ما هو الـ Op-Amp وكيف يعمل: من المقارن Comparator إلى متابع الجهد Voltage Follower — أساسيات الدوائر الكهربائية

★ 0
أساسيات الدوائر الكهربائية

كتاب تفاعلي يبني أساسيات الدوائر الكهربائية خطوة بخطوة من دروس الهندسة الكهربائية: مصطلحات الدائرة (Branch و Node و Loop و Mesh و Super Node و Super Mesh)، ومقسم الجهد ومقسم التيار وقاعدة التيار يتبع المقاومة الأقل، وحقائق التوالي والتوازي والمكثف والملف في تيار DC، ووظيفة المكثف Capacitor (الشحن والتفريغ وحالة الاستقرار Steady State وفترة الـ Transient)، وشخصية المحث Inductor (جهد معاكس لتغيّر التيار، Short circuit في DC، الحماية من الارتفاع المفاجئ وخطر الشرارة Arcing) وصورته الذهنية كعجلة كبيرة مع معادلة v = L di/dt، ثم جوهر Nodal Analysis و Mesh Analysis بأمثلة محلولة، والتحويل بين Y ودلتا للدوائر التي لا توالي فيها ولا توازي، وقواعد الإشارات في Mesh Analysis، وأساسيات الـ Op-Amp (رمزه ومدخلاه والـ Gain وحدود الخرج بمصدر الجهد) وعمله كمقارن Comparator، ثم فكرة التغذية الراجعة Feedback بتصميم مثبت سرعة، ومتابع الجهد Voltage Follower والقاعدتين الذهبيتين (لا يدخل تيار، والمدخلان متساويان)، وتحليل دوائر الـ Op-Amp بهما (المضخم العاكس ومحوّل التيار إلى جهد والمضخم الجامع والمضخم الفرقي)، ولماذا دالة الجيب Sine في كل مكان (الاشتقاق والتكامل يحفظان التردد)، وفكرة فورييه Fourier (أي دالة دورية مجموع sin و cos كما الأعداد الأولية لبنات الأعداد)، بتمارين متدرجة مع تلميحات وحلول مفصّلة.

نبذة عن الدرس

تفهم في هذا الدرس الـ Op-Amp من فكرته الأولى: يقارن جهدين ويضرب الفرق في Gain عالٍ جدًا (3 ميكروفولت × مليون = 3 V) مع حدّي الخرج +VCC و−VCC اللذين يفرضهما مصدر التغذية، والمدخلين Inverting و Non-inverting وعمله كمقارن، ثم ما يحدث حين نرجع الخرج إلى المدخل السالب (التغذية الراجعة السالبة): يتساوى المدخلان Virtual short ولا يدخل أي تيار إلى الـ Op-Amp، وهما القاعدتان الذهبيتان، وتطبّقهما على متابع الجهد Voltage Follower الذي يحلّ مشكلة مقسم الجهد مع الحمل لأن Vout = Vin دون أن يسحب تيارًا من الدائرة الأصلية.