6 أسباب لنزول ماء من اسفل الثلاجة (بعضها غير متوقع)

شرح لخصائص تصميمه هامه جدا لمكبر العمليات لن تجدها في الكتب ولم تسمع عنها من قبل ولكن هذه الخصائص مهم معرفتها عند التعامل مع مكبر العمليات.

خصائص مهمة لمكبر العمليات characteristics of operational amplifiers

خاصية Slew Rate

خاصية Slew Rate

هى مقدار تغيير جهد الخرج لكل وحدة زمنية نتيجة تغيير جهد الدخل وتكمن أهمية هذه الخاصية في تحديد مقدار الفولت وتيار الدخل فلو قمنا بزيادته عند مقدار معين يحدث تشوه في إشارة الخرج لمكبر العمليات؛ولتوضيح ذلك نفترض أننا لدينا مكبر عمليات LM741 قيمة Slew Rate له هي 0.5 فولت لكل مايكرو ثانية ويكون التردد له حوالي 200 كيلو هيرتز ولو قمنا بزيادة الفولت أكثر من ذلك سوف يحدث تشوه لإشارة الخرج؛وهذا معناه لو أردنا إختيار تردد معين لابد أن نتأكد أن قيمة Slew Rate تسمح بهذا التردد دون حدوث تشوه؛ولضمان عدم جدوث تشوه في إشارة الخرج إما أن نقلل التردد أو نستبدل مكبر العمليات بأخر يسمح بتردد أعلى مثل مكبر العمليات TL071 تكون قيمة Slew Rate له هي 13 فولت لكل مايكرو ثانية ويكون التردد له 1.5 ميجا هيرتز.

الاستجابة الترددية Frequency Response أو Bode Plot

الاستجابة الترددية Frequency Response أو Bode Plot

هي عبارة عن علاقة قيمة التردد بقيمة جهد الخرج؛فمثلا لو كان جهد الدخل 10 فولت من المتوقع أن يكون جهد الخرج 10 فولت؛ولكن إذا زاد التردد زيادات صغيرة(تردد منخفض) يكون جهد الخرج 10 فولت إلى أن يصل إلى قيمة معينة عندها يزيد التردد بقيم أكبر(تردد مرتفع) ويبدأ جهد الخرج في النقصان ليصل مثلا يصل إلى 7 فولت وعند هذه النقطة سوف تكون قدرة الخرج تساوي نصف قدرة الدخل فمثلا لو كانت القدرة لإشارة الدخل 1 وات سوف نجدها أصبحت 0.5 وات عند الخرج؛ويتم التعبير عن هذه العلاقة بوحدة الديسبيل dB وهى وحدة تعبر عن مقدار التكبير أو التصغير؛والجدول التالي يوضح مقدار العلاقة بالقدرة والمقدار بالديسبيل لإشارة الدخل والخرج لمكبر العمليات.

جدول الاستجابة الترددية

مما سبق نستنتج أن كل 3dB سيكون هناك زيادة أو نقصان في القدرة بمقدار الضعف أو النصف.

خاصية Bandwidth للمكبر العملياتي

خاصية Bandwidth للمكبر العملياتي

هو عبارة عن حزمة من الترددات أو اكبر تردد يمكن أن يعمل عنده المكبر بكفاءة وحسب التوقعات؛ونجد عند الترددات المنخفضة التردد الداخل هو التردد الداخل ولكن عند زيادة التردد يتم نقصان القدرة بمقدار 3dB- وعند هذا التردد يكون Bandwidth والذي يكون عنده تم نقصان قدرة الخرج بمقدار النصف بالنسبة لقدرة الدخل وتكون بذلك هى الحزمة من الترددات التى يمكن العمل داخلها وعند زيادة التردد أكبر من ذلك يبدأ حدوث التشوه للخرج.

لماذا تكون Bandwidth عند 3dB- بالذات؟

لأن دوائر التكبير تم تصميمها للتكبير فعندما اصمم دائرة لتكبير إشارة من 1 وات إلى 10 وات فإني أرغب في الحصول على 10 وات كاملة ولكن إذا تم نقصان هذه القيمة إلى 5 وات عند زيادة التردد سيكون التكبير ليس بالقيمة المطلوبة ؛وعند ال 5 وات سوف نكون فقدنا نصف الطاقة المطلوبة وهي أيضا نقطة 3dB- وبالطبع لن نزيد التردد اكثر من ذلك حتى لا نفقد طاقة أكبر من النصف.

هل ال Bandwidth ثابت دائما للمكبر حسب الداتا شيت الخاصة به؟

فمثلا لو وجدنا قيمة Bandwidth في الداتا شيت تساوي 1 ميجا هيرتز لا تكون هذه القيمة ثابتة لكل أنواع التكبير التى يتم عملها حيث أننا نجد قيمة Gain Bandwidth Product أو Unity Gain Bandwidth أو Open-Loop Large-Single Amplification الموجودة في الداتاشيت توضح لنا ذلك من خلال الشكل التالي:

Unity Gain Bandwidth

يوضح لنا الشكل السابق العلاقة بين التردد من 1 كيلو هيرتز إلى 1 ميجا هيرتز للمكبر uA741 وال Voltage Amplification بالديسيبل؛لو عندنا 0dB وهذا يكون معناه أن لا يوجد تكبير ولا تصغير Unity Gain Bandwidth أو UGB تساوي 1 وفي هذه الحالى سوف يتم التعامل مع كل الترددات إلى 1 ميجا هيرتز؛لو تم زيادة Unity Gain Bandwidth بقيمة 10 مرات وقيمة 10 فولت وقيمة 20dB سنجد قيمة التردد أصبحت 100 كيلو هيرتز وهذا هو أكبر تردد يمكن التعامل معه لو اردنا تكبير الإشارة 10 أضعاف وهذه هي قيمة Gain Bandwidth Product وهذه القيمة ثابته فمثلا عند ا ميجا هيرتزتساوي 1000000 (1*1M)؛وعند 100كيلو هيرتز أيضا تساوي 1000000(10*100K)؛وليس كل الترددات يمكن تكبيرها فمثلا عند التردد 100 كيلو هيرتز لا يمكن التكبير أكبر من 20dB أو أكثر من 10 فولت.
لو عندنا إشارة صغيرة 10 كيلو هيرتزونريد تكبيرها 1000 مرة يمكننا استخدام انواع اخرى من مكبر العمليات مثل OPA211,OPA846,OPA695 حيث تكون القدرة لهم مرتفعة؛أو استخدام التكبير المتعدد Multi-Stage Amplification .

التكبير المتعدد Multi-Stage Amplification

التكبير المتعدد Multi-Stage Amplification

وهذا معناه أننا اتبعنا مكبرStage1 بمكبر اخر Stage2 ثم مكبر ثالث Stage3 وكل مكبر يكبر 10 أضعاف وبذلك نحصل على تكبير 1000 مرة؛ولكن ماهو وضع ال Bandwidth؟ كل مكبر سوف يكبر 10 أضعاف عند 100 كيلو هيرتز ولكن قيمة الخرج سوف يتم الحصول عليها من خلال القانون التالي:

قانون حساب قيمة Bandwidth للتكبير المتعدد

من خلال القانون السابق نجد أن قيمة Bandwidth أصبحت 50 كيلو هيرتز وتم التكبير 1000 مرة ومن المتوقع ان قيمة الدخل 1 ميلي فولت بعد التكبير يكون الخرج يساوي 1 فولت؛ويجب التأكد أن هذا الجهد والتردد لا يدخل ضمن تشوهات ال Slew Rate بناء على الداتا شيت.

دورة الالكترونيات العملية:ما لا تعرفه عن المضخمات العملية



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