المضخم الإلكتروني

مضخم الكتروني

Electronic amplifier - Amplificateur électronique

المضخم الإلكتروني

المضخم أو المكبر الإلكتروني electronic amplifier هو التجهيزة الإلكترونية electronic device أو الدارة الإلكترونية التي تزيد شدة الإشارة signal (أي تزيد استطاعة الإشارة أو تزيد قيمة المطال amplitude لجهدها أو تيارها) مع الحفاظ على شكلها بدقة كافية. ولكي يحقق المضخم تلك الزيادة يستهلك استطاعة معينة من مصدر التغذية power supply. وتعد إشارة الخرج output signal الناتجة من التضخيم تقريباً نسخة مكبرة لإشارة الدخلinput signal. ويمكن أن تعاني إشارة الخرج تشويهاً distortion، كما يمكن أن تتضمن بعض الضجيج noise.

بنية المضخم وداراته

صُممت أول مضخمات إلكترونية باستخدام الصمام الثلاثي triode الذي ابتكره لي دي فوريست عام 1907. ومنذ اختراع الترانزستور[ر] في مخابر بل Bell الأمريكية عام 1947 بدأ استخدام الترانزستور في المضخمات بديلاً الصمامات. ثم حلت الترانزستورات تدريجياً محل الصمامات في معظم التطبيقات.

يبين (الشكل 1) ثلاث تشكيلات للتضخيم باستخدام ترانستور من نوع n-p-n. ونرمز بـ (E,B,C)  للباعث emitter والقاعدة base والمجمع Collector على التوالي. وتسمى الدارة المبينة في (الشكل 1- أ) تشكيلة القاعدة المشتركة common base أو باختصار CB، لأن القاعدة هي الطرف المشترك common بين دارة الدخل ودارة الخرج (وتعد مؤرضة grounded). ويرمز VEE لجهد مصدر تغذية الباعث، كما يرمز VCC لجهد مصدر تغذية المجمع. وتسمى الدارة المبينة في الشكل (آ - ب) تشكيلة الباعث المشترك common emitter أو باختصار CE، كما تسمى الدارة المبينة في الشكل (1- ج) تشكيلة المجمع المشترك common collector أو باختصار CC (ويعدّ فيها المجمع مشتركاً أو «مؤرضاً»، لأن مصدر التغذية V_CC يعد «مؤرضاً» بالنسبة للإشارة). وتتحدد خصائص كل من التشكيلات الثلاث في (الشكل 1) بخواص الترانزستور وقيمتي المقاومتين R₁ وR₂ وكذلك قيمة كل من جهود التغذية. ويستخدم المكثفان C₁ وC₂ في كل من التشكيلات الثلاث لتمرير إشارتي الدخل والخرج من دون تمرير التيارات المستمرة.                       

تختلف التشكيلات الثلاث بخصائص تضخيم جهد الإشارة وتيارها. وتقوم تشكيلة CB بتضخيم الجهد ولا تضخم التيار، وتضخم تشكيلة CC التيار ولا تضخم الجهد، في حين تضخم تشكيلة CE كلاً من الجهد والتيار. ومن ثم فإن تشكيلة CE تنتج أكبر تضخيم لاستطاعة الإشارة؛ ولذا فإنها الأكثر استخداماً.

يبين (الشكل 2) تغير جهد القاعدة V_B وجهد المجمع V_C مع الزمن t في تشكيلة C_E المبينة في (الشكل 1- ب)، لحالة تضخم إشارة جيبية نرمز لدورها بـ T. ويُنظر إلى V_B في (الشكل 2) كمجموع مركبة الجهد المستمر V_B ومركبة الجهد المتناوب V_b التي هي نفسها إشارة الدخل. وبالمثل ينظر إلى V_C كمجموع المركبة المستمرة V_C والمركبة المتناوبة V_C التي تؤخذ كإشارة خرج (عن طريق C₂ في الشكل 1- ب). ونرمز في (الشكل 2) بـ V_b وV_c لقيمتي كل من V_b وV_c من القمة للقمة peak-to-peak. وتكون V_c=-AV_b، حيث A نسبة التضخم amplification المسماة الربح أو الكسب gain. وتدل علامة (-) على أن تشكيلة CE تعكس القطبية أو الطور phase (بخلاف تشكيلتي CD وCC).

يمكن تشغيل الترانزستور كمضخم وفق أحد أربعة أصناف classes وفق شكل إشارة تيار المجمع خلال فترة الدور T، كما موضح بالشكل (3). وفي حالة الصنف A يمر تيار المجمع خلال فترة الدور بكاملها، في حين يمر فقط خلال نصف فترة الدور في حالة الصنف B، وخلال أقل من نصف الدور في حالة الصنف C. وفي حالة الصنف AB ينقطع تيار المجمع خلال فترة تقل عن نصف الدور.

يبين الشكل (4) دارة مبسطة لمضخم دفع وجذب push-pull amplifier تضم ترانزيستورين، الترانزستور العلوي TR1 من نوع n-p-n والسفلي TR2 من نوع p-n-p. ويفترض أن الترانزستورين يعملان وفق الصنف B وموصلان وفق تشكيلة المجمع المشترك التي يكون مدخلها هو القاعدة ومخرجها هو الباعث، على غرار الدارة المبينة سابقاً في الشكل (1-ج). ويعطي TR1 في الشكل (4) النوبة الموجبة لإشارة الخرج، في حين يعطي TR2 النوبة السالبة. وينتج من «الالتحام» غير الجيد للنوبتين ـ كما هو مبين في الشكل (4) ـ تشويه خاص يسمى التشويه التقاطعي crossover distortion. ويمكن إنقاص هذا التشويه بتشغيل الترانزستورين وفق الصنف AB.

يستخدم الصنفان B وAB للحصول على مردود efficiency أعلى من مردود الصنف A. ويقصد بالمردود هنا نسبة استطاعة إشارة الخرج إلى الاستطاعة المستهلكة من مصدر التغذية. ويقارب أقصى مردود ممكن للصنف A نحو50%، في حين يقارب مردود الصنف B نحو 78%. ويستخدم الصنف C للحصول على مردود أعلى من80% في بعض المضخمات المولفة tuned amplifiers (أي المضخمات ذات دارات الرنين أو الدارات المولفة tuned circuits).

يمكن تصميم المضخمات باستخدام ترانزستور تأثير الحقلtransistor  field-effect ، أو باختصار FET، بدلاً من الترانزستور العادي (ترانزستور الوصلة ثنائي القطبية Bipolar Junction Transistor أو باختصار BJT)، وذلك مع مراعاة خصوصيات FET.

يتم الحصول على الربح الذي نحتاج إليه في معظم التطبيقات لرفع مستوى إشارة معينة إلى المستوى المرغوب بوصل عدة مراحل تضخيم على التعاقب in cascade، بحيث يوصل مخرج كل مرحلة تضخيم amplification stage إلى مدخل المرحلة التالية. وتستخدم عدة طرق ربط بين مخرج كل مرحلة ومدخل المرحلة التالية في المضخمات متعددة المراحل، كالربط بمقاومات ومكثفات أو الربط بمحولات أو الربط المباشر.

تنتج كدارات متكاملة أنواع كثيرة من المضخمات، ومن أهمها مضخمات العمليات[ر] ويتألف كل مضخم عمليات من مراحل تضخيم متعاقبة ومترابطة، بحيث تمثل بكاملها مضخماً ذا قيمة عالية جداً لكسب الجهد (من مرتبة 10000) وقيمة عالية جداً لمقاومة الدخل وقيمة منخفضة جداً لمقاومة الخرج. ويبين (الشكل 5- أ) التمثيل الرمزي لمضخم العمليات. ويرمز V₊n للدخل غير العاكس، أي الدخل الذي يتم تضخيمه من دون انعكاس بالقطبية. وبالمقابل، يرمز V_-n للدخل العاكس. ويرمز  Vout لجهد الخرج. ويحتاج مضخم العمليات إلى جهد تغذية موجب (مثلاً n+10V) وجهد تغذية سالب (مثلاً n-10V). ويستخدم مضخم العمليات كمضخم غير عاكس بالدارة المبينة في (الشكل 5- ب)، كما يستخدم مضخماً عاكساً بالدارة المبينة في (الشكل 5- جـ). ونختار قيمتي المقاومتين R1 وR2 للحصول على القيمة التي نريدها للكسب، حيث يكون الكسب (أي نسبة الخرج Vout إلى الدخل Vin) في حالة المضخم غير العاكس A=1+(R₂/ R₁)n، ويكون في حالة المضخم العاكس (بالقيمة المطلقة): A= R₂/ R₁.

تصنف المضخمات حسب مجالاتها الترددية إلى عدة أصناف:

ـ المضخمات السمعية audio amplifiers: وهي التي تضخم الترددات الصوتية ضمن المجال المسموع بين 20 هرتز و20 كيلوهرتز.

ـ المضخمات الفيديوية video amplifiers: وهي المستخدمة لتضخيم إشارات ذات مجال ترددي واسع بين n0Hz وعدة ميغاهرتز، كالإشارات الفيديوية أو «المرئية» في التلفاز[ر].

ـ مضخمات التردد الراديوي RF amplifiers: وهي التي تضخم الإشارات التي يمكن أن ترسل أو تستقبل لاسلكياً بين عشرات الكيلوهرتز وآلاف الميغاهرتز.

تطبيقات المضخمات

تستخدم المضخمات في تطبيقات كثيرة جداً تشمل التجهيزات الصوتية وتجهيزات الاتصالات الهاتفية البعيدة المدى، والتجهيزات الإذاعية والتلفزيونية، وأجهزة الرادار والتحكم الإلكتروني وتجهيزات أخرى لا حصر لها.

عصام عبود

الإلكترونيات ـ أنصاف النواقل ـ التلفزة والتلفاز ـ الصمام الإلكتروني ـ المذياع ـ مضخم الترددات الصوتية.

ـ نديم شاهين، عبد الرزاق بدوية، أسس الهندسة الإلكترونية (جامعة دمشق، 2004).

- MILLMAN and A.GRABEL, Microelectronics, 2nd Ed., (McGraw- Hil 1987).

التصنيف : التقنيات (التكنولوجية)

النوع : تقانة

المجلد: المجلد الثامن عشر

رقم الصفحة ضمن المجلد : 835

آخر أخبار الهيئة :

معجم المصطلحات

الأطلس الجغرافي

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية