مضخم العمليات هو المصطلح العام المستخدم لوصف الدائرة التي تنتج وتزيد (تضاعف) من قيمة إشارة الإدخال اذا المضخم هو جهاز أو دائرة إلكترونية تستخدم لزيادة حجم الإشارة الداخلة على مدخل المكبر او المضخم لتكبير وتضخيم الجهود المستمرة والاشارات المتناوبة. ومع ذلك ، ليست جميع دارات المضخم هي نفسها كما يتم تصنيفها وفقًا لتكوين داراتها وأنماط وحالات تشغيلها وهذا ما سندرسه في هذا الدرس , الاشكال التالية توضح رموز مضخم العمليات:
في علم لالكترونيات ، تكون مضخمات الإشارة (مضخم العمليات) الصغيرة هي الأجهزة المستخدمة بشكل شائع ، حيث إنها تمتلك القدرة على تضخيم إشارة دخل الصغيرة نسبيًا دون الاضرار بها ، على سبيل المثال جهاز مكبر الصوت المنزلي وبعض التطبيقات الهندسة والعملية الاخرى مثل استخدامه في دوائر المقارانات والمنظمات وغيرها. وبشكل عام يتم تصنيف مكبرات العمليات كما يلي:
| نوع الاشارة | نوع التكوين | التصنيف العام التجاري | التردد المستخدم |
| اشارة صغيرة | باعث مشترك Common Emitter | تصنيف المضخم A | تيار مستمر (DC) |
| اشارة كبيرة | قاعدة مشتركة Common Base | تصنيف المضخم B | ترددات الصوت (AF) |
| – | جامع مشترك Common Collector | تصنيف المضخم AB | ترددات الراديو (RF) |
| – | – | تصنيف المضخم C | ترددات VHF و UHF و SHF |
يمكن اعتبار المكبرات بمثابة مربع أو كتلة بسيطة تحتوي على جهاز التضخيم ، مثل ترانزستور ثنائي القطب أو ترانزستور تأثير المجال ، الذي يحتوي على محطتي إدخال ومحطتين للإخراج مع إشارة خرج أكبر بكثير من إشارة الدخل كما تم بسبب تضخيمها. سيكون لمكبر الإشارة المثالي ثلاثة خصائص رئيسية: مقاومة الإدخال (RIN) ، مقاومة الخرج (ROUT) والتضخيم المعروف عادة باسم Gain أو (A). يُعرف الفرق المتضخم بين إشارات الدخل والإخراج باسم كسب المكبر. الكسب هو في الأساس قياس لمقدار “تضخيم” إشارة الدخل. على سبيل المثال ، إذا كانت لدينا إشارة دخل تبلغ 1 فولت وناتج التضخيم يبلغ 50 فولت ، فإن كسب مكبر الصوت سيكون “50”. وبعبارة أخرى ، تم زيادة إشارة الإدخال بعامل مقداره 50. وتسمى هذه الزيادة Gain.
كسب مكبرات الصوت هو ببساطة نسبة المخرجات مقسوما على المدخلات. لا تملك Gain أي وحدات فيزيائية ، ولكن في الإلكترونيات عادة ما يتم إعطاء الرمز “A” ، للتضخيم. ثم يتم ببساطة حساب مكسب الصوت على أنه:
“إشارة خرج مقسومة على إشارة الدخل”.
يمكن القول بأن كسب المضخم هي العلاقة الموجودة بين الإشارة المقاسة عند الخرج مع الإشارة المقاسة عند المدخل. هناك ثلاثة أنواع مختلفة من مكاسب مكبر الصوت والتي يمكن قياسها وهي:
| (Voltage Gain (Av | (Current Gain (Ai | (Power Gain (Ap |
حيث يتم حسابهم بسهولة كالتالي:
Av = Vout/Vin
Ai = Iout/Iin
Ap = Av*Ai
لاحظ أنه بالنسبة إلى Power Gain ، يمكنك أيضًا تقسيم الطاقة التي تم الحصول عليها عند الإخراج باستخدام الطاقة التي تم الحصول عليها عند الإدخال. أيضاً عند حساب كسب المكبّر ، تُستخدم v و i و p للإشارة إلى نوع كسب الإشارة المستخدم.
يمكن أيضاً التعبير عن كسب الطاقة (Ap) أو مستوى قدرة المضخم في الديسيبل (dB). إن Bel هي وحدة لوغاريتمية (10). بما أن Bel هي وحدة قياس كبيرة جدا ، فهي مسبوقة ب deci ، الديسيبل واحد عشر (1/10) من Bel. لحساب كسب مكبر الصوت في الديسيبل ، يمكننا استخدام العلاقات التالية:
(Voltage Gain in dB: av= 20*log(Av
(Current Gain in dB: ai= 20*log(Ai
(Power Gain in dB: ap= 10*log(Ap
كذلك ، تمثل القيمة الموجبة للديسيبل dB كسباً بينما تمثل القيمة السالبة dB خسارة في التكبير. على سبيل المثال ، يشير كسب مكبر للصوت لـ + 3DB إلى أن إشارة خرج مضخمات الصوت قد “تضاعفت” ، (x2) في حين أن كسب مضخم قدره -3 dB يشير إلى أن الإشارة قد “انخفضت إلى النصف” أو (x0.5) أو بمعنى آخر خسارة. وتسمى نقطة -3 ديسبيل من المكبر نقطة نصف الطاقة half-power point التي هي -3 ديسيبل أسفل من الحد الأقصى.
مثال : تحديد الجهد والتيار وكسب الطاقة لمكبر الذي يحتوي على إشارة دخل 1mA عند 10mV وإشارة خرج المقابلة 10mA عند 1V. أيضا ، وضح المكاسب الثلاث في ديسيبل :
نحسب مكاسب مكبر للصوت:
مكاسب مكبر الصوت الواردة في (الديسيبل):
بشكل عام ، يمكن تقسيم مكبرات الصوت إلى نوعين مختلفين اعتمادا على القوة أو كسب الجهد. نوع يسمى مضخم الإشارة الصغيرة الذي يتضمن مكبرات صوتية مسبقة ، مضخمات أجهزة القياس ، إلخ. تضخيم إشارة صغيرة مصممة لتضخيم مستويات جهد إشارة صغيرة جداً من عدد قليل جدًا من الفولتية الصغيرة (μV) من المستشعرات أو الإشارات الصوتية. أما النوع الآخر فيطلق عليه اسم مضخمات الإشارة الكبيرة مثل مضخمات الطاقة الصوتية أو مضخمات تحويل الطاقة. تم تصميم مضخمات الإشارة الكبيرة لتضخيم إشارات الجهد الكهربائي الكبيرة أو تبديل تيارات الحمل الثقيل كما ستجد مكبرات الصوت.
يشار إلى مضخم الإشارة الصغيرة بصفة عامة على أنه مضخم “Voltage” لأنه عادة ما يقوم بتحويل جهد دخل صغير إلى جهد إخراج أكبر . في بعض الأحيان تكون دائرة المضخم مطلوبة لتشغيل محرك أو تغذية مكبرات الصوت وبالنسبة لهذه الأنواع من التطبيقات التي تحتاج فيها تيارات التحويل العالية تحتاج إلى مكبرات الصوت Power Amplifiers. كما يوحي اسمها ، فإن المهمة الرئيسية لـ ” Power Amplifiers ” (المعروف أيضًا بمكبر الإشارة الضخم) ، هو توصيل الطاقة إلى الحمل ، وكما نعلم من الأعلى ، هو نتاج الجهد والتيار المطبق على تحميل مع طاقة إشارة الخرج تكون أكبر من قوة إشارة الدخل.
وبعبارة أخرى ، يضخم Power Amplifiers قوة إشارة الدخل مباشرة ، وهذا هو السبب في استخدام هذه الأنواع من دارات المضخمات في مراحل خرج مضخم لتشغيل مكبرات الصوت.مكبر للصوت المثالي سيعطينا كفاءة بنسبة 100٪ أو طاقة “IN” ستكون مساوية لطاقة “OUT”. ومع ذلك ، في الواقع ، لا يمكن أن يحدث هذا أبداً حيث يتم فقدان بعض القوة في شكل حرارة وأيضاً ، يستهلك مكبر الصوت نفسه الطاقة أثناء عملية التضخيم. ثم يتم إعطاء كفاءة مكبر للصوت على النحو التالي:
Efficiency = Pout/Pin
يمكننا تحديد الخصائص لمكبر للصوت المثالي من مناقشتنا السابقة فيما يتعلق بمكاسبه ، وتحديدا كسب الجهد كالتالي:
- يجب أن تحافظ المكبرات على نسبة كسب ثابتة بالنسبة لقيم إشارات الدخل المتغيرة.
- لا يتأثر الكسب بالتكرار حيث يجب تضخيم إشارات جميع الترددات بنفس المقدار بالضبط.
- لا يجب أن تضيف مكبرات ضوضاء إلى إشارة الخرج. يجب إزالة أي ضجيج موجود بالفعل في إشارة الدخل.
- لا ينبغي أن تتأثر مكبرات بالتغيرات في درجة الحرارة , مما يمنح درجة حرارة جيدة ولا يتعطل .
- يجب أن يبقى كسب المكبر ثابتًا على مدار فترات زمنية طويلة.
الآن يمكنك الانتقال الى الجزء الثاني , مضخم العمليات Amplifier – الجز الثاني.
