كيف يعمل المضخم Operational amplifier وما تطبيقاته
يمكن تكوين جهاز op-amp أو مكبر تشغيلي بطريقتين مثل عكس op-amp و op-amp غير المقلوب. في أي من هذه التكوينات ، يتم إرجاع الإخراج إلى مدخلاته وهو ما يسمى التغذية الراجعة. تُستخدم هذه التغذية الراجعة في دوائر وظيفية مختلفة مثل المذبذبات ، والمرشحات ، ومضخمات الصوت ، وأنواع مختلفة من منظمات الجهد ، والمعدلات ، وما إلى ذلك. نحن نعلم أن مضخمات التشغيل تشتمل على طرفي إدخال مثل الموجب والسالب ، ولكن يمكن أن يكون اتصال التغذية الراجعة إما موجبًا أو إيجابيًا. الطرف السالب.
بمجرد توصيل الخرج بالطرف الموجب لمكبر التشغيل ، فإن التغذية المرتدة تسمى إيجابية. وبالمثل ، إذا كان متصلاً بطرف سالب ، فإنه يسمى سالب. يمكن توصيل الخرج بالمدخلات من خلال المقاوم الخارجي أو المقاوم الارتجاعي. لذلك يتم استخدام اتصال التغذية الراجعة للتحكم في الكسب بدقة بناءً على التطبيق.
ما هو المضخم Operational amplifier؟
يُعد مكبر الصوت التشغيلي أو op-amp العكسي تكوينًا أساسيًا لدائرة op-amp يستخدم اتصال ردود فعل سلبية. كما يوحي الاسم ، يقوم مكبر الصوت بعكس إشارة الإدخال وتغييرها.
إن op-amp العكسي هو نوع من دارة مكبر الصوت التشغيلي المستخدمة لتوليد خرج خارج الطور مقارنة بإدخاله من خلال 180 درجة مما يعني أنه إذا كانت إشارة الإدخال موجبة (+) ، فإن إشارة الخرج ستكون معاكسة . تم تصميم جهاز op-amp العكسي من خلال جهاز op-amp مزود بمقاومين.
قلب تكوين مكبر الصوت التشغيلي
يظهر الرسم التخطيطي للدائرة لجهاز op-amp معكوس أدناه. في هذه الدائرة ، يتم توصيل الطرف السالب من خلال التغذية المرتدة لإنشاء عملية حلقة مغلقة. أثناء العمل مع op-amps ، نحتاج إلى تذكر قاعدتين أساسيتين مثل عدم وجود تدفق للتيار في طرف الإدخال والأخرى هي V1 تساوي دائمًا V2.
هذا لأن طرف الإدخال الموجب عند OV كما هو مؤرض. في التكوين أعلاه ، يتم توصيل المرجع أمبير باستخدام الملاحظات لإنشاء عملية حلقة مغلقة. عند التعامل مع مضخمات التشغيل ، هناك قاعدتان مهمتان للغاية يجب تذكرهما حول مكبرات الصوت العاكسة ، وهما: "لا يوجد تيار يتدفق إلى طرف الإدخال" وأن "V1 يساوي دائمًا V2".
ومع ذلك ، في دوائر op-amp العملية ، يتم كسر القاعدتين المذكورتين أعلاه إلى حد ما لأن تقاطع الإدخال وإشارة التغذية الراجعة "X" ذات إمكانات متساوية. عندما يكون الدخل الموجب عند صفر فولت ، فإن الوصلة تسمى "الأرض الافتراضية". لذلك بسبب هذه الأرض الافتراضية ، فإن مقاومة مدخلات المرجع تكافئ قيمة مقاومة الإدخال (Rin).
هنا ، يمكن إصلاح كسب الحلقة المغلقة العاكسة لأمبير المرجع من خلال نسبة المقاومتين الخارجيتين.
بمجرد تطبيق إشارة الإدخال من خلال المقاوم "Ri" على الطرف المقلوب لجهاز op-amp ، يتم توصيل المحطة غير العاكسة بالأرض. علاوة على ذلك ، فإن تقديم التغذية الراجعة ضروري لتحقيق الاستقرار في الدائرة. ومن ثم ، يمكن التحكم في الإخراج من خلال مقاومة ردود الفعل "Rf".
عكس عمليات التشغيل والعمليات
يتم إعطاء كسب الجهد المقدم من الدائرة أعلاه كـ
Av = Vo / Vi
Vi-V1 = IiRi
V1-V0 = IfRf
لكننا نعلم أن مكبر الصوت التشغيلي المثالي يتضمن مقاومة غير محدودة للمدخلات لأنه لا يوجد تدفق للتيار في أطراف الإدخال الخاصة به. I1 = I2 = 0. لذلك ، Ii تكافئ If. وبالتالي،
Vi-V1 = IfRi
V1-V0 = IfRf
نحن نعلم بالفعل أنه في مكبر تشغيلي مثالي ، يكون الجهد عند مدخلين في جهاز op-amp مكافئًا دائمًا.
نظرًا لأن الطرف غير المقلوب مؤرض ، فإن الجهد الذي ظهر عند الطرف غير المحول هو V1 = V2 = 0. لذلك ، ستكون المعادلة ،
Vi-0 = IfRi
0-Vo = IfRf
من المعادلات أعلاه ، يمكننا الحصول على ،
-Vo / Vi = IfRf / IfRi
Vo / Vi = - (IfRf / IfRi)
Vo / Vi = - (Rf / Ri)
يمكن تغيير هذه المعادلة للحصول على Vout هو
Vout / Vi = - (Rf / Ri)
صوت = - (Rf / Ri) × فين
كسب الجهد العكسي op-amp هو ،
يحدد هذا أنه يمكن تحديد كسب جهد مكبر الصوت العكسي من خلال جزء "Rf" إلى "Ri" بما في ذلك الإشارة السالبة التي تشير إلى مرحلة الانعكاس. بالإضافة إلى ذلك ، فإن معاوقة إدخال مكبر الصوت العكسي هي "Ri".
مثل مضخمات التيار المستمر ، توفر هذه المضخمات خصائص خطية متميزة لجعلها مثالية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامها بشكل متكرر لتغيير تيار i / p إلى جهد o / p في شكل Transresistance وإلا في شكل مكبرات Transimpedance Amplifiers.
تُظهر معادلة جهد الخرج (Vout) أن دائرة op-amp خطية لتحقيق ربح ثابت لمكبر صوت مثل Vout = Vin x Gain. لذا فإن هذه الخاصية مفيدة جدًا في تغيير إشارة مستشعر صغيرة إلى جهد أفضل.
خصائص الجهد
يتم عرض خصائص الجهد للمضخم العكسي في الرسم البياني أدناه. يمكن ملاحظة أنه بمجرد أن تكون إشارة الإدخال موجبة مثل Vin ، فإن الإخراج voltage مثل Vout سلبي. بالإضافة إلى ذلك ، سيتم تغيير جهد الخرج خطيًا بمجرد تطبيق جهد الدخل.
سوف تشبع هذه الخاصية وإلا سيصبح الناتج ثابتًا ، بمجرد أن يتقدم اتساع إشارة الإدخال أمام كل من مصادر الطاقة المطبقة على المرجع أمبير.
+ VCC = + VSAT & –VCC = -VSAT
يتم عرض الأشكال الموجية المقلوبة للمدخلات والمخرجات op-amps أدناه. يمكن رسم الأشكال الموجية التالية بافتراض أن كسب مكبر الصوت والموجة الجيبية هي إشارة دخل. من الأشكال الموجية التالية ، من الواضح جدًا أن الناتج مضاعف من حيث الحجم مقارنة بالمدخلات مثل Vout = Av * Vin & phase عكسيًا إلى الإدخال.
قلب المشكلات محلول Op-Amp
1). بالنسبة لدائرة مكبر الصوت العكسي التالية ، احسب معاوقة الدخل والجهد الناتج.
عكس الدائرة مثال مكبر للصوت
عكس الدائرة مثال مكبر للصوت
يتم ضبط مقاومة الإدخال من خلال مقاومة الإدخال Ri وهي 4kΩ. إذن Zin = 4kΩ.
Vout = فين Av
Av = −Rf / Ri
Av = 20k / 4K
Av = −5
صوت = 100mV * (−5)
صوت = −500mV
2). مضخم عكسي يتضمن كسب = 8 & 10 k Ω لمقاومة المدخلات. تخبرنا مقاومة الإدخال (Zi) ما يجب أن يكون "Ri"؟
زين = ري
Ri = 10 كيلو
لذا Rf =؟
نحن نعلم أن Av = −Rf / Ri
Rf = 10 (−8)
Rf = 80 ألف
3). بالنسبة لدائرة مكبر الصوت العكسي التالية ، يرجى حساب كسب الحلقة المغلقة.
مثال على حلبة Op Amp
مثال على حلبة Op Amp
صيغة الكسب للدائرة أعلاه هي
كسب (Av) = Vout / Vin = -Rf / Rin
الآن علينا استبدال القيم الواردة أعلاه داخل الدائرة
Rin = 20kΩ و Rƒ = 80kΩ
يمكن قياس كسب الدائرة كـ Av = -Rƒ / Rin = -80k / 20k = -4
لذلك ، لعكس دائرة مكبر الصوت ، يكون كسب الحلقة المغلقة هو -4.
لماذا تعد الأمبيرات المقلوبة أفضل من الأمبيرات غير المقلوبة؟
في عكس op-amp ، يتم تضمين جهد الإزاحة في الإخراج وبالتالي فهو أقل من بضعة mV بينما ، في op-amp غير المقلوب ، يمكن تغيير جهد الإزاحة من خلال الكسب غير العكسي ومرة أخرى يكون هذا الجهد المدرجة في الجهد الناتج.
توفر مكبرات الصوت العاكسة ثباتًا إضافيًا للنظام مقارنة بمكبرات الصوت غير المقلوبة. في مكبرات الصوت العكسية ، يتم استخدام ردود الفعل السلبية المطلوبة دائمًا لنظام مستقر.
مزايا
تشمل مزايا مكبرات الصوت العكسية ما يلي.
هذه ليست باهظة الثمن
حجمها صغير
براعه
الاعتمادية
المرونة
طرفي الإدخال في جهاز op-amp هذا هما صفر دائمًا. بالإضافة إلى ذلك ، ببساطة سوف توجد إشارة الوضع التفاضلي.
يتضمن الجهاز المزود بمضخم عكسي قدرة قوية على مقاومة التداخل.
يستخدم ردود فعل سلبية.
عامل الكسب مرتفع للغاية.
سيكون خرج جهاز op-amp هذا خارج الطور من خلال إشارة الإدخال.
سلبيات
تشمل عيوب قلب مكبرات الصوت ما يلي.
لها مقاومة إدخال صغيرة (تساوي r1)
لديها مكاسب عالية ولكن ردود الفعل يجب الحفاظ على تشويه أقل.
يجب ألا تشتمل إشارة الدخل على الضوضاء لأن القيمة الصغيرة سوف تتضاعف وتحصل عند الخرج.
تنعكس الإشارة.
تطبيقات Op-Amp
تشمل تطبيقات مكبرات الصوت العكسية ما يلي.
يمكن استخدام مكبر الصوت العكسي كمضخم للمقاومة العابرة والذي يسمى أيضًا مضخم المعاوقة العابرة. يعمل هذا المضخم كمحول تيار إلى جهد ، يستخدم في التطبيقات التي تعتمد على طاقة أقل.
يستخدم مكبر الصوت المقلوب في مرحلة الإخراج عندما يتم تصميم أي نظام بأنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار.
يحافظ جهاز op-amp هذا على الإمكانات المتساوية للجهد عند طرفين ، لذلك يمكن استخدامه في العديد من المجالات.
تُستخدم أجهزة op-amps هذه في مفهوم الخلاطات حيث توجد إشارات RF.
يمكن استخدامه كمغير طور.
يتم استخدام هذه الأنواع من op-amps حيث يكون موازنة الإشارة ضرورية.
يتم استخدامه عمليا في تطبيقات التكامل.
تعد الدوائر العكسية القائمة على المرجع أمبير أكثر استقرارًا ؛ التشويه أقل إلى حد ما ويوفر استجابة انتقالية فائقة.
يتم استخدام المكبرات الأولية في كل جهاز إلكتروني حيث يتم استخدام الدوائر المتكاملة الخطية
تستخدم هذه في التصفية التناظرية ومعالجة الإشارات.
تستخدم في مجالات مختلفة مثل الاتصالات والتحكم في العمليات والشاشات وأجهزة الكمبيوتر وأنظمة القياس ومصادر الطاقة ومصادر الإشارة.
هذه قابلة للتطبيق في تطبيقات المرجع الخطي.
لماذا يستخدم مكبر الصوت العكسي؟
يستخدم مكبر الصوت العكسي في الغالب للتطبيقات القائمة على التردد العالي حيث لا يتم استخدام مقاومة i / p عالية بسبب ؛ يعد عكس معدل تدفق Op-Amp مرتفعًا مقارنة بتكوين النوع غير العكسي.
لماذا يتم استخدام مضخم كسب الوحدة؟
يُعرف متابع الجهد أيضًا بمضخم كسب الوحدة أو مضخم العزلة أو المخزن المؤقت للجهد. جهد الخرج (Vo) داخل دائرة تتبع الجهد يعادل جهد الدخل (Vin). لذا ، فإن كسب هذا مكبر الصوت هو 1 ولا يغير الإشارة الواردة.
ما هي صيغة قلب مكبر الصوت؟
صيغة في مكبر الصوت الرأسي (Av) = - (Rf / Ri)
كيف يمكن استخدام جهاز op-amp كمضخم غير مقلوب؟
يمكن استخدام جهاز op-amp كمضخم غير محوّل عن طريق توصيل إشارة جهد الخرج لجهاز op-amp كتغذية مرتدة لمدخلات المحطة العكسية.
وبالتالي ، فإن هذا كله يتعلق بنظرة عامة على عكس op-amp أو مضخم التشغيل المقلوب. بشكل عام ، تستخدم مكبرات الصوت التشغيلية كمكونات أساسية في الدوائر الإلكترونية التناظرية. لذلك ، يتم استخدامه في التصفية وتكييف الإشارة وأداء العمليات الحسابية المختلفة. يتم استخدام مكونات إلكترونية مختلفة بين طرفي مكبر التشغيل لتضخيم مستوى الجهد للإشارة المطبقة. إليك سؤال لك ، كم عدد المحطات الموجودة في جهاز op-amp؟
تعليقات
إرسال تعليق