الأحد , يناير 29 2023

مكبر العمليات Operational Amplifier

مكبرات العمليات التشغيلية K2-W ذات الأنبوب المفرغ صنع في عام 1952 ، مستوحاة من “الصناديق السوداء” المعيارية التي صنعها للمهندسين لبناء أجهزة الكمبيوتر التناظرية الخاصة بهم.

لا شك ان مكبر العمليات 741 من اشهر الدوائر الالكترونية المتكاملة التي تدخل في الاف التطبيقات والدوائر الالكترونية. يمكن تأليف كتب كاملة في تطبيقات هذا المكبر الاشهر الذي تم اختراعه خلال الحرب العالمية الثانية وكانت وظيفته في ذلك الوقت القيام بالعمليات الحسابية الموجودة في اجهزة الكمبيوتر ولهذا سميت بمكبر العمليات وتم تطويره في الوقت الحاضر من حيث الحجم والاداء والوظائف.

يعد مكبر العمليات التشغيلي أو “op-amp” مكونًا رئيسيًا لجهاز الكمبيوتر التناظري الإلكتروني. سمح اختراعه في أوائل الأربعينيات باستبدال البدائل الميكانيكية غير العملية بإلكترونيات صامتة وسريعة.

أما مكبر العمليات ، من الناحية الفنية ، فهو مكبر جهد عالي الكسب مع مدخلات تفاضلية. باستخدام التغذية المرتدة السلبية المناسبة ، يمكن لمضخم واحد أن يضيف أو يطرح إشارتين للجهد ، أو يضاعف في ثابت ، أو يدمج الجهد بمرور الوقت. يتيح الجمع بين العديد من مضخمات التشغيل معًا حساب الصيغ المعقدة.

اعتمدت العديد من أجهزة الكمبيوتر التناظرية على مضخمات العمليات ذات الأنبوب المفرغ ، والمتاحة تجاريًا من شركة جورج أيه فيلبريك في عام 1952. وفي عام 1963 ، قام بوب ويدلار فيشركة  فيرتشايلد أشباه الموصلات بعمل مضخم صوتي على دائرة متكاملة واحدة اطلق عليه اسم ( Widlar’s 1965 µA709) وحقق نجاحًا تجاريًا كبيرا. أصبح فيما بعد المعالج التناظري المعتمد في National Semiconductor ، والمعروف على نطاق واسع ليس فقط بتصميماته الإبداعية والموثوق بها ، ولكن أيضًا بشكله الجميل والمتناسق.

بعد اكتشاف اشباه الموصلات و تصنيع الترانزيستور الذي يتميز بصغر حجمه و صلابته و اشتغاله على فولتيات واطئة بشكل تجاري اصبح الصمام المفرغ الزجاجي القابل للكسر و الذي يشتغل على قيم فولتيات عاليه و يتميز بسخونته اصبح من الماضي.

تم تصنيع دوائر كهربائية مكونة من الترانزستورات تمتاز بالسرعة والموثوقية والصلابة وانتشرت بشكل كبير,

 

ثم بعد ذلك قفزت تقنيات تصنيع اشباه الموصلات قفزة كبيره بتصنيع الدوائر المتكاملة IC الذي جمعت عشرات الترانزستورات و المقاومات الكهربائية والمتسعات في شريحة واحدة صغيرة مغلفة بشكل جيد يخرج منها 8 اقطاب فقط. وتصنع تحت مسميات مثل μA741  و LM741 والكثير غيرها حسب الشركة المصنعة لها.

 

تغليف مكبر العمليات

هناك عدة طرق لتغليف مكبر العمليات ويعتمد التغليف على طبيعة استخاد المكبر وبيئة عمله,  في الرقم 1 في الصورة لمكبر عمليات واحد فقط يستخدم في دوائر عادية مثل الموجودة في الطابعات مثل الرقم 2 لمكبرين جمعا معا في دائرة متكاملة واحده. الرقم 3 تغليف لمكبر عمليات يتحمل الحرارة والاهتزاز و الصدمات الرقم 4 و 5 يستخدمان في مكبر العمليات ذات القدرة العالية (تيار عال) لذلك نحتاج الى مشتت حراري لتشتيت الحرارة بعد ربطه الى Heat sink

 

 

 

توصيلات مكبر العمليات

هذا المخطط على اليمين يبين التوصيلات القياسية لربط مكبر العمليات, الادخال V1 يخرج بشكل معكوس في الخرج فاذا سلطنا موجة جيبية عليه ستخرج مقلوبة و الادخال V2 يخرج بشكل غير معكوس فالموجة الجيبية المسلطة علية تحرج كما هي من ناحية الشكل.

 

فولتية الخرج تحسب حسب المعادلة التالية

Vout = AOL (V+ – V–)

حيث AOL هو كسب الدائرة المفتوحة Open-Loop gain of the amplifier
ثوابت مكبر العمليات
كسب الدائرة المفتوحة هو كسب بدون تغذية خلفية موجبة او سالبة. من الناحية المثالية ، يجب أن يكون الكسب غير محدود ، ولكن القيم الحقيقية النموذجية تتراوح من حوالي 20000 إلى 200000 أوم.
مقاومة الادخال هي نسبة جهد الادخال إلى تيار الادخال. من المفترض أن تكون بلا حدود لمنع أي تيار يتدفق من المصدر إلى المكبر.
من المفترض أن تكون معاوقة الخرج لمكبر العمليات المثالي صفرا. هذه الممانعة في تكون مربوطة على التوالي مع الحمل ، وبالتالي زيادة الناتج المتاح للحمل.
عرض النطاق الترددي لمكبر العمليات مثالي لا نهائي ويمكنه تضخيم أي إشارة تردد من DC إلى أعلى ترددات AC. ومع ذلك ، فإن عرض النطاق الترددي النموذجي محدود بمنتج Gain-Bandwidth. منتج GB يساوي التردد حيث يصبح مكبرات العمليات وحدة الناتج المثالي لمكبر العمليات هو صفر عندما يكون فرق الجهد بين المدخلات العكسية وغير العكسية صفرًا. تظهر مكبرات الصوت في العالم الحقيقي جهدا صغيرا لتعويض المخرجات.
يستجيب مضخم العمليات فقط للفرق بين الجهدين بغض النظر عن القيم الفردية عند المدخلات.
تطبيقات مكبر العمليات
غالبا ما يتم اختيار ‘طريقة تشغيل او تطبيق مكبر العمليات من خلال توصيل المقاومات أو المكثفات الخارجية بمضخم العمليات بطرق عديدة لتشكيل الدوائر الأساسية بما في ذلك عكس ، عدم عكس ، متابع الفولتية ، الجمع ، التفاضل ، التكامل ، ومكبرات العمليات Op-amp يتوفر بسهولة في تغليف IC كما اسلفنا ، و المكبر الاكثر شيوعا
هو μA741.
سأكتب موضوع كامل في تطبيقات مكبر العمليات و دروس عملية لتصنيع دوائر مختلفة لمكبر العمليات قريبا ان شاء الله, لذا ابق متابع للموقع ولاي سؤال لاتتردد و اكتبه بالتعليقات.

عن احمد عبد الوهاب

Avatar photo
بكالوريوس هندسة كهربائية - الجامعة المستنصرية - بغداد . عضو نقابة المهندسين العراقيين.

شاهد أيضاً

طريقة تحديد حجم الكيبل لمحركات التيار المتردد الصناعية؟

كيفية تحديد حجم الكبل لمحركات التيار المتردد الصناعية؟ المهندس احمد عبدالوهاب إذا بحثنا عن الغرض …

اترك رد

error: عذرا المحتوى محمي من النسخ !!