recent
أخبار ساخنة

مكبرات العمليات Operational Amplifiers

admin
الصفحة الرئيسية
سوف نتناول في السطور القادمة شرح تفصيلي لمكبرات العمليات Operational Amplifiers.

شرح مكبرات او مضخمات العمليات Operational Amplifiers


مكبرات العمليات Operational Amplifiers
مكبرات العمليات Operational Amplifiers

هو أحد الدوائر المتكاملة وأكثرها إنتشارا في عالم الإلكترونيات نظرا لسعره المنخفض وسهولة إستخدامه؛ويدخل في العديد من التطبيقات والدوائر الإلكترونية مثل الأجهزة الاستهلاكية والصناعية والعلمية؛ويستخدم في تكبير وتضخيم الجهود المستمرة والإشارات المترددة.

رمز مكبر العمليات وكيف يتم توصيله

مكبرات العمليات Operational Amplifiers
رمز مكبر العمليات وكيف يتم توصيله

عبارة عن مثلث له طرف خرج output واحد ويرمز له بالرمز Vout وله طرفان دخل input طرف موجب Non-Inverting Input ويرمز له بالرمز V2 وطرف سالب Inverting Input ويرمز له بالرمز V1؛ويمكن توصيل البارو سبلاي power supply عن طريق الطرفين Positive voltage supply و Negative voltage supply مثلا موجب 12 وسالب 12 لضمان عمل المكبر بشكل صحيح ؛فمثلا لو لديك بطارتين كل واحدة منهما 15 فولت يتم توصيلهما بالتوالي والموجب يتم توصيله بالطرف Positive voltage supply أو +V والطرف السالب يتم توصيله بالطرف Negative voltage supply أو -V ,والأرضي Ground هو عبارة عن المنطقة المنتصفة بين البطارتين.

خصائص مكبر العمليات

مكبرات العمليات Operational Amplifiers
خصائص مكبر العمليات

  1. مقاومة الدخل Input impedance كبيرة جدا لمنع تدفق أي تيار من المصدر إلى مكبر العمليات ولذلك Op-Amp لا يستهلك تيار أبدا؛ويأخذ التيار من power supply فقط.
  2. مقاومة الخرج Output impedance صغيرة جدا قريبة من الصفر ولذلك Op-Amp يعطى تيار جيد على الخرج.
  3. يحاول Op-Amp جاهدا أن يجعل دائما الفرق بين V1 و V2 يساوي صفر V1=V2.

وهناك العديد من الخصائص الأخرى التى من المهم معرفتها إلى جانب الخصائص السابقة ما لا تعرفه عن المضخمات العملية

شكل أو تركيب مكبر العمليات Op-Amp

مكبرات العمليات Operational Amplifiers
شكل أو تركيب مكبر العمليات Op-Amp

من أشهر أنواع مكبر العمليات Op-Amp هو uA741 , LM741,TL741 والشكل أو التركيب الداخلي لهم يكون عبارة عن 8 أطراف كالتالي:

طرف رقم 1 Input Offset

طرف رقم 2 Inverting Input

طرف رقم 3 Non-Inverting Input

طرف رقم 4 VCC supply-

طرف رقم 5 Input Offset

طرف رقم 6 Output

طرف رقم 7 VCC supply+

طرف رقم 8 NC



هناك أنواع أخرى لمكبر العمليات Op-Amp بأحجام وأرقام مختلفة مثل LM358-LM324-TL082-LM1874-LM2902

فمثلا نجد أن LM358-LM324 بهما أكثر من مكبر العمليات Op-Amp حوالي 4 مكبر العمليات Op-Amp؛وTL082 يعطي ترددات أعلى ويكبر ب noise قليلة؛وLM1874-LM2902 يعطي تيار أعلى .

وهناك أنواع أخرى مثل LM6142-MCP602-AD8032 وتكون عملية التكبير لهم بشكل كامل.

داتا شيت مكبر العمليات


سوف نأخذ مكبر العمليات LM741 كمثال لتوضيح أهم المعلومات الموجودة في الداتا شيت لمكبر العمليات

Supply voltage هي موجب وسالب 22 فولت.

Power Dissipation قيمته نصف وات.

Differential Input voltage ممكن أن نضع قيمة بين الموجب والسالب إلى 30 فولت.

Input Resistance وهي مقاومة الدخل وتقريبا تكون قيمتها 2 ميجا اوم.

Bandwidth عبارة عن الترددات التى تسمح بالتكبير وأكثر من هذه القيمة يحدث تشوه للتكبير وقيمته هنا 1.5 ميجا هيرتز.

Slew Rate عبارة عن مقدار سرعة الإشارة وقيمته هنا 0.5 فولت لكل مايكرو ثانية.

Supply Current قيمته 2.8 ميلي أمبير.

Power Consumption قيمته 150 ميلي وات.

Input voltage قيمته موجب وسالب 15 فولت.

Output voltage swing موجب وسالب 15 فولت.

Output Current قيمته 25 ميلي أمبير.


تطبيقات مكبر العمليات

سوف نتناول أشهر تطبيقات مكبر العمليات حتى نعرف كيف يتم حساب قيمة الخرج ومقدار التكبير لمكبر العمليات وكيف يمكننا التحكم في مقدار التكبير.

الدائرة الأولى

مكبرات العمليات Operational Amplifiers
الدائرة الاولى لتطبيقات مكبر العمليات

نفترض أن رقم 2 وهو Inverting Input تم توصيله ب V2 وهو الطرف السالب؛ورقم 3 وهو Non-Inverting Input تم توصيله لاأرضي ground وهو V1 الطرف الموجب ؛ورقم 2 تم توصيله بمقاومتين؛ورقم 6 هو الخرج Output؛ويحاول مكبر العمليات جعل الفرق بين V1 و V2 يساوي صفر أو من الممكن أن نفترض أن V1=V2 وبما ان V1 موصل بالأرضي إذا نفترض أن الجهد عند V2 يساوي تقريبا صفر؛ومقاومة الدخل لمكبر العمليات كبيرة جدا ولذلك نجد أن تيار الدخل لن يمر إلى مكبر العمليات بينما يمر عبر المقاومة R in ثم إلى المقاومة R f.

ولكن كيف يتم حساب قيمة الخرج ومقدار التكبير لمكبر العمليات؟

يكون ذلك من خلال المعادلة التالية:

معادلة 1
مكبرات العمليات Operational Amplifiers
معادلة حساب قيمة الخرج ومقدار التكبير لمكبر العمليات



وبناء على المعادلة السابقة يمكننا التحكم في مقدار التكبير من خلال قيم كلا من المقاومتين R f و R in سواء بالزيادة أو النقصان.

دائرة مكبرالعمليات المقارن Comparator

مكبرات العمليات Operational Amplifiers
دائرة مكبرالعمليات المقارن Comparator

يتضح من الاسم المقارن أننا نقارن بين قيمتين وهما الجهد المطبق على كلا من +V و-V ويتم إخراج الجهد الأكبر فمثلا لو كان الجهد المطبق على +V هو 5 فولت والجهد المطبق على -V هو 3 فولت وطرفي البارو سبلاي طرف +9 فولت والطرف الأخر الأرضي قيمته 0 فولت يكون الخرج يساوى قيمة +9 فولت ؛أما إذا كان الجهد المطبق على +V هو 3 فولت والجهد المطبق على -V هو 5 فولت يكون الخرج مساوي للطرف الأرضي 0 فولت؛ويمكن تطبيق الجهد على كلا من +V و-V ومقارنته بأكثر من وسيلة مثل إدخال الجهد على +V من خلال مجس وإدخال جهد على -V من خلال دائرة مجزىء الجهد ؛أو من خلال مقاومة متغيرة؛أو من خلال بطارية؛أو من خلال دايود الزينر.

استخدام دائرة مكبر العمليات المقارن لتشغيل لمبة ليد
مكبرات العمليات Operational Amplifiers
استخدام دائرة مكبر العمليات المقارن لتشغيل لمبة ليد


لو أدخلنا مقاومة متغيرة على +V من صفر إلى 5 فولت؛وقمنا بإدخال جهد على -V من خلال دائرة مجزىء جهد حوالى 0.45 فولت يصبح لدينا القدرة في التحكم في تشغيل اللمبة الليد من خلال تغيير قيمة المقاومة المتغيرة الموصلة ب +V ومن ثم التحكم في جهد الخرج الذي يمكن أن يضيء اللمبة أو لا على حسب قيمته.

استخدام دائرة مكبر العمليات المقارن لتشغيل مروحة
مكبرات العمليات Operational Amplifiers
استخدام دائرة مكبر العمليات المقارن لتشغيل مروحة



نفس فكرة الدائرة السابقة ولكن يتم توصيل ترانزستور عند الخرج وتوصيله بالمروحة أو الحمل المراد تشغيله الذي يستهلك تيار عالي حتى يتم إعطاء الحمل التيار اللازم لتشغيله دون حدوث مشاكل.

دائرة المضخم العاكس Inverting Amplifier

مكبرات العمليات Operational Amplifiers
دائرة المضخم العاكس Inverting Amplifier

وهى دائرة تقوم بتكبيرإشارة الدخل ولكن تعكس إشارته عند الخرج حيث نلاحظ أنه تم عكس الإشارة الموجبة للدخل إلى إشارة سالبة؛فمثلا لو كانت قيمة المقاومة R in تساوي 10 كيلو أوم وقيمة المقاومة R f تساوي 100 كيلو أوم سوف نحصل على قيمة تكبير 10 أضعاف ولكن معكوسة؛ويجب أن يكون مقدار التكبير في حدود قيمة الباور سبلاي وعندما نكبر الإشارة أعلى من قيمة الباور سبلاي نصل إلى مرحلة الاشباع Saturation.

دائرة المضخم غير العاكس Non-Inverting Amplifier

مكبرات العمليات Operational Amplifiers
دائرة المضخم غير العاكس Non-Inverting Amplifier

وهى دائرة تقوم بتكبير إشارة الدخل بدون عكس إشارتها وأيضا يجب أن يكون مقدار التكبير في حدود قيمة الباور سبلاي وعندما نكبر الإشارة أعلى من قيمة الباور سبلاي نصل إلى مرحلة الاشباع Saturation.

ملاحظة

يمكن تصغير إشارة الخرج لو كانت قيمة المقاومة R f أقل بكثير من قيمة المقاومة R in عند هذه الحالة سوف يحدث إضمحلال للإشارة.

دائرة المضخم التابع Follower Amplifier -Voltage Follower- Buffer

مكبرات العمليات Operational Amplifiers
دائرة المضخم التابع Follower Amplifier -Voltage Follower- Buffer

وهى دائرة ليس بها أي مقاومة وهذا معناه ان قيمة الدخل تساوي قيمة الخرج وقيمة التكبير تساوي 1 وهذا معناه أن إشارة الدخل والخرج متطابقة لا يوجد تكبير ولا تصغير؛وتكون فائدة هذه الدائرة في سهولة تمرير التيار المرتفع إلى الحمل الذي تكون مقاومته صغيرة من خلال المضخم وإعتباره كأنه سلك حيث أنه يوصل بين المصادر الضعيفة والأحمال التى تحتاج إلى تيار عالي.

دورة الالكترونيات العملية:المضخمات العملية



للذهاب إلى فهرس دروس دورة الالكترونيات العملية للمهندس وليد عيسي من هنا


المصدر

مبدعو الإلكترونيات - electronicsforu

أتمنى أن يكون موضوع مكبرات العمليات Operational Amplifiers مفيدا لكم.

google-playkhamsatmostaqltradent