الهندسةهندسة الاتصالات

أساسيات مقارن الحلقة المفتوحة في الاتصالات Open Loop Comparator

يقوم مقارن “Op-amp” بمقارنة مستوى الجهد التماثلي بمستوى جهد تماثلي آخر أو بعض الجهد المرجعي المحدد مسبقاً و”VREF” وينتج إشارة ناتج بناءً على مقارنة الجهد هذه، كما يقارن مقارن الجهد “op-amp” بين مقادير مدخلي جهد ويحدد أيهما أكبرهما.

 

أساسيات مقارن الحلقة مفتوحة

 

يمكن استخدام المضخم التشغيلي مع التغذية الراجعة للتحكم في حجم إشارة الناتج الخاصة به في المنطقة الخطية التي تؤدي مجموعة متنوعة من الوظائف المختلفة، كما أنّ المضخم التشغيلي القياسي يتميز بكسب الحلقة المفتوحة “AO” وأنّ جهد الناتج يعطى بالتعبير “VOUT = AO (V + – V-)”، حيث أنّ “V +” و”V-” يتوافقان مع الفولتية عند عدم قلب ومحطات معكوسة على التوالي.

 

ومن ناحية أخرى تستخدم مقارنات الجهد إمّا تغذية راجعة إيجابية أو لا تستخدم أي ردود فعل على الإطلاق أي وضع الحلقة المفتوحة لتبديل ناتجها بين حالتين مشبعتين، لأنّه في وضع الحلقة المفتوحة يكون كسب الجهد للمضخمات مساوياً بشكل أساسي لـ “AVO”.

 

ثم بسبب هذا الكسب المرتفع للحلقة المفتوحة يتأرجح الناتج من المقارنة إمّا بالكامل إلى سكة الإمداد الإيجابية “+ Vcc” أو بالكامل إلى سكة الإمداد السلبية “-Vcc”، وعند تطبيق إشارة الإدخال المتغيرة التي تتجاوز بعض قيمة العتبة المحددة مسبقاً.

 

ومقارن “op-amp” مفتوح الحلقة عبارة عن دائرة تماثلية تعمل في منطقتها غير الخطية كتغييرات في المدخلات التماثلية، و”V +” و”V-” تجعلها تتصرف مثل جهاز رقمي ثنائي الاستقرار، حيث يتسبب تشغيله في الحصول على مخرجين محتملين الدول أي “+ Vcc” أو “-Vcc”، ثم أنّ مقارنة الجهد هو في الأساس محول تماثلي “1 بت” إلى محول رقمي، حيث أنّ إشارة الإدخال تماثلية ولكن الإخراج يتصرف رقمياً.

 

  • “AVO” هي اختصار لـ “Amperes, Volts, and Ohms”.

 

ما هي دائرة مقارنة open loop

 

بالإشارة إلى دائرة مقارنة “op-amp” فإنّ “VIN” أقل من مستوى جهد التيار المستمر عند “VREF” و”VIN <VREF”، ونظراً لأنّ المدخلات غير المقلوبة أي الإيجابية للمقارنة أقل من المدخلات المقلوبة أي السالبة، كما سيكون الناتج منخفضاً وعند جهد الإمداد السالب ينتج “-Vcc” تشبعاً سلبياً للإخراج.

 

إذا تم زيادة جهد الإدخال “VIN” بحيث تكون قيمته أكبر من الجهد المرجعي “VREF” على المدخلات المقلوبة فإنّ جهد الناتج يتحول بسرعة عالية نحو جهد الإمداد الإيجابي “+ Vcc”، ممّا يؤدي إلى تشبع إيجابي للإخراج وإذا تم تقليل جهد الإدخال “VIN” مرة أخرى، بحيث يكون أقل قليلاً من الجهد المرجعي فإنّ ناتج “op-amp” يعود إلى جهد التشبع السالب الذي يعمل ككاشف عتبة.

 

ثم يمكن أن يكون مقارن الجهد “op-amp” هو جهاز يعتمد ناتجه على قيمة جهد الإدخال “VIN” فيما يتعلق ببعض مستوى جهد التيار المستمر، حيث يكون الناتج مرتفعاً عندما يكون الجهد على المدخلات غير المقلوبة أكبر من الجهد على المدخلات المقلوبة، و”LOW” عندما يكون المدخل غير المقلوب أقل من جهد الإدخال المقلوب، وهذا الشرط صحيح بغض النظر عمّا إذا كانت إشارة الإدخال متصلة بالمدخل المقلوب أو غير المقلوب للمقارن.

 

يمكن أيضاً أن تكون قيمة جهد الناتج تعتمد كلياً على جهد مصدر الطاقة “op-amps”، ونظراً لاكتساب حلقة مفتوحة عالية “op-amps”، يمكن أن يكون حجم جهد الناتج غير محدود في كلا الاتجاهين “± ∞” ومع ذلك فهو مقيد بقيود العرض “op-amps” التي تعطي “VOUT = + Vcc” أو “VOUT = -Vcc”.

 

كما أنّ مقارن “op-amp” الأساسي ينتج جهداً موجباً أو سالباً من خلال مقارنة جهد الإدخال الخاص به مقابل بعض الجهد المرجعي “DC” المحدد مسبقاً، كما يتم استخدام مقسم الجهد المقاوم لتعيين الجهد المرجعي للإدخال للمقارنة، ولكن يمكن استخدام مصدر البطارية أو الصمام الثنائي زينر أو مقياس الجهد للجهد المرجعي المتغير.

 

  • “DC” هي اختصار لـ “direct current”.

 

  • “op-amp” هي اختصار لـ “operational amplifier”.

 

مبدأ عمل مقارنة open loop

 

1- مقارنة الفولتية المرجعية

 

يمكن ضبط الجهد المرجعي للمقارنات بحيث يكون في أي مكان بين “0 فولت” والجهد الكهربائي ولكن هناك قيود عملية على نطاق الجهد الفعلي اعتماداً على جهاز مقارنة “op-amp” المستخدم.

 

2- مقارنات الجهد الموجب والسالب

 

يمكن استخدام دائرة مقارنة “op-amp” أساسية لاكتشاف جهد إدخال موجب أو سالب اعتماداً على مدخلات مضخم التشغيل الذي يتم توصيله بمصدر الجهد المرجعي الثابت والجهد الداخلي، فمثلاً يتم استخدام الإدخال المقلوب لضبط الجهد المرجعي مع جهد الإدخال المتصل بالمدخل غير المقلوب.

 

ولكن بالمقابل يمكن توصيل مدخلات المقارنة بالطريقة الأخرى حول عكس إشارة الناتج، كما يمكن تكوين مقارن “op-amp” ليعمل فيما يسمى التكوين المقلوب أو غير العكسي.

 

3- مقارنة الجهد الإيجابي

 

التكوين الأساسي لمقارن الجهد الإيجابي والمعروف أيضاً باسم دائرة المقارنة غير العاكسة تكتشف عندما تكون إشارة الإدخال “VIN” أعلى أو أكثر إيجابية من الجهد المرجعي “VREF”، وينتج مخرجات عند “VOUT” وهي عالية.

 

4- دائرة مقارنة غير مقلوبة

 

في هذا التكوين غير المقلوب يتم توصيل الجهد المرجعي بالإدخال المقلوب لمضخم التشغيل مع إشارة الإدخال المتصلة بالمدخل غير المقلوب، وكما أنّ المقاومين اللذين يشكلان شبكة المقسم المحتمل متساويان وأنّ “R1 = R2 = R”، وهذا سينتج جهداً مرجعياً ثابتاً يساوي نصف جهد الإمداد أي “Vcc / 2” بينما يكون جهد الدخل متغيراً من صفر إلى جهد الإمداد.

 

عندما يكون “VIN” أكبر من “VREF”، فإنّ ناتج مقارنات “op-amp” سوف يتشبع باتجاه سكة الإمداد الإيجابية “Vcc”، وعندما يكون “VIN” أقل من “VREF” سيغير ناتج مقارنات “op-amp” الحالة ويشبع عند سكة الإمداد السلبية “0v”.

 

5- مقارنة الجهد السلبي

 

التكوين الأساسي لمقارن الجهد السالب والمعروف أيضاً باسم دائرة المقارنة العكسية تكتشف عندما تكون إشارة الإدخال “VIN” أقل أو أكثر سالبة من الجهد المرجعي “VREF”، وينتج مخرجات عند “VOUT” وهي عالية.

 

6- عكس دائرة المقارنة

 

في التكوين العكسي وهو عكس التكوين الموجب، يتم توصيل الجهد المرجعي بالمدخل غير المقلوب لمكبر التشغيل بينما يتم توصيل إشارة الإدخال بالمدخل المقلوب، ثم عندما يكون “VIN” أقل من “VREF” فإنّ ناتج مقارنات “op-amp” سوف يتشبع باتجاه سكة الإمداد الإيجابية “Vcc”.

 

وبالمثل يكون العكس صحيحاً عندما يكون “VIN” أكبر من “VREF”، فإنّ ناتج مقارنات “op-amp” سيتغير الحالة ويتشبع باتجاه سكة الإمداد السلبية “0v”، ثم اعتماداً على مدخلات “op-amp” التي تم استخدامها للإشارة والجهد المرجعي، يمكن إنتاج ناتج معكوس أو غير مقلوب ويمكن أن تأخذ فكرة الكشف عن إشارة الذهاب السلبية أو الإيجابية خطوة أخرى إلى الأمام من خلال الجمع بين دائرتي مقارنة “op-amp” لإنتاج دائرة مقارنة نافذة.

 

7- مقارنة النوافذ

 

مقارنة النافذة: هي أساساً المقارنات المقلوبة وغير المقلوبة أعلاه مجتمعة في مرحلة مقارنة واحدة كما يكتشف مقارنة النافذة مستويات جهد الإدخال الموجودة ضمن نطاق أو نافذة معينة من الفولتية، بدلاً من الإشارة إلى ما إذا كان الجهد أكبر أو أقل من نقطة مرجعية محددة مسبقاً أو ثابتة للجهد.

 

وبدلاً من الحصول على قيمة جهد مرجعي واحدة فقط سيكون لمقارن النافذة جهدان مرجعيان يتم تنفيذهما بواسطة زوج من مقارنات الجهد، وواحد يقوم بتشغيل مقارن “op-amp” عند اكتشاف بعض عتبة الجهد العليا “VREF (UPPER)” والآخر الذي يقوم بتشغيل مقارن “op-amp” عند اكتشاف مستوى عتبة الجهد المنخفض “VREF (LOWER)”، ثم تسمى مستويات الجهد بين هذين الجهد المرجعي العلوي والسفلي “النافذة” ومن هنا جاء اسمها.

المصدر
Introduction to Analog and Digital Communications/ Simon HaykinData Communication and Computer NetworkWIRELESS COMMUNICATIONS/ Andreas F. MolischTheory and Problems of Signals and Systems/ Hwei P. Hsu, Ph.D./ JOHN M. SENIOR Optical Fiber Communications Principles and Practice Third Edition

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى