ما هي حاسبة كسب مكبر العمليات؟
مكبر العمليات (Op-Amp) هو مكبّر جهد عالي الكسب، يُحدَّد كسبه في الحلقة المغلقة بالكامل تقريبًا عبر مقاومتين خارجيتين فقط: مقاومة التغذية الراجعة (Rf) ومقاومة الدخل (Rin). تحسب هذه الأداة كسب الجهد (Av) لكلٍّ من التهيئة المعكوسة وغير المعكوسة، كما تعرض الكسب بوحدة الديسيبل (dB). وهي أداة إلكترونية عامة تنطبق على أي دائرة مكبر عمليات مثالي قياسي.
كيفية الاستخدام
اختر أولًا تهيئة المكبّر، ثم أدخِل قيمة مقاومة التغذية الراجعة Rf ومقاومة الدخل Rin بوحدة الأوم. ستعرض الحاسبة كسب الجهد بوحدة فولت/فولت إضافةً إلى قيمته المقابلة بالديسيبل. في المكبّر غير المعكوس يكون الخرج في طور واحد مع الدخل (كسب موجب)، أمّا في المكبّر المعكوس فيكون الكسب سالبًا، ما يدلّ على انزياح في الطور مقداره 180°.
شرح المعادلة
في المكبّر غير المعكوس يُحسب الكسب وفق العلاقة $$A_v = 1 + \frac{\text{R}_f}{\text{R}_{in}}$$ وبفضل الحدّ "1" في البداية، يكون كسب المكبّر غير المعكوس دائمًا لا يقل عن 1 (الوحدة). أمّا في المكبّر المعكوس فالكسب هو $$A_v = -\frac{\text{R}_f}{\text{R}_{in}}$$ وقد يكون مقداره أصغر من 1 أو مساويًا له أو أكبر منه. وتُحسب قيمة الديسيبل بالعلاقة \(20 \cdot \log_{10}(|A_v|)\).
مثال محلول
لنفترض أن Rf = 10,000 أوم وRin = 1,000 أوم في تهيئة غير معكوسة. عندها يكون $$A_v = 1 + \frac{10{,}000}{1{,}000} = 1 + 10 = 11 \text{ فولت/فولت}$$ وبالديسيبل تساوي هذه القيمة \(20 \cdot \log_{10}(11) \approx 20.83\) ديسيبل. وباستخدام المقاومتين نفسيهما في دائرة معكوسة نحصل على $$A_v = -\frac{10{,}000}{1{,}000} = -10 \text{ فولت/فولت}$$ أي 20 ديسيبل من حيث المقدار.
الأسئلة الشائعة
لماذا يكون كسب المكبّر المعكوس سالبًا؟ تشير الإشارة السالبة إلى أن إشارة الخرج معكوسة (بانزياح طور مقداره 180°) بالنسبة إلى الدخل؛ والمقدار هو ما يحدّد قيمة التضخيم فعليًّا.
هل يمكن أن يكون كسب المكبّر غير المعكوس أقل من 1؟ لا. فالحدّ "+1" يضمن كسبًا أدنى مقداره 1 (ويتحوّل إلى تابع جهد عندما تكون Rf = 0).
ماذا يحدث إذا كانت Rin صفرًا؟ القسمة على صفر غير معرّفة، لذا يلزم وجود مقاومة دخل صحيحة غير صفرية للحصول على كسب ذي معنى.
