أنواع الصمامات الثنائية: - كتاب الهندسة - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 الصمامات الثنائية والترانزستورات

المفاهيم الأساسية

الصمامات الثنائية (Diodes): عناصر إلكترونية شبه موصلة تستخدم في أغراض متنوعة مثل تحويل التيار المتردد إلى مستمر، وإنشاء البوابات المنطقية البسيطة، وفك تضمين إشارات الراديو.

الترانزستورات (Transistors): مكونات تصنع من أشباه الموصلات، تستخدم لتبديل وتضخيم الإشارات. حلت محل الصمامات المفرغة بسبب صغر حجمها، وقلة استهلاكها للطاقة، وتكلفتها المنخفضة.

خريطة المفاهيم

```markmap

الجبر البوليني ونظرية دي مورجان (صفحة 68)

1. أساسيات الجبر البوليني

المجموعة

• {0، 1}

العمليات الأساسية

• AND (.)
• OR (+)

قاعدة المخرج

• ناتج العمليات (AND و OR) ينتمي إلى المجموعة {0، 1}

2. خصائص العمليات

خصائص AND

• A . 1 = A
• A . 0 = 0
• A . A = A
• A . A̅ = 0

خصائص OR

• A + 1 = 1
• A + 0 = A
• A + A = A
• A + A̅ = 1

3. القوانين الأساسية

قانون التوزيع

• A . (B + C) = A.B + A.C
• A + (B . C) = (A + B) . (A + C)

قانون النفي المزدوج

• A̿ = A

4. نظرية دي مورجان

الصيغ

• (A . B . C)̅ = A̅ + B̅ + C̅
• (A + B + C)̅ = A̅ . B̅ . C̅

طريقة التطبيق

• استبدال كل عنصر بمتممه
• تغيير AND إلى OR (والعكس)

5. معلومات عامة

البوابات المنطقية

• قد تحتوي على أكثر من مدخلين
• لها مخرج واحد فقط

تطبيق القواعد

• تنطبق نفس القواعد على منطق العمليات

6. مثال: إثبات العلاقة (صفحة 69)

طريقة الإثبات

#### باستخدام جدول الحقيقة

• تمثل المتغيرات (A, B, C) في الصفوف
• تمثل الأعمدة المعادلات المراد حسابها

#### باستخدام الجبر البوليني

• استخدام القواعد التي تم تعلمها

العلاقة المثبتة

• (A + B) \cdot (A + C) = (A + B \cdot C)

7. البوابات المنطقية الأساسية (صفحة 70)

بوابة NOT

• المدخلات: 1 (A)
• المخرج: Y = \overline{A}
• جدول الحقيقة:

- A=1 → Y=0

- A=0 → Y=1

بوابة AND

• المدخلات: 2 (A, B)
• المخرج: Y = A \cdot B
• جدول الحقيقة:

- (0,0) → 0

- (0,1) → 0

- (1,0) → 0

- (1,1) → 1

بوابة OR

• المدخلات: 2 (A, B)
• المخرج: Y = A + B
• جدول الحقيقة:

- (0,0) → 0

- (0,1) → 1

- (1,0) → 1

- (1,1) → 1

8. البوابات المنطقية XOR و NAND و NOR (صفحة 71-72)

بوابة XOR

• المدخلات: 2 (A, B)
• المخرج: Y = A ⊕ B
• السلوك: 0 إذا كان المدخلان متماثلين، 1 إذا كانا مختلفين

بوابة NAND

• التكوين: AND متبوعة بـ NOT
• المخرج: Y = \overline{A \cdot B}
• السلوك: عكس مخرج بوابة AND

بوابة NOR

• التكوين: OR متبوعة بـ NOT
• المخرج: Y = \overline{A + B}
• السلوك: عكس مخرج بوابة OR

9. معلومات عامة (صفحة 72)

البوابات المركبة

• تسمى مجموعة دوال AND أو OR المدمجة معاً والتي تليها بوابات NOT باسم NAND أو NOR.
• تمثل بوابات NAND و NOR أقل من الترانزستورات في معظم الأنظمة المنطقية.

10. البوابات المنطقية NOR و XNOR (صفحة 73)

بوابة NOR

• التكوين: OR متبوعة بـ NOT
• المخرج: Y = \overline{A + B}
• السلوك: عكس مخرج بوابة OR
• جدول الحقيقة:

- (0,0) → 1

- (0,1) → 0

- (1,0) → 0

- (1,1) → 1

بوابة XNOR

• التكوين: XOR متبوعة بـ NOT
• المخرج: Y = \overline{A ⊕ B}
• السلوك: عكس مخرج بوابة XOR
• جدول الحقيقة:

- (0,0) → 1

- (0,1) → 0

- (1,0) → 0

- (1,1) → 1

11. ملخص العمليات المنطقية (صفحة 73)

الجدول 3.3: العمليات المنطقية والتعبيرات

• NOT: Ā
• AND: A · B
• OR: A + B
• XOR: A ⊕ B
• NAND: \overline{A · B}
• NOR: \overline{A + B}
• XNOR: \overline{A ⊕ B}

12. رسم الدوائر المنطقية من دالة (صفحة 74)

طريقة الرسم

• البدء برسم المخرجات أولاً
• ثم رسم المدخلات

مثال: إنشاء دائرة الدالة

• Y = A · B + A · C

خطوات الرسم

#### الخطوة 1

• إنشاء البوابة المنطقية OR

#### الخطوة 2

• إنشاء البوابات المنطقية AND و AND

#### الخطوة 3

• إنشاء البوابات المنطقية NOT لكل من A و C

13. تصميم الدالة بالبوابات المنطقية (صفحة 75)

مثال التبسيط

• الدالة الأصلية: Y = (A + B) \cdot (A + C)
• الدالة المبسطة: Y = A + (B \cdot C)

المقارنة بين الدائرتين

#### دائرة 1 (غير مبسطة)

• تستخدم: بوابتين OR و بوابة AND واحدة
• التصميم: (A+B) → OR1، (A+C) → OR2، مخرجهما → AND

#### دائرة 2 (مبسطة)

• يستخدم: بوابة OR واحدة و بوابة AND واحدة
• التصميم: (B.C) → AND، الناتج مع A → OR

فائدة التبسيط

• تقليل عدد البوابات المنطقية المستخدمة.
• تقليل تكلفة المواد في تصميم الأجهزة الإلكترونية.

14. تمارين (صفحة 76)

التمرين 1

• ما الفرق الرئيسي بين الدائرة الرقمية والدائرة الكهربائية؟

التمرين 2

• ما البوابة المنطقية التي تنتج دائماً القيمة 1 عند وجود مدخلات مختلفة؟

التمرين 3

• صل نوع العملية بالتعبير المنطقي المناسب.

#### العمليات

• NOT
• AND
• OR
• XOR
• NAND
• NOR
• XNOR

#### التعبيرات المنطقية

• A · B
• A + B
• A ⊕ B
• Ā

15. تمرين: تحديد البوابات وملء جداول الحقيقة (صفحة 77)

بوابة NAND

• التعبير البوليني: Y = \overline{A \cdot B}
• جدول الحقيقة:

- A=0, B=0 → Y=1

- A=0, B=1 → Y=1

- A=1, B=0 → Y=1

- A=1, B=1 → Y=0

بوابة NOR

• التعبير البوليني: Y = \overline{A + B}
• جدول الحقيقة:

- A=0, B=0 → Y=1

- A=0, B=1 → Y=0

- A=1, B=0 → Y=0

- A=1, B=1 → Y=0

بوابة XOR

• التعبير البوليني: Y = A ⊕ B
• جدول الحقيقة:

- A=0, B=0 → Y=0

- A=0, B=1 → Y=1

- A=1, B=0 → Y=1

- A=1, B=1 → Y=0

16. تمارين تطبيقية (صفحة 78)

التمرين 5

• بسّط الدالة Y = Ā · (B + C) ثم ارسم جدول الحقيقة.

التمرين 6

• استخدم الجبر البوليني لتبسيط الدالة Y = A · [B + C · (D + E)] إلى أبسط دائرة ممكنة.

التمرين 7

• استخدم الدالة Y = Ā · B + A · B لرسم الدائرة من مُخرجاتها إلى مُدخلاتها.

#### رسم الدائرة

• يتم تمثيل الدالة برسم بوابة OR.
• مدخلا البوابة هما التعبيران Ā · B و A · B.

17. تمارين على البوابات المنطقية (صفحة 79)

التمرين 8

#### الجزء الأول

• اكتب التعبير البوليني لكل بوابة منطقية تم تمثيلها بالشكل.

#### الجزء الثاني

• ما ناتج المخرج إذا كان كل من A و B و C صوابا (1)؟

#### العناصر المرئية المرتبطة

• مخطط البوابات المنطقية: يوضح مجموعتين من البوابات (OR، XOR، AND، NOT). كل مجموعة تأخذ المدخلات A، B، C وتعطي مخرجاً بناءً على تكوين البوابات.

18. مخططات كارنوف (صفحة 80)

تعريف

• مخططات طورها موريس كارنوف عام 1953م في مختبرات بيل.
• تُستخدم لتصميم الدوائر الرقمية وتمثيل مخرجاتها المعقدة بوضوح.

الهدف

• استبدال حسابات الجبر المنطقي المعقدة لأكثر من مدخلين متغيرين.
• عرض نفس معلومات جدول الحقيقة بتنسيق أكثر إحكامًا وسهولة في القراءة.

طريقة التمثيل

• في جدول كارنوف، تُستبدل المتغيرات بالرقم 1 ومتمماتها بالرقم 0.

19. تبسيط الدوال باستخدام جدول كارنوف (صفحة 81)

خطوات التبسيط

#### 1. تحديد الحد الأصفر من حدود الدالة.

#### 2. تحديد الأحاد (1) ووضعها في جدول كارنوف.

#### 3. إنشاء حلقات بين الأحاد المتجاورة (1) في عدد زوجي من المربعات (2 أو 4 أو 8).

#### 4. كتابة الحد الأصفر من الحدود الناتجة عن طريق حذف الحد ومتممه في الحلقة.

#### 5. ربط الحدود المتبقية، وهي حد من كل حلقة بعملية OR (+) في الشكل النهائي للدالة.

مثال التبسيط

• الدالة الأصلية: B · A + B · A + B · A + B · A = Y
• الحدود المحذوفة: A · B ، A · B
• الشكل النهائي للدالة: Y=A+B

قواعد مهمة

• يجب أن تكون الأحاد المدمجة عدداً زوجياً دائماً.
• في الحلقة، إذا تغير متغير (مثل B) فإنه يُحذف، ويبقى المتغير الثابت (مثل A).

20. مثال تطبيقي على التبسيط (صفحة 82)

الدالة الأصلية

• Y = A · B + A · B + A · B

التبسيط باستخدام الجبر البوليني

• يمكن تبسيط الدوال ذات متغيرين بسهولة باستخدام الجبر البوليني دون الحاجة لجدول كارنوف.

نتيجة التبسيط

• الدالة المبسطة: Y = A + B

المقارنة البصرية

#### الدائرة المعقدة (قبل التبسيط)

• تستخدم بوابات AND و OR و NOT متعددة لتنفيذ Y = A · B + A · B + A · B.

#### الدائرة المبسطة (بعد التبسيط)

• يستخدم بوابة OR واحدة فقط لتنفيذ Y = A + B.

جدول كارنوف للمتغيرين (A, B)

| | B=0 | B=1 |

|---|---|---|

| A=0 | 0 | 1 |

| A=1 | 1 | 1 |

21. تبسيط الدوال باستخدام كارنوف (صفحة 83)

استخدام جدول كارنوف

• للدوائر ثنائية المدخل: ليس شائعاً، تُبسط عادةً بالجبر البولي.
• للدوال بأكثر من مدخلين: يمكن الاستعانة بجدول كارنوف.

طريقة بناء الجدول (3 متغيرات A, B, C)

• الصف الأفقي: قيمتا 0 و 1 للمتغيرين A و B، بحيث تتغير قيمة متغير واحد فقط في المربعات المتتالية.
• العمود الرأسي: قيم المتغير C.

مثال تطبيقي

• الدالة: A . B . C + A . B . C + A . B . C
• التبسيط باستخدام الجبر البولي: افتراض أن الحد A . B . C + A . B . C يُبسط إلى A . C لأن B + B = 1.
• النتيجة المبسطة: Y = B · C + A · C

ملاحظة مهمة

• يمكن أن توصل الحدود الصفرية الجديدة إلى الخلايا التي تحتوي على الأحاد بالفعل.

22. تبسيط دوال بأربعة متغيرات (صفحة 84)

مثال 1

• الدالة الأصلية: Y = A · B · C · D + A · B · C · D + A · B · C · D + A · B · C · D
• الدالة المبسطة: Y = A · B

مثال 2

• الدالة الأصلية: Y = A · B · C · D + A · B · C · D + A · B · C · D + A · B · C · D
• الدالة المبسطة: Y = A · D + A · B · C

مثال 3

• الدالة الأصلية: Y = A · B · C · D + A · B · C · D
• الدالة المبسطة: Y = B · C · D

ملاحظة عامة

• في بعض الحالات، عندما تظهر الأعداد (1) في مواضع الحدود الخارجية لجدول كارنوف، يمكن الوصول إلى الحدود الصغرى منها.

23. تمرينات على جدول كارنوف (صفحة 85)

التمرين 1

• ما سبب استخدام جدول كارنوف في الدوائر الرقمية؟

التمرين 2

• استخدم الخلايا المرقمة للمُخْرَج ۷ لتعبئة جدول كارنوف أدناه.

التمرين 3

• استخدم الدالة المعطاة لاكتشاف الأخطاء في جدول كارنوف وضع دائرة حولها.

#### الدالة المعطاة

• Y=A·B·C+A·B·C+A·B·C

24. تمارين تطبيقية على جداول كارنوف (صفحة 86)

التمرين 4

• استخدم جدول كارنوف لاستخراج أصغر دالة من ثلاثة مُدْخَلات.

#### جدول كارنوف (ثلاثة متغيرات A, B, C)

| AB\C | 00 | 01 | 11 | 10 |

|---|---|---|---|---|

| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |

| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |

التمرين 5

• استخدم جدول كارنوف لاستخراج أصغر دالة من أربعة مدخلات.

#### جدول كارنوف (أربعة متغيرات A, B, C, D)

| AB\CD | 00 | 01 | 11 | 10 |

|---|---|---|---|---|

| 00 | 0 | 0 | 1 | 0 |

| 01 | 1 | 0 | 0 | 1 |

| 11 | 1 | 0 | 0 | 1 |

| 10 | 0 | 0 | 1 | 0 |

التمرين 6

• عند إدخال (000)، (100)، (110)، (111) (A, B, C) تظهر 1 كمخرج.
• استخدم هذه الأرقام لوضع الآحاد في جدول كارنوف، ثم أوجد الدالة المبسطة.

#### جدول كارنوف (ثلاثة متغيرات A, B, C)

| AB\C | 00 | 01 | 11 | 10 |

|---|---|---|---|---|

| 0 | ? | ? | ? | ? |

| 1 | ? | ? | ? | ? |

25. رسم الدائرة الرقمية (صفحة 87)

المهمة

• ارسم الدائرة الرقمية المقابلة بعد الوصول إلى الدالة المبسطة.

العناصر المرئية المرتبطة

• شبكة فارغة: شبكة ديكارتية قياسية (من -10 إلى 10 على كل محور) جاهزة لرسم الدالة.

26. المكونات الأساسية للدوائر الرقمية (صفحة 88)

المكونات الأساسية

• أسلاك التوصيل: لتوصيل جميع المكونات.
• الصمامات الثنائية (Diodes): لتتبع اتجاه التيار.
• الترانزستورات (Transistors): لتغيير الإشارات الرقمية بين 0 و 1.

البوابات المنطقية

• تتكون من مجموعة من الترانزستورات.
• تنفذ المنطق البوليني داخل الدائرة.

مكونات معقدة من البوابات

• المجمعات (Adders): لتنفيذ العمليات الحسابية (الجمع، الطرح، الضرب، القسمة).
• القلابات (Flip-Flops): المكون الأساسي لذاكرة الحاسب، تخزن المدخلات والمخرجات.

الصمامات الثنائية (Diodes)

• عناصر إلكترونية شبه موصلة.
• تسمح بمرور التيار في اتجاه واحد فقط.
• المصعد (Anode): الطرف الموجب، يوجه التيار للمكون.
• المهبط (Cathode): الطرف السالب، يحول التيار بعيداً عن المكون.
• الاستخدام: في مصادر الطاقة الكهربائية للتحكم في سريان التيار.

27. الصمامات الثنائية والترانزستورات (صفحة 89)

الصمامات الثنائية (Diodes)

#### استخداماتها

• في المقومات لتحويل التيار المتردد (AC) إلى تيار مستمر (DC).
• إنشاء بوابات منطقية بسيطة (AND، NOT، OR).
• استعادة إشارات الراديو (فك التضمين).
• مثال: الدايود المشع للضوء (LED) يبعث الضوء عند سريان التيار.

#### أنواعها

• دايود إشارة (Signal Diode)
• دايود طاقة (Power Diode)
• دايود مشع للضوء (LED)
• دايود شوكي (Schottky Diode)
• دايود زينر (Zener Diode)
• دايود حساس للضوء (Photodiode)

الترانزستورات (Transistors)

#### تعريفها

• من أهم الاختراعات التقنية الحديثة.
• تصنع من أشباه موصلات.
• وظيفتها: تبديل وتضخيم الإشارات.

#### مزاياها مقارنة بالصمامات المفرغة

• صغر الحجم.
• استهلاك طاقة ضئيل.
• تكلفة وكفاءة أفضل.

#### دورها

• اللبنات الأساسية للبوابات المنطقية المعقدة.

```

نقاط مهمة

• الصمامات الثنائية لها أنواع متعددة لكل منها وظيفة محددة (مثل LED للإضاءة، ودايود زينر لتثبيت الجهد).
• الترانزستورات هي سبب التقدم في صناعة الإلكترونيات، حيث مكنت من تصغير الأجهزة وزيادة كفاءتها.
• المقارنة البصرية في الصفحة توضح بوضوح الفرق الكبير في الحجم بين الصمامات المفرغة القديمة والترانزستورات الحديثة.

تُستخدم الصمامات الثنائية بشكل واسع في الأغراض الآتية: < توضح الصمامات الثنائية في المقومات لتحويل التيار المتردد (Alternating Current) إلى تيار مستمر (Direct Current). < إنشاء بوابات منطقية بسيطة (AND و NOT و OR). < استعادة إشارات الراديو الأصلية وذلك بتغييرها من خلال عملية فك التضمين (Demodulation) في مستقبلات الراديو. < أنواع الدايودات المختلفة، حيث أن الدايود المشع للضوء (LED) - Light Emitting Diodes - يبعث الضوء عند سريان التيار عبره.

أنواع الصمامات الثنائية:

دايود إشارة (Signal Diode) دايود طاقة (Power Diode) دايود مشع للضوء (LED) دايود شوكي (Schottky Diode) دايود زينر (Zener Diode) دايود حساس للضوء (Photodiode)

الترانزستورات Transistors

تُعد الترانزستورات من أهم الاختراعات التقنية في العصر الحديث، وتصنع الترانزستورات من أشباه موصلات يمكنها تبديل مدخلات الإشارة وتضخيمها، حلت الترانزستورات بسرعة مكان الصمامات المفرغة (Vacuum Tubes)، وذلك نظراً لميزاتها العديدة، مثل صغر حجمها مقارنة بالصمامات المفرغة، مما سمح بدمجها في الدوائر الرقمية والمتكاملة. وتستهلك الترانزستورات مقداراً ضئيلاً من الطاقة، مما جعلها بديلاً ناجحاً من حيث التكلفة والكفاءة في استخدام الطاقة من الصمامات المفرغة، وتُعد الترانزستورات اللبنات الأساسية للبوابات المنطقية المعقدة.

الصمامات المفرغة

الترانزستورات

وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447

تُستخدم الصمامات الثنائية بشكل واسع في الأغراض الآتية: < توضح الصمامات الثنائية في المقومات لتحويل التيار المتردد (Alternating Current) إلى تيار مستمر (Direct Current). < إنشاء بوابات منطقية بسيطة (AND و NOT و OR). < استعادة إشارات الراديو الأصلية وذلك بتغييرها من خلال عملية فك التضمين (Demodulation) في مستقبلات الراديو. < أنواع الدايودات المختلفة، حيث أن الدايود المشع للضوء (LED) - Light Emitting Diodes - يبعث الضوء عند سريان التيار عبره. --- SECTION: أنواع الصمامات الثنائية: --- أنواع الصمامات الثنائية: دايود إشارة (Signal Diode) دايود طاقة (Power Diode) دايود مشع للضوء (LED) دايود شوكي (Schottky Diode) دايود زينر (Zener Diode) دايود حساس للضوء (Photodiode) --- SECTION: الترانزستورات Transistors --- الترانزستورات Transistors تُعد الترانزستورات من أهم الاختراعات التقنية في العصر الحديث، وتصنع الترانزستورات من أشباه موصلات يمكنها تبديل مدخلات الإشارة وتضخيمها، حلت الترانزستورات بسرعة مكان الصمامات المفرغة (Vacuum Tubes)، وذلك نظراً لميزاتها العديدة، مثل صغر حجمها مقارنة بالصمامات المفرغة، مما سمح بدمجها في الدوائر الرقمية والمتكاملة. وتستهلك الترانزستورات مقداراً ضئيلاً من الطاقة، مما جعلها بديلاً ناجحاً من حيث التكلفة والكفاءة في استخدام الطاقة من الصمامات المفرغة، وتُعد الترانزستورات اللبنات الأساسية للبوابات المنطقية المعقدة. الصمامات المفرغة الترانزستورات وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447 --- VISUAL CONTEXT --- **GRAPH**: شكل 3.2: مخطط التيار المستمر Description: A graph displaying an electrical signal over time, showing a primary oscillating waveform with superimposed higher-frequency noise. The y-axis is labeled in dBμV (decibel microvolts), indicating signal strength. The x-axis represents time or frequency, with grid lines indicating divisions. X-axis: Time/Frequency (implied by grid) Y-axis: dBμV (Signal Strength) Data: The signal shows a dominant oscillating pattern, likely a fundamental frequency, with smaller, irregular fluctuations superimposed, indicating noise or interference. Key Values: Signal strength measured in dBμV Context: Illustrates the concept of electrical signals, potentially showing the difference between a clean signal and one with noise, relevant to understanding signal processing or component behavior. **FIGURE**: شكل 3.3: مقارنة بين الصمام المفرغ والترانزستور Description: A visual comparison showing several glass vacuum tubes of various sizes and shapes on the left, and a few black plastic transistors with multiple pins on the right. The vacuum tubes are older technology, while the transistors represent modern semiconductor devices. Data: The image contrasts the physical appearance of older vacuum tube technology with modern transistor technology, highlighting the size difference and evolution of electronic components. Context: Visually demonstrates the historical progression from vacuum tubes to transistors, explaining why transistors replaced vacuum tubes (smaller size, lower power consumption, etc.). **FIGURE**: Untitled Description: A row of different types of diodes, each with a label below it in Arabic and English. From left to right: Signal Diode, Power Diode, LED (Light Emitting Diode), Schottky Diode, Zener Diode, and Photodiode. Data: Illustrates common types of diodes used in electronic circuits, showing their distinct physical appearances. Context: Provides visual examples of different semiconductor diodes, helping to identify them and understand their basic types.