كيف تعمل مُضَخِّم التشغيل (O- Pamp)?

كيف يعمل المضخم العملي؟

المضخم العملي (Op-Amp) هو مكون إلكتروني متكامل بشكل كبير يستخدم على نطاق واسع في الدوائر لتعزيز الإشارة، والتصفية، والتجميع، والتفاضل، والعديد من التطبيقات الأخرى. وظيفته الأساسية هي تعزيز الفرق في الجهد بين طرفيه المدخلين. إليك شرح لكيفية عمل المضخم العملي ومفاهيم رئيسية:

1. الهيكل الأساسي

• عادة ما يكون للمضخم العملي خمسة أطراف:

• الطرف المدخل غير العكسي (V+): الطرف المدخل الموجب.

• الطرف المدخل العكسي (V−): الطرف المدخل السالب.

• الطرف الخرج (Vout): الإشارة المخرج المُعززة.

• مصدر الطاقة الموجب (Vcc): جهد مصدر الطاقة الموجب.

• مصدر الطاقة السالب (Vee): جهد مصدر الطاقة السالب.

2. مبدأ العمل

افتراضات للمضخم العملي المثالي

• الربح اللانهائي: بشكل مثالي، يكون الربح A للمضخم العملي لانهائيًا.

• مقاومة المدخل اللانهائية: تكون مقاومة المدخل Rin لانهائية، مما يعني أن تيار المدخل تقريبًا صفر.

• مقاومة الخرج الصفرية: تكون مقاومة الخرج Rout صفرية، مما يعني أن تيار الخرج يمكن أن يكون كبيرًا بشكل عشوائي دون التأثير على جهد الخرج.

• عرض النطاق الترددي اللانهائي: بشكل مثالي، يمكن للمضخم العملي العمل عند جميع الترددات بدون أي قيود.

خصائص المضخم العملي الحقيقي

• الربح المحدود: في الواقع، يكون الربح A للمضخم العملي محدودًا، عادةً يتراوح بين عشرة إلى القوة الخامسة إلى عشرة إلى القوة السادسة.

• مقاومة المدخل المحدودة: ليست المقاومة الفعلية للمدخل لانهائية ولكنها عالية جداً (مستوى الميجا أوم).

• مقاومة الخرج غير الصفرية: ليست المقاومة الفعلية للخرج صفرية ولكنها منخفضة جدًا.

• عرض النطاق الترددي المحدود: يكون عرض النطاق الترددي الفعلي للمضخم العملي محدودًا، عادةً يتراوح بين مئات الكيلوهرتز إلى الميجاهرتز.

3. الأوضاع التشغيلية الأساسية

التكوين ذو الحلقة المفتوحة

ربح الحلقة المفتوحة: في التكوين ذو الحلقة المفتوحة، يقوم الربح A للمضخم العملي بتعزيز فرق الجهد المدخل التفاضلي مباشرة.

التشبع: بسبب الربح العالي A، حتى فرق جهد مدخل صغير يمكن أن يسبب الوصول إلى حدود جهد مصدر الطاقة (أي Vcc أو Vee).

التكوين ذو الحلقة المغلقة

الارتداد السلبي: عن طريق تقديم الارتداد السلبي، يمكن السيطرة على الربح للمضخم العملي ليكون ضمن نطاق معقول.

دارة الارتداد السلبي: تشمل الدارات الشائعة للأرتداد السلبي المضخم العكسي، والمضخم غير العكسي، والمضخم التفاضلي.

القصيرة الافتراضية والفتحة الافتراضية: في دارات الارتداد السلبي، تكون الجهود في طرفي المدخل للمضخم العملي تقريبًا متساوية (القصيرة الافتراضية)، وتيار المدخل تقريبًا صفر (الفتحة الافتراضية).

4. الدارات التطبيقية الشائعة

المضخم العكسي

هيكل الدارة: يتم تغذية الإشارة المدخلة عبر مقاومة R1 إلى الطرف المدخل العكسي V − ، ومقاوم الارتداد Rf تربط الخرج Vout بالطرف المدخل العكسي V- .

المضخم غير العكسي

هيكل الدارة: يتم تغذية الإشارة المدخلة عبر مقاومة R1 إلى الطرف المدخل غير العكسي V + ، ومقاوم الارتداد Rf يربط الخرج Vout بالطرف المدخل العكسي V− .

المضخم التفاضلي

هيكل الدارة: يتم تطبيق اثنين من الإشارات المدخلة على الطرف المدخل غير العكسي V+ والطرف المدخل العكسي V−، ومقاوم الارتداد Rf يربط الخرج V out بالطرف المدخل العكسي V − .

5. الملخص

يعمل المضخم العملي عن طريق تعزيز الفرق في الجهد بين طرفيه المدخلين، مع الاعتماد الأساسي على الربح العالي والآليات المرتدة السلبية. باستخدام تكوينات دوائر مختلفة، يمكن للمضخمات العملية تنفيذ وظائف متنوعة مثل التعزيز، والتصفية، والتجميع، والتفاضل. فهم مبادئ العمل والدوائر التطبيقية الشائعة للمضخمات العملية أمر أساسي لتصميم وإصلاح أنظمة إلكترونية مختلفة.