تحليل دوائر الـ Op-Amp بالقاعدتين الذهبيتين: المضخم العاكس Inverting ومحوّل التيار إلى جهد والمضخم الجامع Summing والمضخم الفرقي Difference

ملخص
تحليل دوائر الـ Op-Amp بالقاعدتين الذهبيتين
• نفترض أن الـ Op-Amp مثالي، فنستخدم القاعدتين الذهبيتين: 1 لا يدخل أي تيار إلى المدخلين (مقاومة الدخل عالية جدًا)، 2 مع تغذية راجعة سالبة Negative feedback المدخلان Virtual short: V₋ = V₊.
• المضخم العاكس Inverting amplifier: Vout = −(RF/R₁)·Vin، الكسب Gain = RF/R₁ ويعكس إشارة الدخل.
• محوّل التيار إلى جهد: Vout = −R·IS.
• المضخم الجامع Summing amplifier: Vout = −(RF/R₁·V₁ + RF/R₂·V₂ + RF/R₃·V₃).
• المضخم الفرقي Difference amplifier: عند R₁/R₂ = R₃/R₄ يصير Vout = (R₂/R₁)(V₂ − V₁)، وعند R₂ = R₁ يصير Vout = V₂ − V₁.
١
القاعدتان الذهبيتان
−+Vouti = 0i = 0∞Negative feedbackVirtual shortV−V+
القاعدة الأولى: لا يدخل أي تيار إلى مدخلي الـ Op-Amp لأن مقاومة الدخل عالية جدًا. القاعدة الثانية: إذا كان في الدائرة Negative feedback فالمدخلان كأن بينهما Short نسميه Virtual short: جهد المدخل Inverting يساوي جهد المدخل Non-inverting دائمًا.
٢
المضخم العاكس Inverting Amplifier
+−−+VoutVinR1RFI1I20 V0 V
مصدر Vin مع مقاومة R₁ قبل المدخل Inverting، وVout موصّل إليه عبر RF، والمدخل Non-inverting على الأرضي. بالقاعدة الأولى I₁ = I₂، وبالثانية جهد المدخل Inverting صفر، فـ KCL عند العقدة: (Vin − 0)/R₁ = (0 − Vout)/RF ومنها Vout = −(RF/R₁)·Vin؛ الكسب Gain = RF/R₁ نتحكم فيه بالمقاومتين، وعلامة السالب تعني أنه يعكس إشارة الدخل ويضخّمها.
٣
تحويل التيار إلى جهد
−+VoutISRISIS0 V0 V
مصدر تيار IS موصّل مباشرة في المدخل Inverting مع تغذية راجعة عبر R: الجهد عند المدخل صفر وIS هو نفس التيار المار في R، فـ IS = (0 − Vout)/R ومنها Vout = −R·IS: حوّلنا التيار إلى جهد.
٤
المضخم الجامع Summing Amplifier
V₁R₁I1V₂R₂I2V₃R₃I3−+VoutRFI0 V0 V
ثلاثة مداخل V₁ V₂ V₃ كل واحد عبر مقاومته R₁ R₂ R₃ إلى المدخل Inverting، وRF تغذية راجعة من Vout. التيار I = I₁ + I₂ + I₃ يمر كله في RF لأن لا تيار يدخل الـ Op-Amp، وجهد العقدة VA صفر: I₁ = (V₁ − 0)/R₁، I₂ = (V₂ − 0)/R₂، I₃ = (V₃ − 0)/R₃، I = (VA − Vout)/RF، فتخرج Vout = −(RF/R₁·V₁ + RF/R₂·V₂ + RF/R₃·V₃): نجمع نسبًا معيّنة من المداخل بتغيير المقاومات.
٥
مثال على المضخم الجامع
2 V5 kΩ1 V2.5 kΩ−+Vout10 kΩI0 V0 V
V₁ = 2 V مع R₁ = 5 kΩ، وV₂ = 1 V مع R₂ = 2.5 kΩ، وRF = 10 kΩ: Vout = −(10/5 × 2 + 10/2.5 × 1) = −8 V (الكيلو تذهب مع الكيلو).
٦
المضخم الفرقي Difference Amplifier
V1R1R2V2R3R4−+VoutVAVBVoltage divider
مدخل على كل جهة: V₁ عبر R₁ إلى Inverting مع R₂ تغذية راجعة، وV₂ عبر R₃ إلى Non-inverting ومعها R₄ على التوالي إلى الأرضي، لأن لا تيار يدخل المدخل فهو Open circuit. KCL عند B: (V₂ − VB)/R₃ = (VB − 0)/R₄ فـ VB = R₄/(R₃ + R₄)·V₂ وهو مقسم جهد Voltage divider؛ بالقاعدة الثانية VA = VB، وKCL عند A: (V₁ − VB)/R₁ = (VB − Vout)/R₂ فتخرج Vout = R₂(1 + R₁/R₂)/R₁(1 + R₃/R₄)·V₂ − (R₂/R₁)·V₁. إذا جعلنا R₁/R₂ = R₃/R₄ يذهب القوسان مع بعض فتبقى Vout = (R₂/R₁)(V₂ − V₁): الفرق بين جهدي الدخل مضروبًا في R₂/R₁، وإذا R₂ = R₁ فـ Vout = V₂ − V₁.
الـ Op-Amp المثالي والقاعدتان الذهبيتانالمضخم العاكس Inverting Amplifierتحويل التيار إلى جهدالمضخم الجامع Summing Amplifierالمضخم الفرقي Difference Amplifierأساسيات الكهرباء
جاري تحميل التعليقات...

عن هذا الدرس

تحليل دوائر الـ Op-Amp المثالي بالقاعدتين الذهبيتين: لا يدخل أي تيار إلى المدخلين، ومع التغذية الراجعة السالبة Negative feedback يكون المدخلان Virtual… هذا الدرس ضمن مقدمة لمنهج الهندسة الكهربائية أساسيات الكهرباء في أكاديمية موسى.

دروس ذات صلة