أساسيات الـ Op-Amp: الرمز والمدخلان Inverting و Non-Inverting ومعنى الـ Gain وحدود الخرج بمصدر الجهد

الأساسيات فقط

نتكلم عن الـ Op-Amp، الـ operational amplifier، ونريد أن نركز على الأساسيات فقط في هذا الدرس.

رمز الـ Op-Amp

أول شيء يجب أن نعرف رمز الـ Op-Amp أو شكله في الدوائر: يكون شكله مثلثًا كما في الرسم.

مدخلان ومخرج واحد

ثم يجب أن نعرف أن الـ Op-Amp يأخذ مدخلين، two inputs، واحد موجب وواحد سالب. الموجب نسميه non-inverting والسالب نسميه inverting، يعني واحد لا يعكس والثاني يعكس المدخل.

ويكون عنده هنا الـ output، هذا هو المخرج. فممكن نعتبره دالة معينة تأخذ مدخلين وتُخرج لنا مخرجًا واحدًا.

وظيفة الـ Op-Amp

النقطة الثالثة: ما وظيفة الـ Op-Amp بالشكل الحالي؟ بالشكل هذا، الـ Op-Amp يأخذ الفرق ما بين المدخلين ويسوي لهذا الفرق amplification، من اسمه. وما معنى amplification؟ يعني تضخيم.

فلو كان الفرق بسيطًا جدًا ولا نقدر نقرأه، ندخل هذا الفرق على الـ Op-Amp، بعدها يصير له تضخيم ونصير نقدر نقرأه، لأننا عارفين كم نسبة التضخيم التي تصير، والتي نسميها الـ Gain.

والـ Gain هنا يكون ضخمًا جدًا: يكون مثلًا 10⁴ أو 10⁵ أو حتى مليون.

مثال من القياس الدقيق

فنحن دائمًا في الـ Instrumentation نكون دقيقين جدًا، نتعامل مع الملي فولت والمايكرو فولت. فلما يكون الفرق بالمايكرو فولت وندخله على الـ Op-Amp الذي يسوي له amplification، فممكن يتحول المايكرو إلى رقم عادي.

يعني لو كان الفرق 6 مايكرو فولت والـ Gain تبع الـ Op-Amp مليون، فسيطلع الناتج عندنا 6 فولت. فلما نشوف 6 فولت في المخرج ونحن عارفين أن الـ Gain مليون، فكذا نعرف أن الفرق بين المدخلين 6 مايكرو فولت.

الحدّ ومصدر الجهد

وآخر نقطة نريد أن نتعلمها عن الـ Op-Amp بهذا الشكل، ودائمًا أكرر «بهذا الشكل» لأن له أشكالًا مختلفة سنأخذها في الدرس القادم. النقطة الأخيرة هي السؤال: ما الحدّ تبع الـ Op-Amp؟

يعني لو حطيت الفرق هنا 6 فولت وهو الـ Gain عنده مليون، فسيضرب لي 6 في مليون ويطلع لي 6 ملايين فولت، وهذا غير منطقي، وأكيد سيتعارض مع قانون حفظ الطاقة: أن تخرج طاقة كبيرة من لا شيء.

فسيأتي في بال الناس سؤال: من أين تأتيه الطاقة؟ فلكي نشغل الـ Op-Amp نحتاج إلى مصدر جهد. وبالعادة نحط هنا plus وهنا minus: فهنا نحط عادة 12 فولت موجبة، وتحت 12 فولت سالبة.

فالآن هذه التي تحدّنا في أعلى قيمة وأقل قيمة: فمستحيل الـ output، المخرج من الـ Op-Amp، يتعدى 12، ومستحيل ينزل عن سالب 12.

المنطقة التشغيلية

فهذا هو سر المنطقة التشغيلية للـ Op-Amp التي نشوفها: تكون علاقة خطية ما بين الـ input والـ output، ولكن هذه العلاقة الخطية لازم تكون محدودة من الأعلى بقيمة الـ power supply الموجبة، ومن الأسفل بقيمة الـ power supply السالبة.