اقرأ في هذا المقال
- أساسيات المضخم التشغيلي غير العاكس
- مكاسب الجهد للمضخم التشغيلي غير العاكس
- مبدأ عمل المضخمات التشغيلية غير العاكسة
- ممانعة المدخلات للمضخم التشغيلي غير العاكس
- ممانعة النواتج للمضخم التشغيلي غير العاكس
- ما هي صيغة المضخم التشغيلي غير العاكس
- ما هو الفرق بين المضخمات التشغيلية غير العاكسة والعكسية
في المضخمات التشغيلية غير عاكسة يتم تطبيق إشارة جهد الإدخال “VIN” مباشرة على طرف الإدخال غير العكسي “+”، ممّا يعني أنّ كسب ناتج المضخم يصبح “إيجابياً” في القيمة على عكس دائرة “المضخم العكسي”، والذي يكون مكاسبه الناتج سالباً في القيمة والنتيجة هي أنّ إشارة الناتج “في الطور” مع إشارة الإدخال.
أساسيات المضخم التشغيلي غير العاكس
يتم تحقيق التحكم في التغذية الراجعة للمضخم التشغيلي غير المعكوس من خلال تطبيق جزء صغير من إشارة جهد الناتج مرة أخرى على طرف الإدخال العكسي (-) عبر شبكة مقسم الجهد “Rƒ – R2″، ممّا ينتج عنه مرة أخرى ردود فعل سلبية، كما ينتج هذا التكوين ذو الحلقة المغلقة دائرة مضخم غير عكسية مع استقرار جيد جداً ومقاومة عالية جداً للمدخلات وتقترب “Rin” من اللانهاية، حيث لا يتدفق التيار إلى طرف الإدخال الموجب والظروف المثالية ومقاومة ناتج منخفضة التوجيه.
كما يمكن أن تكون “R2” هي “Rf” و”R1″ هي “R1” في بعض الدوائر يعملان كمقسم محتمل لجهد الناتج ويتم تطبيق الجهد عبر المقاوم “R1” على المدخلات العكسية، وعندما يتم توصيل المدخلات غير المعكوسة بالأرض أي “VIN = 0” يجب أن يكون الجهد عند طرف الإدخال المقلوب على مستوى الأرض وإذا لم يكن الأمر كذلك فسيتم تضخيم أي فرق في الجهد بين أطراف الإدخال لنقل طرف الإدخال المعكوس إلى مستوى الأرض أي ستكون مدخلات “Op Amp” دائماً بنفس الجهد.
نظراً لأنّ طرف الإدخال العكسي عند مستوى الأرض ويجب أيضاً أن يكون تقاطع المقاومات “R1″ و”R2” على مستوى الأرض، وهذا يعني أنّ انخفاض الجهد عبر “R1” سيكون صفراً ونتيجةً لذلك يجب أن يكون التيار المتدفق عبر “R1″ و”R2” صفراً، وبالتالي هناك انخفاض في الجهد الصفري عبر “R2” وبالتالي فإنّ جهد الناتج يساوي جهد الإدخال وهو “0 فولت”.
عندما يتم تطبيق إشارة إدخال موجبة على طرف الإدخال غير العكسي فإنّ جهد الناتج سوف يتحول للحفاظ على طرف الإدخال العكسي مساوياً لجهد الإدخال المطبق، وبالتالي سيكون هناك جهد تغذية مرتد تم تطويره عبر المقاوم “R1”:
VR1 = VIN = VOUT R1 / (R1 + R2)
مكاسب الجهد للمضخم التشغيلي غير العاكس
من المعادلة أعلاه فإنّ “VIN” من حيث “VOUT” يمكن حساب كسب جهد الحلقة المغلقة لمكبر الصوت غير المعكوس “ACL” على النحو التالي:
ACL = VOUT / VIN
وعندما تكون “(R1 + R2) / R1” فإنّ:
ACL = 1 + (R2 / R1)
أو أنّ:
ACL = 1 + (Rf / R1)
ومعادلة الكسب أعلاه موجبة ممّا يشير إلى أنّ الناتج سيكون في الطور مع إشارة الإدخال المطبقة، كما يتم تحديد كسب جهد الحلقة المغلقة لمضخم غير معكوس من خلال نسبة المقاومات “R1″ و”R2” المستخدمة في الدائرة، وعملياً سيكون للمضخم غير العاكسة تكون المقاومة في سلسلة مع مصدر جهد الإدخال للحفاظ على تيار الإدخال كما هو في كلا طرفي الإدخال.
مبدأ عمل المضخمات التشغيلية غير العاكسة
في مكبر الصوت غير العكسي يوجد اختصار افتراضي بين طرفي الإدخال، والقصر الافتراضي هو دائرة كهربائية قصيرة للجهد ولكنّه دائرة مفتوحة للتيار، كما يستخدم القصر الافتراضي خاصيتين لمكبر الصوت المثالي هما:
- نظراً لأنّ “RIN” غير محدود، فإنّ تيار الإدخال في كلا الطرفين هو صفر.
- نظراً لأنّ “Open Loop Gain AOL” غير محدود، فإنّ فرق الجهد (V1 – V2) يكون دائماً صفراً.
وعلى الرغم من أنّ القصر الافتراضي هو تقريب مثالي، إلّا أنّه يعطي قيمًا دقيقة عند استخدامه مع ردود فعل سلبية ثقيلة، وطالما أنّ جهاز “op-amp” يعمل في المنطقة الخطية أي غير مشبعة أو إيجابية أو سلبية، فإنّ كسب جهد الحلقة المفتوحة يقترب من اللانهاية ويوجد القصر الافتراضي بين طرفي إدخال.
وبسبب القصر الظاهري يتبع جهد الدخل العكسي جهد الإدخال غير المعكوس، حيث إذا زاد أو نقص جهد الإدخال غير العكسي، فإنّ جهد الدخل العكسي يزيد أو ينقص على الفور إلى نفس القيمة وغالباً ما يشار إلى هذا الإجراء باسم “Bootstrapping”.
ممانعة المدخلات للمضخم التشغيلي غير العاكس
يتم إعطاء ممانعة الإدخال لدائرة المضخم التشغيلي على النحو التالي:
ZIN = (1 + AOL β) Zi
حيث أنّ “AOL” هو كسب الحلقة المفتوحة لـ “op-amp”، وإنّ “Zi “هي مقاومة الإدخال لـ “op-amp” دون أي ردود فعل و”β” هو عامل التغذية الراجعة، أمّا بالنسبة للمضخم غير المعكوس يتم إعطاء عامل التغذية المرتدة على النحو التالي:
β = R2 / (R1 + R2)
β = 1 / ACL
لذلك بالنسبة لدائرة مضخم غير المعكوس يتم إعطاء مقاومة الإدخال بواسطة المعادلة:
ZIN = {1 + (AOL / ACL)} Zi
ممانعة النواتج للمضخم التشغيلي غير العاكس
يتم التعبير عن مقاومة الإنتاج لـ “op-amp” على النحو التالي:
ZOUT = Z0 / (1+ AOL β)
نظراً لأنّ “β = 1 / ACL” للمضخم غير المعكوس يتم إعطاء الممانعة على النحو التالي:
ZOUT = Z0 / {1 + (AOL / ACL)}
كما يظهر “op-amp” مع تكوين غير عكسي ويتم تغذية الإشارة المطلوبة لتضخيمها باستخدام المرجع أمبير في دبوس الموجب أو غير المعكوس لدائرة المرجع أمبير، بينما يوفر مقسم الجهد باستخدام مقاومين “R1″ و”R2” الجزء الصغير من الإنتاج إلى العاكس دبوس من دائرة المرجع أمبير، كما توفر هاتان المقاوماتان التغذية الراجعة المطلوبة لجهاز “op-amp”، وفي حالة مثالية سيوفر دبوس الإدخال الخاص بـ “op-amp” مقاومة عالية للإدخال وسيكون دبوس النواتج في مقاومة منخفضة للنواتج.
ما هي صيغة المضخم التشغيلي غير العاكس
تعمل مضخمات التشغيل غير العاكسة وفقاً لقواعد المرجع الذهبية، وهي:
- القاعدة الحالية: لا يوجد تيار يتدفق إلى مدخلات المرجع (I + = I- = 0).
- قاعدة الجهد: يحاول إخراج المرجع أمبير التأكد من أن فرق الجهد بين المدخلين هو صفر (V + = V-).
ضع في اعتبارك دائرة المرجع غير المقلوبة الموضحة أعلاه، ووفقاً لقاعدة الجهد سيكون الجهد عند الإدخال المقلوب (-) هو نفسه عند الإدخال غير العكسي (+) وهو الجهد المطبق “Vin”، كما يمكن بعد ذلك إعطاء التيار الذي يمر عبر “R1” كـ “Vin / R1″، ووفقاً للقاعدة الحالية لا ترسم المدخلات أي تيار لذلك يجب أن يتدفق كل هذا التيار عبر “R2”.
يمكن بعد ذلك إعطاء جهد الناتج كـ “Vout = Vin + (Vin / R1) R2″، كما يكون الكسب بعد ذلك “Vout / “Vin = 1 + (R2 / R1)، كما لن يكون الكسب أبداً أقل من 1 لذا فإنّ المرجع غير المقلوب سينتج إشارة مضخمة تكون في طور مع الإدخال.
ما هو الفرق بين المضخمات التشغيلية غير العاكسة والعكسية
ينتج المضخم غير العكسي إشارة ناتج في الطور مع إشارة الإدخال في حين أنّ ناتج المضخم العكسي يكون خارج الطور، كما يمكن إنشاء كل من أمبير المرجع العكسي وغير العكسي من أمبير واحد ومقاومين وفقط في تكوينات مختلفة.
