طريقة التحليل الأساسية لمضخمات التشغيل: دائرة مفتوحة افتراضية، دائرة قصر افتراضية. لدوائر تطبيقات مضخمات التشغيل غير المألوفة، استخدم طريقة التحليل الأساسية هذه.
تُعدّ مكبرات التشغيل أجهزةً شائعة الاستخدام. عند توصيلها بشبكات تغذية راجعة مناسبة، يُمكن استخدامها كمضخمات دقيقة للتيار المتردد والتيار المستمر، ومرشحات نشطة، ومذبذبات، ومقارنات جهد.
- تطبيق مكبرات التشغيل في الترشيح النشط
الشكل أعلاه هو دائرة ترشيح نشطة نموذجية (دائرة سارون-كايل، وهي نوع من دوائر باتروورث). ميزة الترشيح النشط هي قدرته على جعل الإشارات التي تتجاوز تردد القطع تتلاشى بسرعة أكبر، كما أن خصائص الترشيح لا تتطلب سعة ومقاومة عاليتين.
نقاط تصميم هذه الدائرة هي: في حال الوصول إلى تردد القطع المناسب، يجب اختيار قيمتي المقاومة R233 وR230 بأقصى قدر ممكن من الاتساق، واختيار سعة C50 وC201 بأقصى قدر ممكن من الاتساق (عندما تكون قيمتا المقاومة والسعة لدائرة RC ثنائية المرحلتين متساويتين، تُسمى دائرة Saron-Kayl)، وذلك لتطبيع أنواع الأجهزة مع تحقيق أداء الترشيح. من بينها، يمنع المقاوم R280 تعليق الدخل، مما يؤدي إلى إخراج غير طبيعي للمضخم التشغيلي.
الدوائر الثلاث الأكثر استخدامًا لمرشح الترددات المنخفضة النشط من الدرجة الثانية هي: Butterworth، المتناقصة بشكل رتيب، والمسطحة، والأكثر سلاسة؛
الدائرة الأكثر استخدامًا في ترشيح الترددات المنخفضة في Butterworth هي دائرة Saron-Kayl، وهي الدائرة المحاكاة.
بالنسبة للمرشح، تحتاج إلى معرفة تردد القطع الخاص به، أو يمكنك كتابة دالة النقل واستجابة التردد.
إذا كان الفلتر يحتوي أيضًا على وظيفة تضخيم، فأنت بحاجة إلى معرفة مكسب الفلتر.
عندما تتساوى قيمتا المقاومة والسعة في دائرة التحكم عن بعد ثنائية المرحلتين، تُسمى دائرة سيرينكا. تُدخل تغذية راجعة سلبية إلى الدائرة النشطة من الدرجة الثانية، مما يؤدي إلى انخفاض جهد الخرج بسرعة في نطاق التردد العالي.
إن مكسب نطاق التمرير لدائرة مرشح الترددات المنخفضة النشط من الدرجة الثانية هو 1+Rf/R1، وهو نفس مكسب دائرة مرشح الترددات المنخفضة من الدرجة الأولى؛
لاحظ أن وحدة m هي أوم ووحدة N هي u
لذلك يتم حساب تردد القطع ليكون
تشيبيشيف، يتحلل بسرعة، ولكن مع تموجات في نطاق التمرير؛
بيسل (بيضاوي)، تحول الطور يتناسب طرديا مع التردد، والتأخير الجماعي ثابت بشكل أساسي.
2. تطبيق مكبر التشغيل في مقارن الجهد
هذه الدائرة هي في الواقع عبارة عن مزيج من مقارن عبور الصفر ودائرة مكبر عميق.
يتم تضخيم الخرج بواسطة (1+R292/R273). كلما ارتفع معامل التضخيم، ازداد انحدار الحافة الصاعدة للموجة المربعة.
هناك أيضًا قيمة مقاومة المكون الرئيسي في هذه الدائرة والتي يجب الانتباه إليها، وهي R275، والتي تحدد سرعة ارتفاع الموجة المربعة.
3. تصميم دائرة مصدر التيار المستمر
كما هو موضح في الشكل، فإن عملية تحليل مبدأ التيار الثابت هي كما يلي:
U5B (المضخم التشغيلي السفلي في الشكل أعلاه) هو متتبع للجهد، لذا V1=V4؛
وفقًا لمبدأ الاختصار الافتراضي لمضخم التشغيل، بالنسبة لمضخم التشغيل U4A (مضخم التشغيل العلوي في الشكل أعلاه): V3=V5؛
بدمج المعادلات أعلاه، نحصل على:
عندما يتم تثبيت جهد المرجع Vref عند 1.8 فولت، تكون المقاومة R30 تساوي 3.6، ويكون خرج التيار ثابتًا عند 0.5 مللي أمبير.
يمكن استخدام دائرة مصدر التيار المستمر هذه لتصميم مصادر تيار مستمر لتيارات أخرى. الفكرة الأساسية هي أن جميع المقاومات تحتاج إلى مقاومات عالية الدقة ذات قيم مقاومة ثابتة. يُقسم جهد الدخل المرجعي (باستخدام شريحة جهد مرجعي خاصة) على قيمة المقاومة للحصول على تيار الخرج.
ومع ذلك، في الاستخدام الفعلي، ولحماية دائرة مصدر التيار المستمر، عادةً ما يُوصَل ثنائي ومقاوم على التوالي عند طرف الخرج. تتمثل فائدة هذا في منع التداخل الخارجي من دخول دائرة مصدر التيار المستمر، مما قد يُسبب تلفها، وفي منع حدوث قصر في الدائرة بسبب الحمل الخارجي، مما يُؤدي إلى تلفها.
5. دائرة قياس المقاومة الحرارية
الدائرة الموضحة في الشكل أعلاه هي دائرة قياس نموذجية لمقاوم حراري/زوج حراري. فكرة القياس هي: يُضاف مصدر تيار ثابت شدته 1-10 مللي أمبير إلى الحمل، مما يُولّد جهدًا معينًا عليه، ويُرشّح الجهد بفعالية. بعد المعالجة، تُعدّل الإشارة (تضخيمها أو تخفيفها)، ثم تُرسل إلى واجهة المحول التناظري الرقمي.
عند استخدام هذه الدائرة، انتبه لتطبيق الحماية على طرف الإدخال. يمكن توصيل أجهزة TVS على التوازي، ولكن انتبه لتأثير المكثفات على دقة القياس. بالطبع، في بعض الحالات منخفضة التكلفة، يمكن تبسيط مخطط الدائرة أعلاه إلى الدائرة التالية.
في استخدام المضخمات التشغيلية، يُعدّ متتبع الجهد تطبيقًا شائعًا. تتمثل فوائد هذه الدائرة في: أولًا، تقليل تأثير الحمل على مصدر الإشارة؛ ثانيًا، تحسين قدرة الإشارة على تحمل الحمل.
7. تطبيق مصدر طاقة واحد
في الاستخدام الفعلي للمضخمات التشغيلية، نستخدم عادةً مصدري طاقة مزدوجين للحفاظ على خصائص ترددها. ومع ذلك، في بعض الأحيان، نستخدم مصدر طاقة واحد فقط، مما يسمح لنا بالتشغيل الطبيعي للمضخم.
أولاً، نستخدم دائرة متابعة مكبر التشغيلي لتحقيق مقسم الجهد VCC/2:
بالطبع، إذا لم تكن المتطلبات عالية جدًا، فيمكننا تقسيم الجهد مباشرة باستخدام المقاومات للحصول على +VCC/2، ولكن نظرًا لخصائص تقسيم جهد المقاوم، ستكون سرعة استجابته الديناميكية بطيئة جدًا، لذا يرجى استخدامه بحذر.
بعد الحصول على +VCC/2، يمكننا استخدام مصدر طاقة واحد لتحقيق وظيفة تضخيم الإشارة، كما هو موضح أدناه:
في هذه الدائرة، R66=R67//R68، ومكسب خرج الإشارة هو G=-R67/R68.
يوضح الشكل أدناه التطبيق المحدد: يُغذى المضخم التشغيلي بمصدر تيار متردد +5V_AD واحد، ويبلغ جهد شريحة AD 3.3 فولت (يتم الحصول عليه من شريحة الجهد المرجعي REF3033). يُقسم جهد الـ 3.3 فولت على المقاومات، ثم يُضاف إلى المضخم التشغيلي للحصول على 1.65 فولت، والذي يُعطى إلى طرف الإدخال المتزامن في الطور للمضخم التشغيلي.
