ازای هر 12درجه سانیگراد افزایش دما در ترانزیستورهای سیلیسیمی و به ازای هر 8 درجه سانتیگراد افزایش دما در ترانزیستورهای ژرمانیم، دو برابر می شود. و اما، جریان نشتی ترانزیستور سیلیسیم در دمایی مشخص بسیار کمتر از جریان نشتی یک ترانزیستور ژرمانیم معادل آن در همان دماست.

        معمولاً، I_CBO در C20 برای ترانزیستور ژرمانیم می تواند حدود Aμ10باشو ولی برای تراتزیستور سیلیسیم فقط حدود An50 است.

د- منحنی های مشخصه متقابل امیتر- مشترک

منحنیهای مشخصه متقابل ترانزیستوری که به صورت امیتر - مشترک بسته شده است، تغییرات جریان کلکتور را که در اثر تغییرات ولتاژ بیس- امیتر، با ثابت نگاه داشتن ولتاژ کلکتور- امیتر پیش می آید  نشان می دهد. شیب منحنی مشخصه متقابل رسانندگی مقابل ترانزیستور است.

ساخت ترانزیستور

       از سال 1948 که ترانزیستور اختراع شد، رو شهای گوناگونی برای ساخت آن تکامل پیدا کرده است و توصیف اکثر آنها خارج از حوصله این کتاب است. از رایج ترین انواع مورد استفاده ترانزیستور دو نوع ترانزیستور پیوند آلیاژی و ترانزیستور تخت سیلیسیم است که فقط ساخت این دو نوع را معرفی خواهیمکرد.

       ساخت ترانزیستور پیوند آلیاژی ژرمانیم این روش تعمیم روشی است که بیشتر برای دیود پیوند آلیاژی توصیف کردیم. ساخت ترانزیستور تخت سیلیسیم است.

4   لامپ های گرمایونی

       لامپ گرمایونی شامل دو یا چند الکترود است که درون حبابی شیشه ای که بخش اعظم هوای داخل آن خارج شده است، قرار دارند. این لامپ در انواع متعدد و متفاوتی یافت می شود که کاربرد همه آنها متداول است اما در این فصل تنها  به انواع ساده تر آن مانند دو قطبی (دیودس)، سه قطبی (تریود)، چهار قطبی (تترود) و پنج قطبی (پنتد) می پردازیم.

        در تمام انواع این لامپها یکی از الکترودها کاتود و دیگری آنود است و اصول اساسی کار به این ترتیب است که وقتی کاتود تا دمای مناسبی گرم می شود تعداد زیادی الکترون گسیل می کند. بخشی از این الکترونها را آنود گردآوری می کند و جریان آنود را تشکیل می دهد. الکترونهای گسیلیده، در خلال گذارشان از کاتود به آنود، می توانند از میان یک، دو، یا سه شبکه بسته به نوع لامپ عبور کنند و پتانسیل اعمال شده به این شبکه ها می تواند جریان الکترونها و در نتیجه جریان آنود را کنترل کند.

گسیل گرمایونی

         در دمای معمولی الکترونهای فلز می توانند به طور تصادفی  در ساختار اتمی فلز در هر سو حرکت کنند، و برخی از الکترونهای نزدیک به سطح فلز در هوای پیرامون پراکنده می شوند. فلزات معمولی در دمای اتاق تعداد زیادی از الکترونهای خود را از دست نمی دهند و برای جلوگیری از ترک دائمی الکترونها از سطح فلز باید نیرویی وجود داشته باشد. به محض اینکه الکترونی فلز را ترک می کند، فلزیک بار منفی (بار الکترونی) از دست می دهد و این عمل معادل است با افزایش یک بار مثبت آن. این بار مثبت نیرویی به الکترون گسیلیده وارد می آورد که الکترون را به سوی فلز برمی گرداند، و برای اینکه الکترون بتواند بگریزد باید دارای مقدار کافی انرژی جنبشی باشد که بر این نیرو غالب آید. الکترونهای بسیار کمی هستند که در دمای معمولی این انرژی کافی را داشته باشند و تعداد الکترونهایی که می توانند از سطح فلز بگریزند بسیار اندک است. به منظور افزایش چشمگیر تعداد الکترونهایی که از فلز می گریزند باید به این الکترونها انرژی اضافی داده شود، و بهترین راه انجام این کار گرم کردن فلز است با افزایش دمای فلز، الکترونهای  بیشتری انرژی کافی به دست می آورند که آنها را قادر می سازد به نیروی برگرداننده غلبه کنند و بتوانند از فلز بگریزند.

        در اغلب فلزات اگر مشخصات فلز تغییر نکند، گسیل الکترون کافی باید در دمای بالایی صورت گیرد. در عمل امکان انتخاب مواد کاتودی محدود است به تنگستن، تنگستن توریم دار و اندوده نیکلی با آمیزه اکسید باریم و اکسید استرونتیوم که ممکن است مقداری هم اکسید کلسیم به آن افزوده شود. همین که الکترونی از کاتود می گریزد دستخوش نیرویی کند کننده که از جانب الکترونهای منفی باری که قبلاً گریخته اند وارد می آید، واقع می شود. الکترون با این نیرو کند می شود و ممکن  است به کاتود برگردانده شود. همچنین این امکان وجود دارد که سرعت این الکترون گسیلیده بر اثر برخورد با مولکولی گازی کند شود ولی برای به حداقل رساندن  این اثر کاتود را در یک حباب شیشه ای تخلیه شده قرار می دهند.

       بدین سان الکترونها همواره از سطح کاتود گرم گسیلیده می شوند و سپس در معرض نیروهایی واقع می شوند که می خواهند آنها را به کاتود برگردانند. اغلب الکترونهای گسیلیده  قبل از برگشتن به کاتود تنها به فاصله کوتاهی  از آن دور می شوند؛ این فاصله با سرعت گسیل الکترون متناسب است. بنابراین  پیرامون کاتود را ابری از الکترونها فرا گرفته است، که برخی از آنها از کاتود  دور می شوند و برخی به سوی آن  می آیند. تنها الکترونهایی که برای غلبه بر نیروهای بازدارنده انرژی کافی دارند         می توانند از مجاورت کاتود بگریزند. ابر الکترونی اطراف کاتود بار فضایی نامیده می شود. واضح است که بار فضایی منفی است.

         اگر الکترود دیگر، یعنی آنود، به فضای تخلیه شده وارد شود و نسبت به کاتود پتانسیل مثبت پیدا کند، آنگاه نیرویی ربایشی به الکترونهای گسیلیده وارد می آورد. بنابراین الکترونهای گسیل شده در معرض نیرویی ترمزی ناشی از میدانهای الکتریکی  پدید آمده از کاتود مثبت بار و بار فضایی مثبت بار ، و نیرویی ربایشی ناشی از میدان الکتریکی پدید آمده  از آنود، قرار دارند. در نزدیکی آنود میدان الکتریکی شتاب دهنده از میدان الکتریکی کند کننده بزرگ تر است، درحالی که در نزدیکی کاتود میدان الکتریکی کند کننده غالب است. در نقطه ای میان کاتود و آنود این دو میدان الکتریکی مساويند  و خنثی می شوند و الکترونی که به این نقطه می رسد نه شتابدار است و نه کند شده. الکترونهای گسیلیده ای که برای رسیدن به این نقطه انرژی کافی دارند، تحت تأثیر میدا آنود قرار می گیرند و به سرعت به سوی آنود شتاب می گیرند و درآنجا در جریان سهیم می شوند.

          افزایش پتانسیل مثبت آنود نقطه میدان الکتریکی صفر را به کاتود نزدیک تر می کنند و رسیدن الکترونهای کم انرژی تر را به آنود، ممکن می سازند. بنابراین با افزایش ولتاژ آنود، جریان آنود نیز افزایش می یابد. اگر افزایش ولتاژ آنود به میزانی برسد که موضع میدان الکتریکی صفر در کاتود قرار گیرد، تمامی الکترونهای گسیلیده به آنود می رسند و بار فضایی وجود نخواهد داشت. بنابراین جریان آنود در حداکثر مقدار خود خواهد بود، زیرا الکترونهای گسیلیده دیگری  وجود ندارد که آنود آنها را گردآوری کند. افزایش بیشتر ولتاژ آنود، افزایشی متناظر را در جریان آنود درپی نخواهد داشت؛ تنها راه برای  افزایش جریان آنود افزایش دمای کاتود و در نتیجه افزایش تعداد الکترونهای گسیلیده است.

مواد کاتود

       سه نوع ماده  مختلف برای کاتود لامپهای گرمایونی به کار می برند، انتخاب هر یک از این مواد برای لامپی خاص، به ارائه گستره پتانسیل های آنو بستگی دارد که از لامپ انتظار می رود. در مورد لامپهایی که برای ارائه فقط توانهای کوچک تا اتلاف حدود W300 در آنود طراحی شده اند، و نیز برای اعمال ولتاژهایی تا حدود  V2000 به آنودهای آنها، از کاتودهای اکسیداندود بهره می گیرند. کاتود اکسیداندود شامل آمیز ای  از اکسید باریم و اکسید استرونتیوم است که رویه بدنی نیکلی را اندود می کنند (گاهی هم از موادی مانند تنگستن و مولیبدن روی بدنه کاتود استفاده می شود). وقتی کاتودی از این نوع تا دمای حدود 1000 - 800 گرم شود گسیل کافی الکترون صورت می گیرد.

      لامپهای توان متوسط، که حداکثرتوان اتلافی آنها در آنود W1000 است، در آنود خود به اعمال ولتاژی تا V5000 نیاز دارند که استفاده از چنین  ولتاژهای بالایی از بمباران کاتود از سوی اتم های یونیده حاصل می شود. شدت این بمباران با مقدار ولتاژ آنود  متناسب است و ناشی از فروپاشی سریع کاتود اکسید اندود  است. در لامپهای توان متوسط از کاتودهای تنگستن توریوم اندود استفاده  می شود. کارایی گسیلش این نوع کاتود کمتر از کارایی گسیلش کاتود اندود است، ولی گسیل الکترون کافی در دمای تقریباً 2000 صورت می گیرد.

           لامپهایی که برای ارائه توانهای خیلی زیاد، با اتلاف تا حدود kW100 یا بیشتر، طراحی شده اند باید ولتاژی تا V 000,20 به آنود آنها اعمال شود و شدت بمباران یونی حاصل برکاتود باعث می شود که استفاده ازکاتودهایی سود می برند که از تنگستن خالص ساخته شده باشد. تنگستن خالص گسیلنده ای با کارایی بسیار کم از تنگستن توریم اندود است و باید در دمایی حدود 3000 کار کند.

گرم کردن کاتود

       کاتود لامپ گرمایونی از طریق عبور جریان الکتریکی گرم می شود. در لامپ گرم شونده مستقیم جریان گرم کن مستقیماً از کاتود، یا رشته (فیلامان)، می گذرد، اما در لامپ گرم شونده نامستقیم جریان گرم کن از سیمی مقاومت می گذرد که درون یک کاتود استوانه ای توخالی سوار شده است. کاتود گرم شونده مستقیم را می توان از تنگستن، تنگستن توریم اندود یا تنگستن اکسید استرونتیوم اندود ساخت، در حالی که کاتودهای گرم شونده نامستقیم را همیشه از نیکل (یا ماده بدنه مناسب دیگری) که با آمیزه ای از اکسید باریوم و اکسید استرونتیوم اندود شده است، می سازند.

مشخصه ایستایی

          مشخصه ایستایی لامپ دوقطبی نمودار جریان آنود بر حسب ولتاژ آنود است و می توان آنرا به کمک آرایش مشخص کرد. سنجه های  A₁ و Vبه ترتیب مقادیر جریان  آنود و ولتاژ آن را می خوانند و سنجه A مقادیر جریان گرم کن  را قرائت  می کند. روش اندازه گیری به طور خلاصه چنین است: جریان گرم کن روی مقدایر مناسب نگاه داشته می شود و سپس در چندین مرحله  ولتاژ آنود را افزایش می دهند. در هر مرحله جریان  عبوری از آنود را یادداشت می کنند و سپس این مقادیر جریان را بر حسب ولتاژ آنود رسم می کنند. همان طور که دیده می شود ابتدا جریان آنود با افزایش ولتاژ آنود به سرعت افزایش می یابد تا اینکه به ولتاژی می رسد که در آن جریان با سرعت کمتری شروع  به افزایش می کند. به این ولتاژ ولتاژ زانویا ولتاژ اشباع می گویند. و در این ولتاژ جریان  را جریان اشباع می نامند.

         برفراز نقطه اشباع، تغییرات زیاد ولتاژ آنود تنها تغییرات کمی در جریان آنود در پی دارد زیرا آنود قبلاً تقریباً تمامی الکترونهای گسیلیده را گردآوری کرده است. هرچند در شکل  نموده نشده است، اما یک جریان آنود بسیار کوچک، چند میکروآمپر ، به ازای  ولتاژ صفر و ولتاژهای کم منفی آنود عبور می کند؛ این جریان نشان می دهد که تعداد کمی الکترون با انرژی کافی و بدون کمک میدان شتاب دهنده آنود گسیلیده می شوند و به آن می رسند. اکنون اگر جریان آنود تغییر یابد و همان نحوه اندازه گیری تکرار شود، مشخصه مشابهی به دست می آید ، که تنها فرق آن این است که نقطه اشباع به ازای مقدار ولتاژ دیگری از آنود اتافاق می افتد.

         وقت جریان آنود کمتر از مقدار اشباع باشد آن را محدوده بار فضایی گویند زیرا با افزایش ولتاژ آنود و بنابراین کاهش بار فضایی، همیشه می تواند افزایش یابد. درآن سوی نقطه اشباع جریان را محدوده دما می گویند زیرا تنها می تواند با افزایش دمای کاتود افزایش یابد.

لامپ سه قطبی

         لامپ سه قطبی الکترود سومی شبکه کنترل، هم دارد که بین کاتود و آنود نزدیک به نقطه با حداقل میدان الکترکی جا داده شده است. شبکه کنترل، از یک توری طریف تشکیل می شود، و معمولاً از طریق بستن یک باتری  بین شبکه و کاتود آن را نسبت به کاتود در یک پتانسیل  منفی نگاه می دارند. پتانسیل شبکه، میدان الکتریکی آنود را کاهش می دهد و این امر موجب کاهش تعداد الکترونهایی           می شود که می توانند به آنود برسند.

         اگر شبکه نسبت به کاتود منفی تر شود، میدان الکتریکی آنود بیشتر کاهش می یابد و حتی الکترونهای معدودتری انرژی کافی بدست می آورند تا به آنود برسند. برعکس، اگر شبکه کمتر منفی شود، میدان الکتریکی آنود افزایش می یابد و الکترونهای بیشتری می توانند به آنود برسند. پتانسیل شبکه می تواند تعداد الکترونهایی که به آنود می رسند و بنابراین جریان آنود را به همان طریقی  که پتانسیل آنود کنترل عمل می کرد، کنترل کند. چون شبکه خیل نزدیک تر به کاتود قرار گرفته تا آنود کنترل اعمال شده بر هر ولت تغییر پتانسیل از سوی شبکه بسیار بیشتر از کنترل اعمال شده از جانب آنود است. افزایش مداوم پتانسیل منفی روی شبکه کنترل جریان آنود سه قطبی را به طور فزاینده ای کاهش             می دهد تا اینکه نقطه ای خواهد شبکه کنترل جریان آنود سه قطبی را به طور لفزاینده ای کاهش              می دهد تا اینکه نقطه ای خواهد رسید که جریان آنود از جاری شدن باز می ایستد. ولتاژ شبکه- کاتود که دقیقاً باعث قطع جریان آنود می شود، ولتاژ قطع لامپ نامیده می شود.

          در اغلب مدارها، به شبکه لامپ سه قطبی اجازه داده نمی شود نسبت به کاتود مثبت شود زیرا این عمل باعث جاری شدن جریان شبکه می شود، که همین بر عملکرد مدار اثر زیان بخشی خواهد گذاشت. برای پیشگیری از این امر، معمولاً چند ولتی بیشتر از مقدار حداکثر سیگنالهایی که باید به شبکه اعمال شوند، به شبکه پیش ولت منفی داده می شود. پیش ولت شبکه در فل بعد مورد بحث قرار خواهد گرفت.

          ساختمان لامپ سه قطبی معمولی گرم شونده نامستقیم است. کل مجموعه درون حباب شیشه ای  تخلیه شده ای جا داده شده است و اتصالها به سنجاقهایی در یک پایه عایق پیوند داده می شوند. ساختار سه قطبی گرم شونده مستقیم فقط در استفاده از کاتود نوع نموده شده. گاهی اتصال شبکه یا آنود را          می توان به جای پایه لامپ، به یک سنجاق در نوک حباب وصل کرد و می توان آنود را با پره های سرد کننده مجهز کرد.

پارامترها و مشخصه های ایستایی سه قطبی

          مشخصه های ایستایی لامپ سه قطبی  را می توان با روشی  تجربی، مشابه ترانزیستورها، تعیین کرد. منحنی های حاصل را می توان برای طراحی مدارها یا دادن اطلاعات درباره لامپ به کار برد. معمولاً دو خانواده مشخصه ایستایی کشیده می شود:

الف) منحنی های مشخصه آنود  که نحوه تغییر جریان آنود بر اثر تغییر ولتاژ آنود به ازای مقادیر ثابت ولتاژ شبکه را نشان می دهند.

ب) منحنی های مشخصه متقابل که چگونگی تغیرات جریان آنود نسبت به تغییر ولتاژ شبکه به ازای مقادیر ثابت ولتاژ آنود را نشان می دهند.

        سومین مجموعه منحنی های مشخصه یعنی منحنی های مشخصه تبدیل ولتاژ را نیز می توان رسم کرد، اما از آنجا که کاربرد عملی آنها نادرست است توضیح بیشتری درباره آنها نمی آوریم. لامپ سه قطبی سه پارامتر مفید a.c. دارد و مقادیر آنها را می توان از مشخصه های آنود یا مشخصه های متقابل تعیین کرد. این پارامترها عبارتند از:

الف. r_a ، مقاومت a.c. ی آنود

ب. g_m ، رسانندگی متقابل

ج. μ ضریب تقویت

لامپ پرتوکاتودی

          لامپ پرتو کاتودی (c.r.t.) وسیله ای گرمایونی است  که می تواند مقادیر لحظه ای  سیگنالهای الکتریکی را نمایان سازد. باریکه ای از الکترونهای سریع متوجه پرده ای می شود که از ماده ای فلوئورسان  اندوده شده و بنابراین نقطه نورانی دیدنیی را نشان می دهد. از طریق منحرف کردن باریکه الکترونی، این نقطه مرئی می تواند در حدود پرده حرکت کند و یک شکل موج الکتریکی ترسیم کند.  لامپ پرتوکادی در مهندسی الکترونیک و مخابرات کاربرد فراوانی دارد؛ بدیهی ترین نمونه کاربرد آن در گیرنده تلویزیونی در منزل است و مثال دیگر مهم آن در این کتاب نوسان نمای (اسیلوسکوب) پرتو کاتودی (c.r.o)، یک اسباب اندازه گیری الکتریکی است.

5   لامپ پرتو کاتودی

         اساساً لامپ پرتو کاتودی از یک منبع باریکه الکترون بسیار سریع، یک وسیله کانونی کننده باریکه الکترونی و وسیله انحراف این باریکه در محدوده رویه پرده فلئورسان، تشکیل می شود. از میدانهای الکتریکی و مغناطیسی می توان برای کانونی کردن و انحراف این باریکه بهره گرفت و هر یک مزیتها و معایبی دارند که به انتخاب مناسب آنها برای لامپهای طراحی شده در کاربردهای گوناگون منجر می شوند.

کانونی کردن الکتریکی و انحراف الکتریکی

        ساختمان اساسی یک لامپ پرتوکاتودی که برای کانونی کردن و انحراف باریکه الکترونی از میدانهای الکتریکی سود می برد. این لامپ مشکل از یک حباب شیشه ای تخلیه شده است که در داخل آن یک  تفنگ الکترونی، دو زوج الکترودهای منحرف کننده و یک پرده که جدار داخلی آن با ماده ای فلوئورسان اندوده شده است، قرار دارند. اجزای تفنگ الکترونی عبارتند از ماتود گرم شونده نامستقیم یک مدولاتور یا شبکه استوانه ای که پیرامون کاتود را  فرا یم گیرد و سه (گاهی هم دو) آنود. شبکه در پتانسیلی منفی نگاه داشته می شود و هر آنود، نسبت به کاتود در حالت پتانسیل مثبت قرار دارد. الکترونهای گسیلیده از کاتود در معرض یک نیروی رانشی قرار دارند  که از جانب شبکه منفی وارد          می آید و یک نیروی ربایشی اعمال شده از سوی آنود، قرار دارند.

       پتانسیل های مثبت اعمال شده به آنودها از پتانسیل های منفی اعمال شده بر شبکه بسیار بیشترند (معمولاً V1000+ در مقابل V20- ولی چون شبکه نسبت به آنودها به کاتود خیلی نزدیک تر است، برای کنترل تعداد الکترونهایی که از یک حفره کوچک در شبکه عبور می کنند، تأثیر آن بسیار زیاد است. این الکترونها باریکه الکترونی  را تشکیل می دهند. الکترونهایی که شبکه را ترک می کنند از طریق پتانسیل های مثبت آنود شتاب می گیرند و به سرعت زیادی می رسند و در راستای لامپ حرکت می کنند تا اینکه به پرده برخورد کنند. وقتی که الکترونها به پرده پرخورد می کنند ماده فلوئورسانی که پرده را اندوده است به طور قابل رؤیت  تابان  می شود می شود و آنگاه می توان نقطه ای نورانی را بر رویه پرده دید. روشنایی این نقطه نورانی به تعداد الکترونهایی که به پرده می رسند و سرعت آنها بستگی دارد و این عوامل تحت کنترل پتانسیل شبکه هستند. بنابراین اگر پتانسیل شبکه از طریق تقسیم کننده  پتانسیلی متصل به دو سر یک منبع ولتاژ مناسب تأمین شود می توان یک کنترل  درخشندگی فراهم آورد.

         از آنجا كه هر يك از الكترونهاي گسيليده يك بار منفي حمل مي كند، يك اثر رانشي دوجانبه روي يكديگر دارند، كه باعث مي شود باريكه همچنان كه مسير خود را مي پيمايد و اگرا شود. چنين باريكه اي يك سطح كم نور و تاربر رويه پرده ايجاد مي كند. اگر قرار باشد شكل موجهاي الكتريكي مشاهده شوند، بايد يك نقطه نوراني كوچك و به شدت كانوني شده  روي پرده ديده شود  و بنابراين وسيله اي براي كانوني كردن باريكه  الكتروني ضرورت پيدا مي كند. ميدان الكتريكي كه بين شبكه و نخستين آنود برقرار مي شوند نيروهايي بر الكترونها وارد مي آورد كه آنها را در نقطه اي درست در جلو آنود متمركز مي كند. اين باريكه در آنجا واگرا مي شود و به وسيله ميدانهاي الكتريكي كه در ناحيه اي بين اين سه آنود بر قرار است، به يك كانون دوم در انتهاي لامت آورده مي شود. مي توان نقطه كانوني را چنان تشكيل داد كه با وضعيت پرده انطباق يابد، اين عمل از طريق تنظيم مناسب پتانسيل اعمال شده بر آنود مياني به وسيله كنترل كانون انجام مي شود.

        گاهي اختلاف پتانسيلهاي لازم بين كاتود و آنودها از طريق نگاه داشتن كاتود در يك پتانسيل منفي بالا و نكاه داشتن پتانسيل آنودها در صفر يا يك پتانسيل مثبت كوچك، به دست مي آيد.

        بين سيستم كانوني كننده و پرده دو زوج صفحه منحرف كننده باريكه قرار گرفته است. صفحات x به طور قائم سوار شده اند و يك ميدان الكتريكي افقي تهيه مي كنند تا باريكه الكتروني را در صفحه افقي منحرف كنند. صفحات نصب شده افقي  انحراف را در صفحه قائم تأمين مي كنند.

        وقتي ولتاژي به دو سر صفحه هاي x اعمال مي شود، باريكه در صفحه افقي به سوي صفحه اي كه در پتانسيل مثبت نگاه داشته شده است، منحرف مي شود. مسافتي كه باريكه مي پيمايد با مقدار ولتاژ صفحه متناسب است. حساسيت انحراف ولتاژي است كه بايد به دو سر اين صفحات اعمال شود تا 1 سانتيمتر انحراف  را باري نقطه مرئي روي پرده ايجاد كند. به همين ترتيب، اگر ولتاژي به دو سر صفحات Y داده شود اين نقطه به طور قائم به طور قائم منحرف مي شود. اگر ولتاژها به طور همزمان به صفحات X و Y اعمال شوند. بنابراين، در راستاي  برآيند آنها منحرف مي شود. ازاين رو، اگر دامنه اين دو ولتاژ  و حساسيت انحراف صفحات Xو Y و مساوي باشند، آن نقطه با زاويه ْ45 منحرف مي شود.    حساسيت انحراف با پتانسيل شتاب دهنده بر سومين آنود نسبت عكس دارد، ولي از آنجا كه روشنايي نقطه مرئي به سرعت برخورد الكترونها با پرده بستگي دارد، ولتاژ آنود نمي تواند در تلاش براي افزايش حساسيت انحراف كاهش زيادي پيدا كند. برخي لامپهاي پرتو كاتودي با افزودن يك آنود ديگر  بين صفحات انحراف دهنده و پرده براي تأمين شتاب پس از انحراف بر اين مشكل فائق مي آيند. آنود اضافي شامل يك اندوده گرافيتي بر جداره داخلي لامپ است در پتانسيلي مشابه پتانسل آنود سوم نگاه داشته مي شود.

          برخورد الكترونهاي سريع بر پرده باعث مي شود كه پرده با نور مرئي تابان شود، و رنگ نمايه به ماده فلوئورسان بكار رفته براي پوشش پرده بستگي دارد. معمولاً سبز را بهترين رنگ براي لامپ در نوسان نما مي دانند و براي دستيابي به آن از ارتو سيليكات روي استفاده مي شود. الكترونهاي فرودي براي آنكه سبب شوند پرده الكترونهاي ثانويه گسيل كند، به اندازه كافي انرژي جنبشي دارد. (ر.ك.ص 95). اين الكترونها بايد گردآوردي شوند.

         كاتود برگردند، در غير اينصورت، تعداد الكترونهاي حاضر روي پرده دائماً افزايش مي يابند و در نتيجه باعث مي شوند پرده بار منفي پيدا كند. معمولاً الكترونهاي ثانويه از طريق يك اندوده گرافيتي روي جدا داخلي گردنه لامپ كه به طور غير مستقيم به كاتود وصل شده است، گردآوري مي شوند.

         لامپ پرتو كاتودي نسبت به تمركز الكتريكي و انحراف الكتريكي حساس است و مي تواند بسامدهاي بالاكار كند  اما حداكثر زاويه انحراف بزرگ نيست. به علت وجود اين عوامل اين نوع لامپ در نوسان نماهاي پرتو كاتودي به كار مي رود كه در آن حساسيت و حداكثر بسامد بالا نسبت به زاويه انحراف ممكن از اهميت بيشتري برخوردارند. بنابراين، پرده لامپ نوسان نما هميشه نسبتاً كوچك، معمولاً 5//17 سانتيمتر، است. برعكس، در گيرنده تلويزيوني اندازه پرده هميشه بزرگتر، معمولاً 22 اينچ، 26اينچ، و چنين اندازه هايي زاويه انحراف بزرگ ضرورت پيدا مي كند. بنابراين لامپهاي مورد استفاده درگيرنده هاي تلويزيوني از انحراف الكتريكي باريكه الكتروني بهره نمي گيرند.

كانوني كننده مغناطيسي و انحراف مغناطيسي

        جزئيات ساختماني اساسي لامپ پرتو كاتودي كه هم از كانوني كننده مغناطيسي و هم از انحراف مغناطيسي باريكه الكتروني استفاده مي كند در شكل زير نموده شده است. الكترونها از كاتود گرم گسيل مي شوند و از ميان سوراخ شبكه استوانه اي عبور مي كنند تا با پتانسيل هاي مثبت آنودها با سرعت زيادي شتاب پيدا كنند.

         ميدان الكتريكي برقرار شده بين شبكه و آنود اول، باريكه الكتروني  را كه در نقطه اي در نزديكي آنود كانوني مي كند، كه بعد از اين؛ واگرا شدن باريكه اغاز مي شود. آهنرباهاي دائمي كه در پيرامون جدار خارجي  لامپ نسبت شده اند، يك ميدان مغناطيسي ايجاد مي كنند كه باريكه الكتروني واگرا از ميان آن عبور مي كند.

         نيروهاي مغناطيسي بر باريكه وارد مي آيند و برآن اثر مي گذارند و آن را بر پرده متمركز               مي كنند. تنظيم ريز نقطه كانوني از طريق حركت دادن موضوع  فيزيكي آهن ربا ها و در نتيجه تغيير ميدان مغناطيسي برقرار شده و در داخل لامپ امكان پذير است. وقتي كه آهن رباها به همديگر نزديكتر شوند ميدان مغناطيسي كه توليد مي كنند افزايش مي يابد و سپس باريكه در نقطه اي نزديك تر به آهن رباها متمركز مي شود. به همين ترتيب افزايش فضاي بين آهن رباها نقطه بين كانوني باريكه را نسبت به موضوع آهن رباها به نقطه اي دورتري منتقل مي كند. آنگاه باريكه الكتروني از ميان ميدان مغناطيسي برقرار شده  به وسيله دو زوج پيچك منحرف كننده كه روي يك قالب عايق پيچيده شده و در گردنه لامپ نصب شده اند، عبور مي كند.

لامپهاي تلويزيون رنگي

        رايجترين نوع لامپ تلويزيون رنگي لامپ با محافظ سايه دار نام دارد. اين لامپ سه تفنگ الكتروني جداگانه دارد، كه هر كدام يك باريكه الكتروني را متوجه پرده مي كند. پرده با سه نوع ماده مختلف فلوئورسان اندوده شده است، كه در هنگام بخورد با الكترونهاي سريع، يكي از آنها با نور آبي، يكي با نور قرمز، و سومي با نور سبز مي درخشند. پرده به تعداد زيادي سطوح كوچك تقسيم شده است كه هر سطح شامل يك ماده فلوئورسان است.

         باريكه الكتروني ناشي از يك تفنگ خاص بايد فقط قادر باشد به عناصر يك رنگ از پرده برخورد كند. براي دستيابي به اين هدف، يك ورقه پولادي مشبك، به نام حفاظ سايه دار، بين تنفنگهاي الكتروني و پرده ها نصب مي شود، و محل آن را با دقت تعيين مي كنند. وقتي باريكه هاي الكتروني پرده را خردكاوي  مي كنند نور سه رنگ مختلف گسيليده مي شود و چشم رنگي را كه متناظر با تركيب آنهاست مي بينند.

مبناهاي زماني

         شكل موجهاي ولتاژ متناوب توابعي از زمان هستند و براي نمايش درست چنين شكل موجي روي لامپ پرتو كاتودي نوسان نما، نقطه مرئي بايد با سرعت ثابتي بر رويه پرده حركت كند. وقتي كه نقطه به سمت راست پرده مي رسد، بايد سرعت به چپ برگردانده شود، تا دوباره پيمودن يك مسير ديگر را در عرض پرده آغاز كند. براي برآوردن اين نياز، بايد ولتاژي را كه نسبت به زمان به طور خطي يا يك مقدار حداكثر بالا مي رود و سپس به سرعت به صفر سقوط مي كند به دو سر صفحات X اعمال شود.  چنين شكل موج ولتاژي را دندانه اره اي مي نامند. به وسيله يك مدار مبناي زماني توليد مي شود.          مطلوب اين است كه برگشتي سريع باريكه الكتروني اثر مرئيي بر پرده ايجاد نكند؛ اين كار از طريق اعمال تپهاي حذف كننده به شبكه لامپ در خلال دوره برگشتي، انجام مي شود. اين تب هاي منفي لامپ را به بعد از نقطه قطع پيش ولت مي كند و بنابراين هيچ الكتروني از كاتود گسيل نمي شود.

        اگر ولتاژ متناوبي به دو سر صفحات Y اعمال شود، باعث مي شود كه باريكه الكتروني به طور همزمان در صفحه قائم منحرف شود و اگر زمان تناوب مبناي زماني و ولتاژهاي سيگنال مساوي باشند، يا يكي مضرب كوچك صحيحي از ديگري باشد، نقطه مرئي شكل موج صحيحي را روي پرده رسم  مي كند.

         موضوع نقطه مرئي روي پرده به وسيله برآيند نيروي منحرف كننده وارد بر تاريكه الكتروني تعيين مي شود. بنابراين، در لحظه زماني 1 هر دو ولتاژ صفر اند و نقطه منحرف نمي شود. در لحظه  2 ولتاژ در حداكثر مقدار مثبت خود است  و ولتاژ مبناي زماني به طور خطي افزايش يافته و در يك چهارم مقدار نهايي خود واقع است؛ موضوع لحظه اي نقطه از طريق تصوير كردن هر دو شكل موج، كه با خط چين نشان داده شده است، و مشخص كردن نقطه تقاطع آنها، به دست مي آيد. به روش مشابهي، موضوع نقطه را در لحظه هاي 3، 4 و 5 مي توان تعيين كرد. در لحظه 5، ولتاژ مبناي زماني به مقدار حداكثر خود         مي رسد و آنگاه به طور ناگهاني به صفر بر مي گردد تا صعود بعدي را شروع كند. از آنجا كه پس فروزش ماده فلوئورسان كوتاه است، در هر لحظه عملاً فقط سطح كوچكي  از پرده مي درخشد ولي، بعلت باقي ماندن اثر دي در چشم انسان، يك اثر مداوم به نظر مي رسد.

         موضوع شكل موج نمايش يافته روي پرده مي تواند از طريق برهم نهادن يك ولتاژ پيش ولت a.c. بر سيگنال و/ يا ولتاژ مبناي زماني هم در صفحه افقي و هم در صفحه قائم تنظيم شود. ولتاژهاي پيش ولت را مي توان به وسيله مقاومت هاي متغير به ترتيب به نام فرمانهاي انتقال XوY تنظيم كرد.

6   تقويت كننده هاي سيگنال كم دامنه

        لامپهاي گرمايوني ( غير از ديودها) و ترانزيستورها مي توانند سيگنال هاي جريان متناوب را تقويت كنند زيرا جريان خروجي آنها مي تواند با يك سيگنال اعمال شده و بر سر وروديشان كنترل شود. تغييري در سيگنال ورودي تغييري در جريان خروجي را در پي دارد،  و اگر به ولتاژ يا توانايي خروجي نياز باشد بايد جريان خروجي از يك بار مقاومتي در مدار خروجي عبور كند.

         مقاومت ظاهري لامپ گرمايوني خيلي بالا بوده و وسيله اي است كه با ولتاژ كار مي كند، يعني تقويت كننده اي لامپي است كه فقط مي تواند بهره ولتاژ را تأمين كند. بهره ولتاژ به صورت نسبت تغيير ولتاژ خروجي به تغيير ولتاژ ورودي موجد آن، تعريف مي شود. از سوي ديگر، مقاومت ظاهري ورودي ترانزيستور نسبتاً كم است و براي اينكه كار كند به يك جريان ورودي نيازمند است؛ بنابراين، يك تقويت كننده ترانزيستوري، مي تواند بهره ولتاژ، جريان يا توان ارائه دهد.

انتخاب نقطه كار

       مشخصه متقابل ديناميكي لامپ با يك بار آنود مقاومتي نشان مي دهد كه چگونه جريان خروجي آن بر اثر تغيير ولتاژ ورودي به ازاي مقادير ويژه مقاومت بار و ولتاژ تغذيه، تغيير جريان گردآور ترانزيستوربر اثر تغيير جريان پايه به ازاي مقادير ويژه مقاومت بار گردآور و ولتاژ تغذيه گردآور تغيير مي كند.

        مي توان از يك مشخصه ديناميكي به طور نموداري، براي تعيين موج جريان خروجي براي يك شكل موج سيگنال ورودي ويژه استفاده كرد. به طور ايده آل اين دو موج بايد يكسان باشند، ولي اين موضوع نيازمند آن است كه مشخصه ديناميكي مطلقاً خطي باشد. در عمل، هميشه مقداري ناخطي بودن وجود دارد و براي كمترين واپيچش سيگنال، بايد دقت كرد كه كار به خطي ترين بخش منحني محدود شود. براي اين كار، بايد يك نقطه كار مناسب،  يا نقطه آرامش، انتخاب شود و دامنه علامت ورودي بايد محدود باشد. نقطه كار انتخاب شده از طريق بكارگيري  يك پيش ولت  يا پيش جريان يكنواخت تثبيت مي شود. براي دستيابي به سيگنال حداكثر، نقطه كار معمولاً در مركز بخش خطي منحني مشخصه ديناميكي قرار داده مي شود. آنگاه سيگنال متناوب مركزي واقع بر اين نقطه كارنوسانات مساوي جريان خروجي در بالا  و پايين مقدار آرامش توليد مي كند. اگر به حداكثر نوسانات ولتاژ و يا جريان خروجي بدون واپيچش نيازي نباشد، نقطه كار را مي توان چنان انتخاب كرد كه يك جريان گردآور ضعيف d.c. را به دست دهد تا مصرف تغذيه توان را (به ويژه اگر از باتري استفاده مي شود) به حداقل برساند يا به منظور رسيدن به مقدار ويژه جريان گردآور، كه در آن بهره  جريان h_fe ترانزيستور حداكثر باشد.

         جريان خروجي را مي توان به راحتي جريان مستقيم دانست كه با يك جريان متناوب بر هم نهاده شده است. جريان مستقيم با جرياني برابر است كه وقتي سيگنال ورودي صفر باشد، جاري مي شود يعني جريان آرامش  و مقدار نوك به نوك جريان متناوب -I_minI_max است. واضح است كه جريان خروجي هميشه در خلال يك چرخه موج سيگنال  ورودي جاري است.  وسيله فعال را وسيله اي گويند كه در شرايط رده A كار كند. مقدار نوك شكل موج سيگنال بايد هميشه كمتر از پيش ولت يا پيش جريان باشد، در غير اينصورت موج خروجي واپيچيده خواهد بود.

عملكرد  رده B و رده C

        عملكرد رده A در يك تقويت كننده واپيچش سيگنال پاييني را ارائه مي دهد. حداكثر كارايي نظري  كه مي توان d.c. آن را از منبع تغذيه توان مي گيرد، به توان خروجي سيگنال a.c. تبديل                 مي شود كه فقط 50% است، كارايي هاي عملي خصوصاً در حالت تقويت كننده هاي گرمايوني از اين مقدار كمترند. براي كسب كارايي  بيشتر از اين تقويت كننده مي تواند در شرايط رده B يا رده C كار كند.

          نقطه كار با عمل رده B كه به ترانزيستور مربوط مي شود، در وضعيت قطع قرار مي گيرد. جريان خروجي تنها در نيم چرخه هاي متناوب  شكل موج سيگنال جاري مي شود. واضح است كه شكل موج جريان خروجي به ميزان زيادي واپيچيده است؛ بنابراين پيش ولت رده B فقط مي تواند در مدارهايي بكار رود كه قادرند نيم چرخه هاي حذف شده موج سيگنال را ذخيره كنند. چنين مدارهايي تقويت كننده هاي پوش - پول و تقويت كننده هاي بسامد راديويي - كوك نام دارند. بازده نظري عمل رده B حداكثر 5/78/0 است.

         با پيش ولت رده B حتي به بازده بيشتري مي توان دست يافت. با پيش ولت رده C نقطه كار درست بعد از نقطه قطع قرار دارد. جريان خروجي به صورت يك رشته  تپهاي باريك با دوامي كمتر از نصف زمان تناوب شكل موج سيگنال ورودي، جاري مي شود. پيش ولت رده C در تقويت كننده هاي توان بسامد راديويي و در بعضي مدارهاي نوسان ساز بكار مي رود نه پيش ولت B و نه رده C                 نمي توانند در پيوند با تقويت كننده بسامد شنيداري با مقاومت بار مورد استفاده قرار گيرند، زيرا در اين صورت اعوجاج (واپيچش) زيادي حاصل خواهد شد.

        پيش ولت لامپ براي اطمينان از عمل لامپ  در قسمت خطي منحني مشخصه ديناميكي لامپ لازم است كه يك پيش ولت منفي به شبكه لامپ اعمال شود، اين عمل براي اطمينان حاصل كردن از اين نكته هم هست كه شبكه رد خلال نيم چرخه هاي مثبت سيگنال ورودي  مثبت نخواهد شد شرط دوم ضرورت جلوگيري از عبور جريان شبكه است زيرا اين جريان اعوجاج بيشتري در سيگنال به وجود خواهد آورد.

         روش رايج تأمين يك پيش ولت شبكه اتصال يك باتري به مدار شبكه- كاتود است. در اينجا V_gbنيروي محركه الكتريكي پيش ولت باتري و R_g مقاومتي است كه يك مسير جريان مستقيم براي پيش ولت براي اعمال به شبكه را فراهم مي آورد. مقاومت  R_g بزرگ، در حدود 5/0 الي يك مگا اهم اختيار مي شود، بطوريكه مسير سيگنال را  موازي نكند. هيچ جريان مستقيمي در R_g جاري نمي شود و انرژي  بر مقدار پيش ولت شبكه ندارد. روش رايج ديگر براي دستيابي به پيش ولت شبكه اتصال يك مقاومت در مدار كاتود است.

        جريان كاتود I_k لامپ در مقاومت كاتود R_k جاري مي شود و يك ولتاژ، I_k R_kولت، پديد مي آيد كه قطبيت آن مطابق شكل است. با فرض صفر بودن جريان شبكه، لامپ نسبت به كاتود از طريق ولتاژي  كه در دور سر  R_k به وجود مي آيد، منفي است. مقدار R_k را چنان انتخاب مي كنند كه ولتاژ مطلوب پيش ولت شبكه را بدهد.

 7    مولدهاي شكل موج

شكل موجها

         مولد موج مداري الكترونيكي است كه براي توليد يك نيروي محركه الكتريكي متناوب با بسامد و شكل موج معلوم طراحي شده باشد. انواع مختلف شكل موج ها را مي توان به وسيله اين مدارها توليد كرد، كه برخي از آنها كاربرد  گسترده اي دارند و كاربرد ساير انواع ان محدودترند . متداول ترين نوع كاربرد آنها در عمل عبارتند از شكل موج هاي سينوسي، مستطيلي، و دندانه اره اي. شكل موج هاي سينوسي به وسيله مولد هاي موج به نام نوسان گر پديد مي آيند در صورتي كه شكل موج هاي مستطيلي و دندانه اره اي را مي توان به وسيله ارتعاشگرهاي ناپايدار يا با ارتعاشگرهاي سد كننده توليد كرد.

          نوسانگرها چنان طراحي شده اند كه موجي را كه دامنه و بسامد آن نسبت به زمان به طور محسوسي ثابت باشد توليد كنند؛ برخي از مدارها براي توليد سيگنال خروجي  با دامنه  و يا بسامد ثابت ساخته شده اند، در صورتي كه ساير مدارها داراي دامنه خروجي و يا بسامدي هستند كه پيوسته تغيير مي كنند.

       شكل موجهاي سينوسي براي مقاصد  بسيار گوناگوني در مدارهاي الكتريكي - مخابراتي  بكار            مي روند. بسياري از روشهاي اندازه گيري بر اساس استفاده از سيگنال سينوسي با منحني هاي مشخصه معلوم، استوارند. مثلاً، بهره يك تقويت كننده را مي توان با استفاده از آرايش نمايش يافته اندازه گيري كرد. دامنه و بسامد خروجي نوسانگر در مقادير مناسب تنظيم مي شوند و ولتاژ، V_out ظاهر شده در دو سر مقاومت بار اندازه گيري مي شود.

 نوسانگرهاي L-C

       نوسانگر سينوسي (لامپي يا ترانزيستوري) را مي توان يك تقويت كننده دانست كه سيگنال ورودي خود را تأمين مي كند، اين سيگنال ورودي از سيگنال خروجي گرفته مي شود. (شكل زير) دليل ممكن بودن اين كار آن است كه تراز سيگنال مورد نياز در دو سر ورودي يك تقويت كننده به طور چشمگيري از تراز سيگنال خروجي تقويت شده كمتر است. ترانزيستور يا لامپ به صورت مبدل انرژي الكتريكي عمل مي كند، درحالي كه توان d.c. را از منبع تغذيه آنود مي گيرد و بخشي از آن را  به صورت توان a.c. در سيگنال خروجي تبديل مي كند. در مدارهاي لامپي  كه مي خواهيم توصيف كنيم، هم مي توان از سه قطبي ها و هم از پنج قطبي ها استفاده كرد ولي فقط مدارهاي سه قطبي  نموده خواهند شد.

        نوسانگرها بعنوان منبع نيروي محركه الكتريكي متناوب در تجهيزات  ارتباطات خطي،  راديويي، و الكترونيكي كاربردهاي فراواني دارند و معمولاً فراواني دارند و معمولاً لازم است كه از نظر بسامد بسيار پايدار باشند. با نوسانگرهاي ساده اي كه توصيف مي شوند نمي توان به پايداري بسامدي از مرتبه بالاتر دست يافت، و نوسانگرهاي ساده اي كه توصيف مي شوند نمي توان به پايه بسامدي از مرتبه بالاتر دست يافت، و نوسانگرهاي بسيار پايدار ديگري را در عمل بكار مي برند. از ساير مشخصات مهم آنها خلوص شكل موج خروجي، و ثبات تراز خروجي بر اساس تغييرات بسامد و يا در ولتاژ تغذيه توان است.

مدار نوساني

        اگر خازني، C فورادي، از يك منبع تغذيه d.c. پر شود، در دو سر آن اختلاف پتانسيلي p ولتي برقرار مي شود و در دي الكتريك آن مقداري انرژي الكتريكي  ²CV ژول، ذخيره مي شود. اين خازن باردار را چنان در نظر بگيريد كه مطابق شكل زير، به دو سر يك القاگر بسته شده است.  مدار كاملي به وجود مي آيد و بدين سان خازن از طريق القاگر تخليه و يك جريان ناجاري مي شود.

وقتي كه ميدان مغناطيسي كاملاً فروافت كرد، جريان به صفر سقوط كرده و خازن مجدداً تا ولتاژي كه تا اندازه گيري كمتر از قبل است، مثلاً (Vδ- V)، كه در آن Vδ يك تغيير ولتاژ جزئي است، كاملاً پر مي شود. تقريباً تمامي انرژي مغناطيسي به شكل انرژي الكتريكي ذخيره شده  در دي الكتريك  خازن تبديل شده است، و دوباره مقداري اترژي به شكل r²i در مقاومت مدار تلف شده است. اكنون خازن مجدداً شروع به خالي شدن از طريق القا گر مي كند.

         ولي اين بار جريان جاري شده در جهت عكس حالت قبل است. مجدداً ميدان مغناطيسي در اطراف القاگر ايجاد مي شود كه با افزايش شدت جريان خالي شدن، افزايش مي يابد. وقتي خازن كاملاً خالي شد، جريان شروع به افت مي كند و ميدان مغناطيسي در حال فرو افت يك نيروي محركه الكتريكي در سيم پيچ هاي القاگر، القا مي كند كه سعي مي كند عبور جريان را در جهت جديد آن حفظ كند. خازن با قطبيت اوليه خود به وسيله اين جريان پر مي شود و وقتي كه كاملاً پر شد (تا ولتاژي كمتر از قبل) يك چرخه جريان نوسازي كامل شده است.