كثير من المواضع عندما تبدأ شرح مكبر العمليات، تبدأ بالمثلث التقليدى ثم مقاومات التغذية و يستمر الشرح فى كيف نحصل على كسب كذا الخ دون التعرض لتركيبه من الداخل و بالتالى لا يؤخذ فى الاعتبار تيارات الدخول و توضع دوائر لا يمكنها أن تعمل.
هذه السلسلة تعتمد على فهم الترانزيستور و دوائرة، لو تريد شرح فى هذا المجال أرجع لهذه السلسلة
لكى نفهم ما هو مكبر العمليات وفيم يستخدم وفيم لا يستخدم و لماذا تجد دائرة تعمل مع LM741 الشهيرة بينما لا تعمل مع LM324 الأحدث و العكس أيضا، يجب أن نلقى نظرة بداخلة. لو دائما وضعت فى اعتبارك أى ترانزيستور تجد فى دخل مكبر العمليات، لن تخطئ فى توفير الظروف الملائمة لتشغيل مكبر العمليات.
لهذا نحتاج لمراجعة المكبر التفاضلى ومصدر التيار الثابت وهما كالملح فى الطعام تكاد لا تخلو منهما دائرة متكاملة خطية
ثم إن شاء الله نتحدث عن تركيبه من الداخل و كيف تتفاعل أطرافه مع العالم الخارجى
ثم كيف نقرأ صفحة الخواص Data Sheet وكيف نستخلص منها البيانات اللازمة لتشغيل المكبر
ثم نتحدث عن دوائره و كيفية حسابها
=====
المكبر التفاضلى Differential Amplifier
المكبر التفاضلى من أهم المكبرات لدراسة الدوائر المتكاملة المعروفة باسم مكبر العمليات Operational Amplifiers فإن فهمتها لن تجد صعوبة فى التعامل مع المكبرات وإلا ستجد دوما تصرفات غير متوقعة للمكبرات لن تعرف لها سببا – حسنا – إن شئت فهو انك لم تستوعب المكبرات التفاضلية جيدا
كمل فى شكل 1 سنجد انه مكون من 2 ترانزيستور ومقاومات ، ليس لآيها أفضلية أو تميز فلو وضعت مرآة فى المنتصف سترى التماثل
لكى نضع تمايز يحدد لنا أيها نتحدث عنه ، سنجد أن الترقيم لا يقودنا لشىء ، لذلك فلنفترض أرقاما من أجل الحوار و نرى لاحقا كيف نكوّن التمييز
نفترض لسهولة الحساب أن مصدرى التيار المستمر +VEE,-Vcc متساويان عدديا و اختلاف التسمية لتمييز اختلاف القطبية حيث أحدهما موجب والآخر سالب
نتحدث أولا عن حالة السكون حيث الأمور كما بالرسم فقط
نجد مقاومات المجمع متساويتان و مقاومة الباعث مشتركة ، ونجد أيضا أن التماثل يقود لتساوى تيارى المجمع و مجموعها يمر فى مقاومة الباعث المشتركة ، و من ثم جهد المجمع متساوى لكلاهما.
هل تريد حسابها ؟ قانون أوم طريقنا دوما
جهد القاعدتين يساوى صفر بسبب المقاومتان Rb1,Rb2 و عليه جهد الباعث هو سالب 0.6 فولت
تيار المقاومة المشتركة R سيكون فرق الجهد مقسوما على المقاومة (Vee-0.6)/R
هذا التيار ينقسم لنصفين متساويين نصف لكل ترانزيستور وهو يمر عبره و لنسميه Ic1 خلال المقاومة Rc1 والآخر نسميه Ic2 يمر عبر المقاومة Rc2 ومن قانون أوم أيضا جهد المجمع على نفس الأساس يكون
(Vcc- Ic*Rc)
ولا يهم وضع رقم 1 أو 2 فما يصير على هذا يتكرر فى ذاك
نلاحظ هنا الاتزان العجيب لهذه الدائرة وهو ناتج من التماثل ، فلو زاد التيار لأى سبب كان فى أحد الترانزيستورين سيزيد التيار فى المقاومة المجمعة R ويزيد الجهد عليها فيقل انحياز قاعدة الثانى ويقل التيار به بنفس القيمة تقريبا و من ثم زيادة تيار المجمع للأول هو نقصان تيار المجمع للثانى والعكس و نفس الشرح لجهد المجمع أى أن زيادة جهد الأول هى نقص جهد الثانى
مهلا أعلم انك تقول لو أن التيار فى المقاومة المجمعة R كان ثابتا لا يتغير لن يشعر الترانزيستور الثانى بشىء ولن تتغير جهوده
حقا أصبت ولكنى قلت "تقريبا" وهذا الفارق الطفيف يقل كلما زاد معامل الكسب بيتا و أيضا كلما زادت قيمة المقاومة المجمعة R – فقط تذكر هذه الجملة
لو أدخلنا إشارة متغيرة لقاعدة الترانزيستور Q1 و لفهم الأحداث نتحدث عنها لحظيا كأنها آلاف اللحظات أو النقاط حيث نستطيع اعتبار أن الجهد لا يكاد يتغير ، فعندها نجد الحوار السابق سارى هنا و يمكننا أن نتذكر عبارة زيادة جهد الأول هى نقصان جهد الثانى والعكس – أى أن الإشارة تخرج من الاثنين ولكن بوجه معاكس وهذا ما يميزه فإشارة Q1 تخرج من مجمع Q1 بوجه معاكس و من مجمع Q2 بوجه مساوى - وأيضا فإشارة Q2 تخرج من مجمع Q2 بوجه معاكس و من مجمع Q1 بوجه مساوى
الظاهرة السابقة (خرجين متعاكسين) جعلهم يطلقون الأسماء أطراف الدخول الطرف الموجب والسالب – مهلا فالتسمية خادعة فلا يوجد هنا موجب أو سالب ولكن المقصود أن هذا الطرف نسبة للطرف الذى نأخذ منه الخرج يعطى خرجا غير معكوس (و يسمى لذلك موجبا) أما الآخر فيعطى خرجا معكوس (موجبه سالبا وسالبه موجبا ويسمى لذلك سالبا) والسبب أن عكس الوجه دوما يعبر عنه حسابيا بالإشارة السالبة كما ذكرنا فى التغذية العكسية سابقا
الكسب؟ كما حسبنا سابقا لو حسبنا تيار المجمع – الباعث ومنه مقاومة الباعث كما سبق 25 مللى فولت أو 32 مللى فولت مقسوما على التيار مللى أمبير - فقط المقاومة مضاعفة هنا لأن التيار فى المقاومة ينقسم على باعث Emitter 2 ترانزيستور - سيكون الكسب التقريبى يساوى مقاومة المجمع RC مقسومة على ضعف هذه المقاومة Rbe
بما أن Rbe تساوى 0.032 ÷ تيار الباعث لترانزيستور واحد أو 0.32 ÷ نصف تيار المقاومة R
إذن نتحكم فى الكسب إما بتغيير المقاومة R أو بتغيير تيار الباعث لو فكرنا فى استبدال المقاومة بشيء ما.
قبل أن نترك هذه النقطة البالغة الأهمية – نكرر أن الكسب تقريبا نسبة مقاومتين أحداهما تعتمد أساسا على تيار المجمع/باعث Collector-Emitter وهو بدوره كما ذكرنا يعتمد أساسا على قيمة مقاومة الباعث R وهى حقيقة هامة جدا – تذكر هذه الحقيقة فلها استخدامات سحرية
لأهمية هذا الموضوع سنركز على النقاط الهامة
• لكى تعمل الدائرة لابد من مرور تيار فى القاعدة Base لكل ترانزيستور
• تيار القاعدة Base سيكون داخلا للقاعدة Base للأنواع س م س NPN وخارجا من القاعدة Base للأنواع م س م PNP
• الكسب يزيد بزيادة كل من مقاومة المجمع و مقاومة الباعث المشتركة أو تيار الباعث
• أحد الأطراف يعطى خرجا "موجبا" بينما الآخر يعطى خرجا مساويا "سالبا" أى معكوس الوجه
هذه السلسلة تعتمد على فهم الترانزيستور و دوائرة، لو تريد شرح فى هذا المجال أرجع لهذه السلسلة
لكى نفهم ما هو مكبر العمليات وفيم يستخدم وفيم لا يستخدم و لماذا تجد دائرة تعمل مع LM741 الشهيرة بينما لا تعمل مع LM324 الأحدث و العكس أيضا، يجب أن نلقى نظرة بداخلة. لو دائما وضعت فى اعتبارك أى ترانزيستور تجد فى دخل مكبر العمليات، لن تخطئ فى توفير الظروف الملائمة لتشغيل مكبر العمليات.
لهذا نحتاج لمراجعة المكبر التفاضلى ومصدر التيار الثابت وهما كالملح فى الطعام تكاد لا تخلو منهما دائرة متكاملة خطية
ثم إن شاء الله نتحدث عن تركيبه من الداخل و كيف تتفاعل أطرافه مع العالم الخارجى
ثم كيف نقرأ صفحة الخواص Data Sheet وكيف نستخلص منها البيانات اللازمة لتشغيل المكبر
ثم نتحدث عن دوائره و كيفية حسابها
=====
المكبر التفاضلى Differential Amplifier
المكبر التفاضلى من أهم المكبرات لدراسة الدوائر المتكاملة المعروفة باسم مكبر العمليات Operational Amplifiers فإن فهمتها لن تجد صعوبة فى التعامل مع المكبرات وإلا ستجد دوما تصرفات غير متوقعة للمكبرات لن تعرف لها سببا – حسنا – إن شئت فهو انك لم تستوعب المكبرات التفاضلية جيدا
كمل فى شكل 1 سنجد انه مكون من 2 ترانزيستور ومقاومات ، ليس لآيها أفضلية أو تميز فلو وضعت مرآة فى المنتصف سترى التماثل
لكى نضع تمايز يحدد لنا أيها نتحدث عنه ، سنجد أن الترقيم لا يقودنا لشىء ، لذلك فلنفترض أرقاما من أجل الحوار و نرى لاحقا كيف نكوّن التمييز
نفترض لسهولة الحساب أن مصدرى التيار المستمر +VEE,-Vcc متساويان عدديا و اختلاف التسمية لتمييز اختلاف القطبية حيث أحدهما موجب والآخر سالب
نتحدث أولا عن حالة السكون حيث الأمور كما بالرسم فقط
نجد مقاومات المجمع متساويتان و مقاومة الباعث مشتركة ، ونجد أيضا أن التماثل يقود لتساوى تيارى المجمع و مجموعها يمر فى مقاومة الباعث المشتركة ، و من ثم جهد المجمع متساوى لكلاهما.
هل تريد حسابها ؟ قانون أوم طريقنا دوما
جهد القاعدتين يساوى صفر بسبب المقاومتان Rb1,Rb2 و عليه جهد الباعث هو سالب 0.6 فولت
تيار المقاومة المشتركة R سيكون فرق الجهد مقسوما على المقاومة (Vee-0.6)/R
هذا التيار ينقسم لنصفين متساويين نصف لكل ترانزيستور وهو يمر عبره و لنسميه Ic1 خلال المقاومة Rc1 والآخر نسميه Ic2 يمر عبر المقاومة Rc2 ومن قانون أوم أيضا جهد المجمع على نفس الأساس يكون
(Vcc- Ic*Rc)
ولا يهم وضع رقم 1 أو 2 فما يصير على هذا يتكرر فى ذاك
نلاحظ هنا الاتزان العجيب لهذه الدائرة وهو ناتج من التماثل ، فلو زاد التيار لأى سبب كان فى أحد الترانزيستورين سيزيد التيار فى المقاومة المجمعة R ويزيد الجهد عليها فيقل انحياز قاعدة الثانى ويقل التيار به بنفس القيمة تقريبا و من ثم زيادة تيار المجمع للأول هو نقصان تيار المجمع للثانى والعكس و نفس الشرح لجهد المجمع أى أن زيادة جهد الأول هى نقص جهد الثانى
مهلا أعلم انك تقول لو أن التيار فى المقاومة المجمعة R كان ثابتا لا يتغير لن يشعر الترانزيستور الثانى بشىء ولن تتغير جهوده
حقا أصبت ولكنى قلت "تقريبا" وهذا الفارق الطفيف يقل كلما زاد معامل الكسب بيتا و أيضا كلما زادت قيمة المقاومة المجمعة R – فقط تذكر هذه الجملة
لو أدخلنا إشارة متغيرة لقاعدة الترانزيستور Q1 و لفهم الأحداث نتحدث عنها لحظيا كأنها آلاف اللحظات أو النقاط حيث نستطيع اعتبار أن الجهد لا يكاد يتغير ، فعندها نجد الحوار السابق سارى هنا و يمكننا أن نتذكر عبارة زيادة جهد الأول هى نقصان جهد الثانى والعكس – أى أن الإشارة تخرج من الاثنين ولكن بوجه معاكس وهذا ما يميزه فإشارة Q1 تخرج من مجمع Q1 بوجه معاكس و من مجمع Q2 بوجه مساوى - وأيضا فإشارة Q2 تخرج من مجمع Q2 بوجه معاكس و من مجمع Q1 بوجه مساوى
الظاهرة السابقة (خرجين متعاكسين) جعلهم يطلقون الأسماء أطراف الدخول الطرف الموجب والسالب – مهلا فالتسمية خادعة فلا يوجد هنا موجب أو سالب ولكن المقصود أن هذا الطرف نسبة للطرف الذى نأخذ منه الخرج يعطى خرجا غير معكوس (و يسمى لذلك موجبا) أما الآخر فيعطى خرجا معكوس (موجبه سالبا وسالبه موجبا ويسمى لذلك سالبا) والسبب أن عكس الوجه دوما يعبر عنه حسابيا بالإشارة السالبة كما ذكرنا فى التغذية العكسية سابقا
الكسب؟ كما حسبنا سابقا لو حسبنا تيار المجمع – الباعث ومنه مقاومة الباعث كما سبق 25 مللى فولت أو 32 مللى فولت مقسوما على التيار مللى أمبير - فقط المقاومة مضاعفة هنا لأن التيار فى المقاومة ينقسم على باعث Emitter 2 ترانزيستور - سيكون الكسب التقريبى يساوى مقاومة المجمع RC مقسومة على ضعف هذه المقاومة Rbe
بما أن Rbe تساوى 0.032 ÷ تيار الباعث لترانزيستور واحد أو 0.32 ÷ نصف تيار المقاومة R
إذن نتحكم فى الكسب إما بتغيير المقاومة R أو بتغيير تيار الباعث لو فكرنا فى استبدال المقاومة بشيء ما.
قبل أن نترك هذه النقطة البالغة الأهمية – نكرر أن الكسب تقريبا نسبة مقاومتين أحداهما تعتمد أساسا على تيار المجمع/باعث Collector-Emitter وهو بدوره كما ذكرنا يعتمد أساسا على قيمة مقاومة الباعث R وهى حقيقة هامة جدا – تذكر هذه الحقيقة فلها استخدامات سحرية
لأهمية هذا الموضوع سنركز على النقاط الهامة
• لكى تعمل الدائرة لابد من مرور تيار فى القاعدة Base لكل ترانزيستور
• تيار القاعدة Base سيكون داخلا للقاعدة Base للأنواع س م س NPN وخارجا من القاعدة Base للأنواع م س م PNP
• الكسب يزيد بزيادة كل من مقاومة المجمع و مقاومة الباعث المشتركة أو تيار الباعث
• أحد الأطراف يعطى خرجا "موجبا" بينما الآخر يعطى خرجا مساويا "سالبا" أى معكوس الوجه
