حل اسئلة الفصل السابع – الكترونيات الحالة الصلبة – فيزياء السادس الاعدادي

حل اسئلة الفصل السابع في الكترونيات الحالة الصلبة

❓ السؤال:

إذا كان الثنائي البلوري $\text{PN}$ محيزًا باتجاه أمامي، فعند زيادة مقدار فولتية الانحياز الأمامي، فإن مقدار التيار:

🟠 الخيارات:

a) يزيد
b) يقل
c) يبقى ثابتًا
d) يزداد ثم ينقص

✅ الإجابة الصحيحة:

a) يزيد

💡 الشرح:

عندما يُحَيَّز الثنائي (الدايود) في الاتجاه الأمامي، ويُزاد جهد الانحياز، فإن الحاجز الجهدي يقل مما يسمح بمرور عدد أكبر من الإلكترونات عبر الوصلة، وبالتالي يزداد التيار الكهربائي المار.

✳️ العلاقة بين التيار والجهد في الانحياز الأمامي غير خطية لكنها تزايدية، لذلك فالإجابة “يزيد” هي الصحيحة.

❓ السؤال:

عند زيادة حاجز الجهد في الثنائي البلوري $\text{PN}$ المنحاز انحيازًا أماميًا، فإن مقدار التيار الأمامي:

🟠 الخيارات:

a) يزيد
b) يقل
c) يبقى ثابتًا
d) يزداد ثم ينقص

✅ الإجابة الصحيحة:

b) يقل

💡 الشرح:

في حالة الانحياز الأمامي، يقل حاجز الجهد مما يسمح بزيادة التيار.
ولكن عند زيادة حاجز الجهد نفسه (كما في الانحياز العكسي أو تقليل الفولتية الأمامية)، فإن ذلك يعيق حركة الشحنات ويؤدي إلى نقصان التيار.

✳️ إذًا، زيادة حاجز الجهد (وليس فولتية الانحياز الأمامي) تُقلل التيار، ولذلك الخيار (b) هو الصحيح.

❓ السؤال:

الإلكترونات الحرة في شبه الموصل النقي وبدرجة حرارة الغرفة، تشغل:

🟠 الخيارات:

a) حزمة التكافؤ
b) فجوة الطاقة المحظورة
c) حزمة التوصيل
d) المستوى القابل

✅ الإجابة الصحيحة:

c) حزمة التوصيل

💡 الشرح:

في شبه الموصل النقي (مثل السيليكون أو الجرمانيوم) وعند درجة حرارة الغرفة، تكتسب بعض الإلكترونات طاقة حرارية كافية لتنتقل من حزمة التكافؤ إلى حزمة التوصيل، وبالتالي تصبح إلكترونات حرة قادرة على التوصيل الكهربائي.

✳️ لذلك، الإلكترونات الحرة توجد في حزمة التوصيل، والخيار (c) هو الصحيح.

❓ 4السؤال:

تتكون الأزواج إلكترون – فجوة في شبه الموصل النقي بواسطة:

🟠 الخيارات:

a) إعادة الالتحام
b) التأين
c) التطعيم
d) التأثير الحراري

✅ الإجابة الصحيحة:

d) التأثير الحراري

💡 الشرح:

في شبه الموصل النقي، وعند درجات حرارة غير الصفر المطلق، تكتسب بعض الإلكترونات طاقة حرارية كافية للانتقال من حزمة التكافؤ إلى حزمة التوصيل، تاركة خلفها فجوة. بذلك يتكون زوج إلكترون – فجوة.

✳️ هذه العملية تُعرف بـ التوليد الحراري للأزواج، ولذلك فإن التأثير الحراري هو السبب، والإجابة (d) هي الصحيحة.

❓ 5السؤال:

التيار المنساب في شبه الموصل النقي ناتج عن:

🟠 الخيارات:

a) الإلكترونات الحرة فقط
b) الفجوات فقط
c) الأيونات السالبة
d) الإلكترونات الحرة والفجوات كليهما

✅ الإجابة الصحيحة:

d) الإلكترونات الحرة والفجوات كليهما

💡 الشرح:

في شبه الموصل النقي، تتولد أزواج إلكترون – فجوة بفعل الطاقة الحرارية.

• الإلكترونات الحرة تتحرك من حزمة التوصيل وتساهم في التيار.
• الفجوات تتحرك في الاتجاه المعاكس للإلكترونات وتساهم أيضًا في التيار.

✳️ إذًا، التيار الكلي في شبه الموصل النقي ناتج عن كلا النوعين من حاملات الشحنة:
الإلكترونات الحرة والفجوات.

✅ لذلك الخيار (d) هو الصحيح.

❓ 6السؤال:

في شبه الموصل نوع $n$ وعند درجة حرارة الغرفة يكون:

🟠 الخيارات:

a) عدد الإلكترونات الحرة في حزمة التوصيل يساوي عدد الفجوات في حزمة التكافؤ.
b) عدد الإلكترونات الحرة في حزمة التوصيل أكبر من عدد الفجوات في حزمة التكافؤ.
c) عدد الإلكترونات الحرة في حزمة التوصيل أصغر من عدد الفجوات في حزمة التكافؤ.
d) جميع الاحتمالات السابقة، يعتمد ذلك على نسبة الشوائب.

✅ الإجابة الصحيحة:

b) عدد الإلكترونات الحرة في حزمة التوصيل أكبر من عدد الفجوات في حزمة التكافؤ.

💡 الشرح:

في شبه الموصل من النوع $n$ يتم تطعيمه بذرات خماسية التكافؤ (مثل الفوسفور)، التي تضيف إلكترونات حرة إضافية دون أن تضيف فجوات. لذلك:

• تكون الإلكترونات الحرة هي حاملات الشحنة الأساسية (الأغلبية).
• أما الفجوات فهي قليلة جدًا وتسمى حاملات الشحنة الأقلية.

✳️ وبالتالي، عدد الإلكترونات الحرة في حزمة التوصيل أكبر بكثير من عدد الفجوات، مما يجعل الخيار (b) هو الصحيح.

❓ 9السؤال:

الثنائي $\text{PN}$ الباعث للضوء (LED) يبعث الضوء عندما:

🟠 الخيارات:

a) يُحيز باتجاه أمامي.
b) يُحيز باتجاه عكسي.
c) يكون حاجز الجهد عبر الملتقى كبيرًا.
d) بدرجة حرارة الغرفة.

✅ الإجابة الصحيحة:

a) يُحيز باتجاه أمامي.

💡 الشرح:

يعمل الثنائي الباعث للضوء (LED) عندما يُطبّق عليه انحياز أمامي، مما يسمح بمرور الإلكترونات من المنطقة n إلى المنطقة p، حيث تُعاد اتحادها مع الفجوات، وتُطلق طاقة على شكل فوتونات (ضوء).

✳️ أما في حالة الانحياز العكسي، فلا يمر تيار، وبالتالي لا يصدر ضوء.

✅ لذلك، الجواب الصحيح هو: a) يُحيز باتجاه أمامي.

❓ السؤال:

تيار الباعث $I_E$ في دائرة الترانزستور يكون دائمًا:

🟠 الخيارات:

a) أكبر من تيار القاعدة
b) أقل من تيار القاعدة
c) أكبر من تيار الجامع
d) الإجابة (a – c)

✅ الإجابة الصحيحة:

d) الإجابة (a – c)

💡 الشرح:

في الترانزستور، العلاقة الأساسية بين التيارات هي:

$$I_E = I_B + I_C$$

وهذا يعني أن:

• تيار الباعث $I_E$ دائمًا أكبر من تيار القاعدة $I_B$ ✅
• ودائمًا أكبر من تيار المجمع $I_C$ ✅

✳️ لذلك، الخيار (d) الذي يجمع كلًا من (a) و(c) هو الصحيح.

❓ 10السؤال:

منطقة الاستنزاف في الثنائي البلوري في المنطقة $n$ تحتوي فقط على:

🟠 الخيارات:

a) إلكترونات حرة
b) فجوات
c) أيونات موجبة
d) أيونات سالبة

✅ الإجابة الصحيحة:

c) أيونات موجبة

💡 الشرح:

في منطقة الاستنزاف (Depletion Region) بين منطقتي $n$ و $p$ في الثنائي البلوري، يحدث اتحاد بين الإلكترونات والفجوات، مما يؤدي إلى ترك خلفهم:

• أيونات موجبة في المنطقة n (لأن الذرات المانحة فقدت إلكترونها).
• أيونات سالبة في المنطقة p (لأن الذرات المستقبلة اكتسبت إلكترونات).

وبالتالي، في المنطقة n من منطقة الاستنزاف، لا تبقى إلكترونات حرة بل أيونات موجبة فقط.

✅ الإجابة الصحيحة: (c) أيونات موجبة.

❓ 12السؤال:

يزداد المعدل الزمني لتوليد الأزواج إلكترون – فجوة في شبه الموصل:

🟠 الخيارات:

a) بإدخال شوائب خماسية التكافؤ
b) بإدخال شوائب ثلاثية التكافؤ
c) بارتفاع درجة الحرارة
d) ولا واحد مما سبق

✅ الإجابة الصحيحة:

c) بارتفاع درجة الحرارة

💡 الشرح:

في شبه الموصل النقي، يتم توليد الأزواج (إلكترون – فجوة) عندما تكتسب الإلكترونات طاقة حرارية كافية للانتقال من حزمة التكافؤ إلى حزمة التوصيل، وتترك خلفها فجوة.

✳️ لذلك، كلما ارتفعت درجة الحرارة، ازداد المعدل الزمني لتوليد الأزواج، لأن عدد الإلكترونات القادرة على الانتقال يزداد.

✅ إذًا، الجواب الصحيح هو: (c) بارتفاع درجة الحرارة.

❓ 13السؤال:

منطقة القاعدة في الترانزستور تكون:

🟠 الخيارات:

a) واسعة وقليلة الشوائب
b) واسعة وكثيرة الشوائب
c) رقيقة وقليلة الشوائب
d) رقيقة وكثيرة الشوائب

✅ الإجابة الصحيحة:

c) رقيقة وقليلة الشوائب

💡 الشرح:

في الترانزستور، يتم تصميم منطقة القاعدة بحيث تكون:

• رقيقة جداً، حتى لا تعيق حركة الإلكترونات من الباعث إلى المجمع.
• قليلة الشوائب، حتى لا يحدث فيها إعادة اتحاد كبير لحاملات الشحنة، مما يحافظ على كفاءة التضخيم.

✳️ إذًا، الخيار الصحيح هو: (c) رقيقة وقليلة الشوائب.

❓ 14السؤال:

ربح التيار (𝛽) في المضخم ذو الباعث المشترك هو نسبته:

🟠 الخيارات:

a) $\frac{I_E}{I_C}$
b) $\frac{I_B}{I_C}$
c) $\frac{I_C}{I_E}$
d) $\frac{I_C}{I_B}$

✅ الإجابة الصحيحة:

d) $\frac{I_C}{I_B}$

💡 الشرح:

في المضخم ذو الباعث المشترك (Common Emitter)، يُعرف ربح التيار بالرمز $\beta$، وهو يُمثل كم مرة يكون تيار المجمع أكبر من تيار القاعدة.

ويُحسب بالعلاقة:

$$\beta = \frac{I_C}{I_B}$$

✳️ لذلك، الجواب الصحيح هو: (d).

❓ 15السؤال:

فرق الطور بين الإشارة الخارجة والإشارة الداخلة في المضخم $PNP$ ذي القاعدة المشتركة يساوي:

🟠 الخيارات:

a) صفرًا
b) 90°
c) 180°
d) 270°

✅ الإجابة الصحيحة:

a) صفرًا

💡 الشرح:

في المضخم ذي القاعدة المشتركة (سواء كان نوع $NPN$ أو $PNP$)، لا يحدث انعكاس في الطور بين الإشارة الداخلة والخارجة، أي أن:

$$\text{فرق الطور} = 0°$$

✳️ بينما في المضخم ذي الباعث المشترك يكون فرق الطور = 180°.

✅ إذًا، الجواب الصحيح هو: (a) صفرًا.

❓ 16السؤال:

ربح التيار في دائرة ترانزستور $PNP$ المستعمل كمضخم ذي قاعدة مشتركة يساوي نسبة:

🟠 الخيارات:

a) $\frac{I_E}{I_B}$
b) $\frac{I_C}{I_E}$
c) $\frac{I_C}{I_B}$
d) $\frac{I_E}{I_B}$

✅ الإجابة الصحيحة:

b) $\frac{I_C}{I_E}$

💡 الشرح:

في المضخم ذو القاعدة المشتركة (Common Base)، يُرمز إلى ربح التيار بالرمز:

$$\alpha = \frac{I_C}{I_E}$$

وهذه النسبة تعبر عن مدى كفاءة تحويل تيار الباعث إلى تيار في المجمع.

✳️ وبالتالي، الجواب الصحيح هو: (b).

❓ 17السؤال:

يقع مستوى فيرمي في شبه الموصل نوع $n$ عند درجة حرارة $0K$ في:

🟠 الخيارات:

a) أسفل مستوى المانح
b) منتصف المسافة بين قعر حزمة التوصيل ومستوى المانح
c) في منتصف فجوة الطاقة
d) منتصف المسافة بين قمة حزمة التكافؤ ومستوى المانح

✅ الإجابة الصحيحة:

b) منتصف المسافة بين قعر حزمة التوصيل ومستوى المانح

💡 الشرح:

في شبه الموصل من النوع $n$، عند درجة حرارة الصفر المطلق $0K$، لا توجد إلكترونات حرة، لكن مستوى فيرمي يحدد موقع الطاقة التي لها احتمال إشغال 50%.

عند هذه الدرجة:

• تقع مستويات المانح قريبة من قاع حزمة التوصيل.
• لذا فإن مستوى فيرمي يقع في منتصف المسافة بين قاع حزمة التوصيل ومستوى المانح.

✅ إذًا، الجواب الصحيح هو: (b).

❓ 18السؤال:

مستوى فيرمي هو:

🟠 الخيارات:

a) معدل قيمة كل مستويات الطاقة.
b) مستوى الطاقة في قمة حزمة التكافؤ.
c) أعلى مستوى طاقة مشغول عند درجة حرارة $0^\circ C$.
d) أعلى مستوى طاقة مشغول عند $0K$.

✅ الإجابة الصحيحة:

d) أعلى مستوى طاقة مشغول عند $0K$

💡 الشرح:

• مستوى فيرمي (Fermi Level) هو مصطلح في ميكانيكا الكم يُستخدم لتحديد أعلى مستوى طاقة يمكن أن يكون مشغولًا بالإلكترونات عند درجة حرارة الصفر المطلق $0K$.
• عند $0K$، تملأ الإلكترونات كل مستويات الطاقة حتى هذا المستوى، ويكون ما بعده فارغًا.

✳️ لذلك، التعريف الأدق هو:

أعلى مستوى طاقة مشغول بالإلكترونات عند $0K$.

✅ إذًا، الإجابة الصحيحة هي: (d).