اقرأ في هذا المقال
- أساسيات ومبدأ عمل المضخم التشغيلي المتكامل
- سلوك مضخم تكامل op-amp
- مكامل التيار المتردد أو المكمل المستمر للمضخم
- المكامل AC Op-amp مع التحكم في كسب التيار المستمر
يمكن استخدام المضخمات التشغيلية كجزء من مضخم التغذية المرتدة الإيجابية أو السلبية أو كدائرة من نوع ملتوي أو الطرح باستخدام مقاومات نقية فقط في كل من الإدخال وحلقة التغذية الراجعة، ولكن إذا تم العمل على تغيير عنصر التغذية المرتدة المقاوم البحت “Rƒ” لمضخم عكسي مع عنصر معقد يعتمد على التردد وله مفاعلة (X) مثل المكثف، فإنّه سيكون التأثير على العملية ووظيفة نقل كسب الجهد أمبير على مدى ترددها نتيجة لهذه الممانعة المعقدة.
أساسيات ومبدأ عمل المضخم التشغيلي المتكامل
من خلال استبدال مقاومة التغذية المرتدة هذه بمكثف أصبح هناك شبكة “RC” متصلة عبر مسار التغذية الراجعة لمضخم التشغيل ينتج نوعاً آخر من دارة المضخم التشغيلي، حيث تسمى عادةً دائرة تكامل
“Op-amp”، وكما يوحي اسمها فإنّ “Op-amp Integrator” عبارة عن دائرة مضخم تشغيلي تؤدي العملية الرياضية للتكامل، أي أنّه يمكن أن يتسبب في استجابة الإنتاج للتغيرات في جهد الإدخال بمرور الوقت، حيث ينتج تكامل “op-amp” جهد ناتج الذي يتناسب مع تكامل جهد الإدخال.
بمعنى آخر يتم تحديد حجم إشارة الناتج من خلال طول الوقت الذي يوجد فيه الجهد عند مدخله، حيث أنّ التيار من خلال حلقة التغذية المرتدة يشحن أو يفرغ المكثف، حيث تحدث التغذية المرتدة السلبية المطلوبة من خلال المكثف.
أمّا عندما يتم تطبيق جهد خطوة يتم تطبيق “Vin” أولاً على مدخلات مضخم دمج، كما يكون للمكثف غير المشحون “C” مقاومة قليلة جدًا ويعمل قليلاً، مثل دائرة كهربائية قصيرة تسمح بتدفق أقصى تيار عبر المقاوم الإدخال “Rin”، حيث يوجد فرق محتمل بين لوحين.
لا يكون هناك تيار يتدفق إلى مدخلات المضخم والنقطة “X” هي أرض افتراضية ينتج عنها صفر ناتج، حيث نظراً لأنّ مقاومة المكثف عند هذه النقطة منخفضة جداً، فإن نسبة الكسب لـ “XC / RIN” صغيرة جداً أيضاً ممّا يعطي كسباً إجمالياً للجهد أقل من واحد أي دائرة تتبع الجهد.
ونظراً لأنّ مكثف التغذية المرتدة يبدأ “C” في الشحن بسبب تأثير جهد الإدخال فإنّ ممانعته “Xc” تزداد ببطء بما يتناسب مع معدل شحنتها، كما يشحن المكثف بمعدل يحدده ثابت وقت “RC” ومن سلسلة شبكة “RC”، كما تجبر التغذية المرتدة جهاز “op-amp” على إنتاج جهد ناتج يحافظ على الأرض الافتراضية عند مدخلات “op-amp” المعكوسة.
نظراً لأنّ المكثف متصل بين المدخلات العكسية لـ “op-amp” والتي هي عند إمكانية الأرض الافتراضية وناتج “op-amp” الذي أصبح الآن سالباً، فإنّ الجهد المحتمل “Vc” المطوَّر عبر المكثف يزداد ببطء ممّا يؤدي إلى انخفاض تيار الشحن مع زيادة مقاومة المكثف، كما ينتج عن هذا زيادة نسبة “Xc / Rin” ممّا ينتج عنه زيادة خطية في جهد ناتج المنحدر الذي يستمر في الزيادة حتى يتم شحن المكثف بالكامل.
وعند هذه النقطة يعمل المكثف كدائرة مفتوحة ممّا يمنع أي تدفق إضافي للتيار المستمر، حيث أصبحت نسبة مكثف التغذية المرتدة إلى المقاوم المدخل “XC / RIN” الآن لانهائية، ممّا يؤدي إلى كسب لا نهائي ونتيجة هذا الكسب المرتفع وعلى غرار كسب الحلقة المفتوحة “op-amps”، هو أنّ ناتج مكبر الصوت ينتقل إلى التشبع، كما يحدث التشبع عندما يتأرجح جهد ناتج المضخم بشكل كبير إلى أحد سكة إمداد الجهد أو الآخر مع القليل من التحكم أو عدم وجود تحكم بينهما.
كما يتم تحديد معدل زيادة جهد الناتح أي معدل التغيير من خلال قيمة المقاوم والمكثف أي “ثابت وقت RC”، ومن خلال تغيير القيمة الثابتة لوقت “RC” إمّا عن طريق تغيير قيمة المكثف “C” أو المقاوم “R” يمكن أيضاً تغيير الوقت الذي يستغرقه جهد الناتج للوصول إلى التشبع على سبيل المثال.
وإذا تم تطبيق إشارة إدخال متغيرة باستمرار مثل موجة مربعة لإدخال مضخم متكامل فسيتم شحن المكثف وتفريغه استجابة للتغيرات في إشارة الإدخال، كما ينتج عن هذا أنّ إشارة الناتج هي إشارة شكل موجة مسننة يتأثر ناتجها بثابت وقت “RC” لتركيبة المقاوم أو المكثف؛ لأنّه عند الترددات العالية يكون للمكثف وقت أقل للشحن بالكامل، كما يُعرف هذا النوع من الدوائر أيضاً باسم “Ramp Generator” ووظيفة النقل.
سلوك مضخم تكامل op-amp
- يضمن الاختصار الافتراضي أنّ الجهد عند طرف الإدخال العكسي هو دائماً “0 فولت”.
- نظراً لأنّ طرف الإدخال العكسي يكون دائماً على الأرض، فإنّ التيار المتدفق نحو طرف الإدخال العكسي يعتمد فقط على جهد الدخل ومقاومة الإدخال “R”.
- يتم افتراض أنّه لا يوجد تيار يتدفق إلى أطراف إدخال “op-amp” وهذا يعني أنّ التيار المتدفق عبر مقاومة الإدخال يساوي التيار المتدفق عبر مكثف التغذية المرتدة.
- يتناسب الجهد كدالة للوقت عبر أطراف المكثف مع التكامل فيما يتعلق بالوقت للتيار المتدفق عبر المكثف.
مكامل التيار المتردد أو المكمل المستمر للمضخم
إذا تم العمل على تغيير إشارة إدخال الموجة المربعة إلى تلك الخاصة بموجة جيبية ذات تردد متغير فإنّ “Op-amp Integrator” يعمل بشكل أقل مثل المُدمج ويبدأ في التصرف بشكل أكبر، مثل “مرشح تمرير منخفض” نشط ويمرر إشارات منخفضة التردد مع تخفيف ارتفاع الترددات.
أمّا عند التردد الصفري أي “0 هرتز” أو التيار المستمر يعمل المكثف كدائرة مفتوحة بسبب تفاعله وبالتالي يمنع أي ردود فعل لجهد الناتج، حيث نتيجةً لذلك يتم توفير القليل جدًا من التغذية المرتدة السلبية من الناتج إلى مدخل المضخم.
لذلك مع مكثف واحد فقط “C” في مسار التغذية المرتدة عند التردد الصفري يتم توصيل “op-amp” بشكل فعال كمضخم تشغيلي عادي مفتوح الحلقة مع كسب عالي الحلقة المفتوحة، كما ينتج عن هذا أنّ جهاز “op-amp” يصبح غير مستقر سبباً لظروف جهد الناتج غير المرغوب فيه والتشبع المحتمل للسكك الحديدية.
كما تربط هذه الدائرة مقاومة عالية القيمة بالتوازي مع مكثف شحن وتفريغ مستمر، حيث إنّ إضافة المقاوم المرتد “R2” عبر المكثف “C” يعطي الدائرة خصائص مضخم عكسي، ومع كسب جهد الحلقة المغلقة المحددة بواسطة “R2 / R1”.
والنتيجة هي عند الترددات العالية يقوم المكثف بإيقاف مقاومة ردود الفعل هذه “R2” بسبب تأثيرات المفاعلة السعوية التي تقلل من كسب المضخمات، حيث في ترددات التشغيل العادية تعمل الدائرة كمتكامل معياري بينما عند الترددات المنخفضة جداً التي تقترب من “0 هرتز”، وعندما تصبح “C” مفتوحة بسبب تفاعلها فإنّ حجم كسب الجهد يكون محدوداً ويتم التحكم فيه بنسبة “R2 / R1”.
المكامل AC Op-amp مع التحكم في كسب التيار المستمر
على عكس مضخم تكامل التيار المستمر الذي يكون جهده الناتج في أي لحظة جزءاً لا يتجزأ من شكل موجة بحيث يكون شكل الموجة الناتج مثلثاً عندما يكون الإدخال عبارة عن موجة مربعة، أمّا بالنسبة لمتكامل التيار المتردد سينتج شكل موجة إدخال جيبية موجة جيبية أخرى.
وكذلك مثل ناتجها الذي سيكون “90 درجة” خارج الطور مع المدخلات التي تنتج موجة جيب التمام، حيث علاوة على ذلك عندما يكون الإدخال مثلثاً، كما يكون شكل الموجة الناتج أيضاً جيبياً، حيث هذا يشكل بعد ذلك أساس مرشح الترددات المنخفضة النشط.
