 |
:: عضو ذهبي ::
تاريخ التسجيل: Jun 2009
الدولة: بلاد الشام
المشاركات: 3,679
|
|
نشاط [ مسلم11 ]
قوة السمعة:
|
|
27-09-2009, 02:04 PM
المشاركة 24
|
|
العملاق الصغير والساحر ( المضخم العملياتي )
المضخمات العملياتية ( Op amps ) هي عبارة عن مضخمات مفيدة جدا ويمكن استخدامها في عدد كبير جدا من التطبيقات وبطرق مختلفة . المضخم العملياتي النموذجي هو دارة متكاملة بمدخل غير عاكس ( noninverting input ) ومدخل عاكس (input inverting) وخرج وطرفي لوصل جهد التغذية ( موجب وسالب ) وبعض الأرجل الأخرى ذات الإستخدامات الخاصة .
تحذف خطوط وصل التغذية وخطوط الأرجل الخاصة عند رسم مخططات الدارات , وإذا وجدت في مخطط ما مضخما عملياتيا بدون خطوط تغذية فعليك فعليك أن تتذكر أنه يغذى من مصدرين ( dc ) أحدهما موجب والآخر سالب وأن هذه المصادر غير مبينة على المخطط للتبسيط فقط وإليكم رمز المضخم العملياتي وشكل الدارة المتكاملة 741CN مع أرقام وتسميات أرجل مضخم العمليات الموجود ضمنها .
إن مبدأ عمل المضخم العملياتي بسيط جدا , فإذا وصل المدخل الغيرالعاكس مع الأرض وطبق جهد على المدخل العاكس , فإن خرج المضخم العملياتي يصل قيمة تساوي تقريبا جهد التغذية السالب ( -Vs ) بمجرد أن يصبح ( -v ) جهد المدخل العاكس أكبر من جهد المدخل الغير العاكس ( +v ) أما عندما يكون العكس أي ( +v أكبر من –v فإن جهد الخرج يساوي تقريبا جهد التغذية الموجب ( +Vs ) والشكل التالي يوضح هذه الآلية بشكل أفضل ويحدث انتقال الخرج إلى جهد التغذية الموجب عند وجود فارق ولو كان بسيطا بين +V و-V ويبلغ في أصغره إلى 0.5 فولت أي أصغر قيمة للجهد يمكن أن يتحسس الفرق بها المضخم العملياتي على مدخليه هي 0.5 فولت ولو نقصت هذه القيمة دون ذلك لما استطاع المضخم العملياتي تحسس هذا الفرق .
قد لاينال المضخم العملياتي إعجابك من الوهلة الأولى لأن خرجه ينتقل بين جهد التغذية الموجب والسالب عندما يكون هناك فرق والغلبة في نوع الخرج إلى الجهد الأكبر على المدخلين عندما يكون هناك فرق بين جهود مدخليه مهما كان هذا الفرق بسيطا وعلى ان لايقل عن 0.5 فولت. هذا شيء صحيح إذا كان المضخم العملياتي كما في الشكل السابق .
ولكي نجعل المضخم العملياتي مفيدا أكثر في تطبيقاتنا لابد من استخدام مايسمى بالتغذية العكسية السالبة ( negative feed back ) في دارة المضخم العملياتي كما يلي .
[/quote]
الدارة رقم 3
عند وصل خرج المضخم العملياتي مع مدخله العاكس بواسطة مقاومة كما سبق فإن هذا الوصل يخلق تغذية عكسية في الدارة , وهذا النوع يسمى بالتغذية العكسية السالبة لأنه تم أخذ عينة من خرج المقارن أو المضخم العملياتي مع المدخل السالب منه , وتستخدمك التغذية العكسية السالبة في دارات المضخمات العملياتية للتحكم بالربح , حيث يصبح ممكنا منع الخرج من الوصول إلى حالة الإشباع وحالة الإشباع هي : عدم استجابة المضخم العملياتي لأي تغيير بالخرج تبعا للدخل والأمر مشابه تماما للميزان ..........................................
في الدارة رقم ( 3 ) نرى أنه تم وصل مقاومة ولنسمها RF بين خرج المضخم ومدخله العاكس , وتعمل هذه المقاومة على نقل حالة الخرج إلى دخل المضخم العملياتي وتجبر هذه التغذية العكسية المضخم العملياتي على إعادة ضبط قيمة جهد خرجه على قيمة تتعلق بالمقاومة RF وتسمى الدارة ذات الرقم ( 3 ) مضخما عاكسا ويحسب جهد الخرج فيها من العلاقة :
Vout= - RF∕Rin × Vin
وسوف نغوص أكثر في المعادلات التي تعطي خرج المضخم العملياتي بواسطة المقاومات التي تشكل التغذية العكسية .
وتدل إشارة الناقص في هذه المعادلة على ان الخرج معاكس للدخل بالصفحة ( ذات جهد سالب ) أو ان فرق الصفحة بين الخرج والدخل يساوي ( 180 ) درجة وهذا الفرق في الصفحة ناتج عن وصل إشارة الخرج إلى المدخل العاكس للمضخم العملياتي . تسمى نسبة جهد الدخل باسم الربح ومن الواضح أن الربح يساوي - RF∕Rin ومن ذلك نلاحظ أن زيادة المقاومة RF تؤدي إلى زيادة جهد الخرج وبالتالي زيادة في ربح الجهد ( volage gain ) أما تخفيض مقاومة التغذية العكسية فيؤدي إلى تخفيض ربح الجهد . بإضافة عناصر أخرى إلى دارة التغذية العكسية السالبة يمكن جعل المضخم العملياتي يقوم بالكثير من الأمور المفيدة إضافة إلى التضخيم . وهناك دارات أخرى مفيدة للمضخم العملياتي مثل دارات منظمات الجهد , ومبدلات التيار إلى جهد ومبدلات الجهد إلى تيار ودارات الهزازات والدارات الحسابية ( كدارات الجمع والطرح والضرب والمفاضلات والمكاملات ومولدات الموجات والمرشحات الفعالة وكواشف القمة ودارات أخذ العينات ومسكها والكثير الكثير ) .
وتوجد تغذية عكسية موجبة ( positive feedback ) إضافة إلى التغذية العكسية السالبة , وفيها يوصل الخرج عبر مقاومة مثلا مع المدخل غير العاكس للمضخم العملياتي , وللتغذية العكسية الموجبة تأثيرات معاكسة لتأثيرات التغذية العكسية السالبة فهي تقود المضخم العملياتي باتجاه الإشباع ومع أن التغذية العكسية الموجبة نادرة الإستخدام فإن لها تطبيقات في دارات المقارنة الخاصة التي تستخدم في دارات الهزازات .
تمثيل المضخم العملياتي بنموذج مائي
كيف يعمل المضخم العملياتي :
المضخم العملياتي هو عنصر متكامل يحوي عددا كبيرا من الترانزستورات والمقاومات والمكثفات وفي الشكل ( 4 ) دارة مضخم عملياتي متعدد الإستخدامات ثنائية القطبية منخفض الكلفة .
يتكون المضخم العملياتي من ثلاث مراحل وهي :
مضخم تفاضلي بممانعة دخل عالية , ومضخم بربح عال مع دارة إزاحة مستوى ( تسمح هذه الدارة للخرج بالتأرجح في الغتجاهين الموجب والسالب ) أما المرحلة الأخيرة فهي مضخم بممانعة خرج منخفضة , إن توضيح المراحل المكونة للمضخم العملياتي لايساعد كثيرا على فهم مايجري بين الدخل والخرج بل يكفي تذكر بعض القواعد التي تكفي تماما لشرح وفهم آلية عمل المضخم العملياتي .
المبدأ النظري :
تحتاج إلى معادلة واحدة لحل دارات المضخمات العملياتية , وهذه المعادلة هي الأساس الذي يستند إليه كل شيء , وهي علاقة
جهد خرج المضخم العملياتي بجهود المداخل ( V+ غير العاكس و V- العاكس ) وبربح الجهد للمضخم العملياتي عند تشغيله بنظام الحلقة المفتوحة ( الحلقة المفتوحة وهي عندما لايوصل الحمل على خرج المضخم العملياتي ) ( AO ) :
(Vout = AO ( V+ - V-
وتعبر هذه العلاقة عن أن المضخم العملياتي يعمل كمنبع جهد مثالي ويعطي في خرجه جهدا يساوي ( V+ - V- ) AO , والكلام السابق يعبر عن المضخم العملياتي المثالي ولكن الواقع غير ذلك فالأمور تصبح أعقد قليلا عند التطبيق العملي ومقارنة النتائج النظرية مع العملية وسوف نلاحظ بأن المعادلة السابقة تبقى مفسها في المضخم العملياتي الحقيقي ولكن علينا إجراء بعض التعديلات في الدارة المكافئة ,التغييرات التي تطرأ على المضخم العملياتي تأخذ بالإعتبار المواصفات التي تتأثر بعدم مثالية المضخم مثل مقاومة الدخل ومقاومة الخرج ويبين الشكل ( 5 ) اليميني الدارة الحقيقية للمضخم العملياتي .
نعرف بارامترات ( معطيات ) المضخم العملياتي من خلال القواعد التالية وذلك بهدف إعطاء معنى لربح المضخم العملياتي عند تشغيله كحلقة مفتوحة وكذلك لإعطاء معنى ملموس للدارات المكافئة للمضخم العملياتي ( المثالية و الفعلية ) والمعطيات هي AO,Rin,Rout .
القاعدة 1: قيمة ربح الجهد للحلقة المفتوحة في مضخم عملياتي مثالي ( AO = ) . أما في مضخم عملياتي حقيقي فإن AO أما في مضخم عملياتي حقيقي فإن AO تتراوح بين ( 104 و 106 ) .
القاعدة 2 : قيمة مقاومة الدخل ( Rin ) للمضخم العملياتي المثالي هي ( Rin = ) أما في المضخم الفعلي فهي من مرتبة ( 106 ) أوم للمضخمات المشكلة من ترانزستورات ثنائية القطبية ومن مرتبة ( 1012 ) أوم للمضخمات المشكلة من الترانزستورات jfet أما مقاومة الخرج Rout فهي تساوي الصفر في المضخم المثالي وتتراوح قيمتها في المضخمات الفعلية بين ( 10 و 1000 ) أوم .
القاعدة 3 : لاتستهلك مداخل المضخم العملياتي المثالي تيارات وهذا صحيح نظريا فقط أي في المضخمات العملياتية المثالية , أما في المضخمات العملياتية الفعلية فتكون تيارات المداخل صغيرة جدا وقابلة للإهمال وهي من مرتبة النانو متر للمضخمات ثنائية القطبية ومن مرتبة البيكو أمبير لمضخمات JFET .
الآن وقد أصبحت مسلحا بالعلاقة ( V+ - V- ) AO وبالقواعد الثلاث دعنا نطبق هذه العلاقة ةتلك القواعد على بعض الامثلة البسيطة لكي نتعرف على تلك القواعد بشكل جيد وعملي .
الامثلة البسيطة لكي نتعرف على تلك القواعد بشكل جيد وعملي .
المثال (1):
أوجد ربح الدارة التالية :

الحل : بما أن ( V- ) موصل مع الأرضي يعني جهدها مساويا للصفر و( V+ ) موصل مع إشارة الدخل , فإن V+=Vin وبالتعويض بالمعادلة :
( V+ - V- ) Vout=A0
Vout=A0 ( Vin – 0 ) = A0.Vin
A0= Vout/Vin
وبشكل عملي لنفرض أننا طبقنا جهد Vin=1.5v على مدخل المضخم وكان الخرج مساويا إلى 5v Vout = فعندها نقول أن ربح المضخم مساويا إلى A0 = 5/1.5 = 3.3 .
إذا عتبرنا المضخم العملياتي مثاليا يكون ( A0 = ) , أما إذا اعتبرناه عاديا فإنه يتراوح بين ( 104 ) و ( 106 ) . تستخدم هذه الدارة كمقارن غير عاكس يستخدم فيها الأرضي كجهد مرجعي . إذا كان ( Vin>0 ) فإن الخرج يصل في الحالة المثالية إلى جهد ( + V ) وفي الحالة العملية إلى ( -Vs ) وهو جهد تغذية سالبة ولايشابه الأرضي بل أنه تغذية سالبة كأن نقول ( +12v/-12v ) .قيم جهود الخرج تكون عمليا أصغر بقليل من جهود التغذية وتسمى ( +Vs ) بجهد الإشباع الموجب و ( -Vs ) بجهد الإشباع السالب والمقصود بهما هو أعلى قيمة للجهد خارجة من المضخم والتي يمكن الحصول عليها على مخرجه .
مثال ( 2 ) :أوجد ربح الدارة التالية :

الحل : نلاحظ أن المدخل العاكس موصول مع ( Vin ) والمدخل الغير عاكس موصل مع الأرضي وبالتعويض بالمعادلة :
( V+ - V- ) Vout=A0
Vout=A0 ( 0 – Vin ) = A0.-Vin
Vout/Vin= - A0 ويجب الإنتباه إلى اشارة الربح وهي سالبة كون خرج المضخم سيكون سالبا .
تعمل هذه الدارة كمقارن عاكس يستخدم فيه الأرضي كجهد مرجعي
ويمكن التلخص إلى أمرين مهمين ممايبق وهما :
1- ون الربح في المضخم المثالي يصل إلى اللانهاية يعني أعلى قيمة للخرج مقارنة مع جعد التغذية .
2- إن المدخل هو من يحدد اشارة خرج المضخم فلو كانت قيمة جهد الخرج سالبة فعندها أكيد ستكون قيمة الجهد عند المدخل العاكس أعلى من الغير والعاكس والعكس صحيح .
التغذية العكسية السالبة :
يتبع......
التعديل الأخير تم بواسطة : مسلم11 بتاريخ 04-10-2009 الساعة 12:13 PM
|