مضخم تفاضلي أو دائرة مطروح للجهد

تم تطوير Op-Amps في الأصل من أجل الحسابات الرياضية التناظرية ، ومنذ ذلك الحين أثبتت أنها مفيدة في العديد من تطبيقات التصميم. كما قال أستاذي بحق ، فإن op-amps عبارة عن حاسبات حسابية للجهد ، ويمكنهم إجراء إضافة قيمتين معينتين للجهد باستخدام دارة Summing Amplifier والفرق بين قيمتي جهد باستخدام مضخم تفاضلي. بصرف النظر عن هذا ، يستخدم Op-Amp أيضًا بشكل شائع كمضخمات مقلوبة ومضخمات غير مقلوبة.

لقد تعلمنا بالفعل كيف يمكننا استخدام Op-Amp كمضخم للجهد أو مضخم جمع ، لذلك في هذا البرنامج التعليمي سوف نتعلم كيفية استخدام op-amp كمضخم تفاضلي للعثور على فرق الجهد بين قيمتين للجهد. ويسمى أيضًا بـ Voltage Subtractor. سنقوم أيضًا بتجربة دائرة مطروح الجهد على لوح التجارب والتحقق مما إذا كانت الدائرة تعمل كما هو متوقع.

أساسيات Op-Amp

قبل أن نغوص في التفاضل Op-Amps ، دعنا ننتقل بسرعة من خلال أساسيات Op-Amp. جهاز Op-Amp عبارة عن جهاز خماسي طرفي (حزمة واحدة) مع طرفين (Vs + ، Vs-) لتشغيل الجهاز. من بين المحطات الثلاثة المتبقية ، يتم استخدام اثنين (V + ، V-) للإشارات التي تسمى المحطة العكسية وغير المقلوبة ، والباقي (Vout) هو طرف الإخراج. يظهر الرمز الأساسي لـ Op-Amp أدناه.

إن عمل Op-Amp بسيط للغاية ، فهو يأخذ جهدًا مختلفًا من دبابيس (V + ، V-) ، ويضخمه بقيمة كسب ويعطيه كجهد خرج (Vout). يمكن أن يكون كسب Op-Amp مرتفعًا جدًا مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الصوتية. تذكر دائمًا أن جهد الدخل في Op-Amp يجب أن يكون أقل من جهد التشغيل. لمعرفة المزيد حول op-amp ، تحقق من تطبيقه في مختلف الدوائر القائمة على op-amp.

بالنسبة لـ Op-Amp المثالي ، ستكون مقاومة الإدخال عالية جدًا ، ولن يتدفق أي تيار داخل أو خارج Op-Amp عبر دبابيس الإدخال (V + ، V-). لفهم عمل op-amp ، يمكننا تصنيف دوائر op-amp على نطاق واسع على أنها حلقة مفتوحة وحلقة مغلقة.

دائرة حلقة مفتوحة أمبير (مقارنات)

في دائرة op-amp ذات الحلقة المفتوحة ، لا يتم توصيل دبوس الإخراج (Vout) بأي من دبابيس الإدخال ، ولا يتم توفير أي تعليقات. في مثل هذه الظروف ذات الحلقة المفتوحة ، يعمل المرجع أمبير كمقارن. يتم عرض مقارنة بسيطة op-amp أدناه. لاحظ أن دبوس Vout غير متصل بدبابيس الإدخال V1 أو V2.

في هذه الحالة ، إذا كان الجهد الموفر لـ V1 أكبر من V2 ، فسوف يرتفع Vout الناتج. وبالمثل ، إذا كانت الفولتية الموردة إلى V2 أكبر من V1 ، فسوف تنخفض Vout.

دائرة حلقة مغلقة Op-amp (مكبرات الصوت)

في دائرة op-amp ذات الحلقة المغلقة ، يتم توصيل دبوس الإخراج الخاص بـ op-amp مع أي من دبوس الإدخال لتقديم ملاحظات. تسمى هذه الملاحظات باسم اتصال الحلقة المغلقة. أثناء الحلقة المغلقة ، يعمل Op-amp كمكبر للصوت ، وخلال هذا الوضع ، يجد op-amp العديد من التطبيقات المفيدة مثل المخزن المؤقت ، ومتابعي الجهد ، ومضخم الانعكاس ، ومضخم غير مقلوب ، ومضخم جمع ، ومضخم تفاضلي ، وطرح الجهد وما إلى ذلك. يتم توصيل دبوس Vout بالمحطة العكسية ثم يطلق عليه دائرة التغذية الراجعة السلبية (كما هو موضح أدناه) وإذا كان متصلاً بالمحطة غير العاكسة يطلق عليه دائرة التغذية الراجعة الإيجابية.

المضخم التفاضلي أو مطاحن الجهد

الآن دعونا ندخل في موضوعنا ، مكبر الصوت التفاضلي. يأخذ مكبر الصوت التفاضلي بشكل أساسي قيمتين للجهد ، ويجد الفرق بين هاتين القيمتين ويضخمه. يمكن الحصول على الجهد الناتج من طرف الخرج. يتم عرض دارة مكبر تفاضلي أساسية أدناه.

لكن انتظر !، أليس هذا ما يفعله Op-Amp افتراضيًا حتى عندما لا يكون لديه ملاحظات ، فهو يأخذ مدخلين ويوفر اختلافاتهما على دبوس الإخراج. إذن لماذا نحتاج إلى كل هذه المقاومات الفاخرة؟

حسنًا ، نعم ، لكن op-amp عند استخدامه في حلقة مفتوحة (بدون تعليقات) سيكون له مكاسب عالية جدًا لا يمكن التحكم فيها وهو أمر غير مفيد عمليًا. لذلك نستخدم التصميم أعلاه لتعيين قيمة الكسب باستخدام المقاومات في حلقة التغذية الراجعة السلبية. في دائرتنا فوق المقاوم ، يعمل المقاوم R3 كمقاوم ردود فعل سلبية وتشكل المقاومات R2 و R4 مقسمًا محتملاً. يمكن تعيين قيمة الكسب باستخدام القيمة الصحيحة للمقاومات.

كيفية ضبط مكاسب مكبر الصوت التفاضلي؟

و الجهد الناتج من مكبر للصوت التفاضلية يمكن أن يعطى هو مبين أعلاه من دون صيغة

صوت = -V1 (R3 / R1) + V2 (R4 / (R2 + R4)) ((R1 + R3) / R1)

تم الحصول على الصيغة أعلاه من وظيفة النقل للدائرة أعلاه باستخدام نظرية التراكب. لكن دعونا لا ندخل في ذلك كثيرًا. يمكننا تبسيط المعادلة أعلاه بشكل أكبر من خلال اعتبار R1 = R2 و R3 = R4. لذلك سوف نحصل عليه

Vout = (R3 / R1) (V2-V1) عندما R1 = R2 و R3 = R4

من الصيغة أعلاه يمكننا أن نستنتج أن النسبة بين R3 و R1 ستكون مساوية لاكتساب مكبر الصوت.

الكسب = R3 / R1

الآن ، دعنا نستبدل قيم المقاومات للدائرة أعلاه ونتحقق مما إذا كانت الدائرة تعمل كما هو متوقع.

محاكاة دارة المضخم التفاضلي

قيمة المقاوم التي اخترتها هي 10 كيلو لـ R1 و R2 و 22 كيلو لـ R3 و R4. تظهر محاكاة الدائرة لنفسه أدناه.

لغرض المحاكاة ، قمت بتزويد 4V لـ V2 و 3.6V لـ V1. سيحدد المقاوم 22 كيلو و 10 كيلو وفقًا للصيغ ربحًا قدره 2.2 (22/10). لذلك سيكون الطرح 0.4 فولت (4-3.6) وسيتم ضربه بقيمة الكسب 2.2 وبالتالي فإن الجهد الناتج سيكون 0.88 فولت كما هو موضح في المحاكاة أعلاه. دعنا أيضًا نتحقق من الأمر نفسه باستخدام الصيغة التي ناقشناها سابقًا.

Vout = (R3 / R1) (V2-V1) عندما R1 = R2 و R3 = R4 = (22/10) (4-3.6) = (2.2) × (0.4) = 0.88 فولت

اختبار دائرة المكبر التفاضلي على الأجهزة

الآن إلى الجزء الممتع ، دعونا في الواقع نبني نفس الدائرة على اللوح ونتحقق مما إذا كنا قادرين على تحقيق نفس النتائج. أنا أستخدم LM324 Op-Amp لبناء الدائرة واستخدام وحدة تزويد الطاقة Breadboard التي أنشأناها سابقًا. يمكن أن توفر هذه الوحدة إخراج 5V و 3.3V ، لذلك أنا أستخدم سكة الطاقة 5V لتشغيل جهاز op-amp وسكة الطاقة 3.3V مثل V1. ثم استخدمت RPS (مزود الطاقة المنظم) لتوفير 3.7 فولت إلى الدبوس V2. الفرق بين الفولتية هو 0.4 ولدينا مكسب 2.2 وهو ما يجب أن يعطينا 0.88 فولت وهذا بالضبط ما حصلت عليه. توضح الصورة أدناه الإعداد والمقياس المتعدد مع قراءة 0.88V عليه.

هذا يثبت أن فهمنا للـ op-amp التفاضلي صحيح والآن نحن نعرف كيفية تصميم واحد بمفردنا مع قيمة الكسب المطلوبة. يمكن أيضًا العثور على العمل الكامل في الفيديو الموضح أدناه. غالبًا ما تستخدم هذه الدوائر في تطبيقات التحكم في مستوى الصوت.

ولكن نظرًا لأن الدائرة بها مقاومات على جانب جهد الدخل (V1 و V2) ، فإنها لا توفر مقاومة عالية جدًا للإدخال ولديها أيضًا مكاسب عالية في الوضع الشائع مما يؤدي إلى انخفاض نسبة CMRR. للتغلب على هذه العيوب ، توجد نسخة مرتجلة من مكبر الصوت التفاضلي يسمى مضخم الأجهزة ، ولكن دعنا نترك ذلك لبرنامج تعليمي آخر.

آمل أن تكون قد فهمت البرنامج التعليمي واستمتعت بالتعرف على مكبرات الصوت التفاضلية. إذا كان لديك أي استفسارات ، فاتركها في قسم التعليقات أو استخدم المنتديات لمزيد من الأسئلة الفنية والاستجابة بشكل أسرع.