منتديات العلم والعلماء والمخترعين والمبتكرين ....

شرح مكبر العمليات Op-Amp

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي اذهب الى الأسفل

شرح مكبر العمليات Op-Amp

مُساهمة من طرف المدير العام في الإثنين يونيو 21, 2010 9:06 am

شرح مكبر العمليات Op-Amp



كثير من المواضع عندما تبدأ شرح مكبر
العمليات، تبدأ بالمثلث التقليدى ثم مقاومات التغذية و يستمر الشرح فى كيف
نحصل على كسب كذا الخ دون التعرض لتركيبه من الداخل و بالتالى لا يؤخذ فى
الاعتبار تيارات الدخول و توضع دوائر لا يمكنها أن تعمل.
هذه السلسلة تعتمد على فهم الترانزيستور و دوائرة، لو تريد شرح فى هذا
المجال أرجع لهذه السلسلة

شرح الدوائر الإلكترونية و تصميمها
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

لكى نفهم ما هو مكبر العمليات وفيم يستخدم وفيم لا يستخدم و لماذا تجد
دائرة تعمل مع LM741 الشهيرة بينما لا تعمل مع LM324 الأحدث و العكس أيضا،
يجب أن نلقى نظرة بداخلة. لو دائما وضعت فى اعتبارك أى ترانزيستور تجد فى
دخل مكبر العمليات، لن تخطئ فى توفير الظروف الملائمة لتشغيل مكبر
العمليات.
لهذا نحتاج لمراجعة المكبر التفاضلى ومصدر التيار الثابت وهما كالملح فى
الطعام تكاد لا تخلو منهما دائرة متكاملة خطية
ثم إن شاء الله نتحدث عن تركيبه من الداخل و كيف تتفاعل أطرافه مع العالم
الخارجى
ثم كيف نقرأ صفحة الخواص Data Sheet وكيف نستخلص منها البيانات اللازمة
لتشغيل المكبر
ثم نتحدث عن دوائره و كيفية حسابها
=====
المكبر التفاضلى Differential Amplifier
المكبر التفاضلى من أهم المكبرات لدراسة الدوائر المتكاملة المعروفة باسم
مكبر العمليات Operational Amplifiers فإن فهمتها لن تجد صعوبة فى
التعامل مع المكبرات وإلا ستجد دوما تصرفات غير متوقعة للمكبرات لن تعرف
لها سببا – حسنا – إن شئت فهو انك لم تستوعب المكبرات التفاضلية جيدا


كمل فى شكل 1 سنجد انه مكون من 2 ترانزيستور ومقاومات ، ليس لآيها أفضلية
أو تميز فلو وضعت مرآة فى المنتصف سترى التماثل
لكى نضع تمايز يحدد لنا أيها نتحدث عنه ، سنجد أن الترقيم لا يقودنا لشىء ،
لذلك فلنفترض أرقاما من أجل الحوار و نرى لاحقا كيف نكوّن التمييز
نفترض لسهولة الحساب أن مصدرى التيار المستمر +VEE,-Vcc متساويان عدديا و
اختلاف التسمية لتمييز اختلاف القطبية حيث أحدهما موجب والآخر سالب

نتحدث أولا عن حالة السكون حيث الأمور كما بالرسم فقط
نجد مقاومات المجمع متساويتان و مقاومة الباعث مشتركة ، ونجد أيضا أن
التماثل يقود لتساوى تيارى المجمع و مجموعها يمر فى مقاومة الباعث المشتركة
، و من ثم جهد المجمع متساوى لكلاهما.
هل تريد حسابها ؟ قانون أوم طريقنا دوما
جهد القاعدتين يساوى صفر بسبب المقاومتان Rb1,Rb2 و عليه جهد الباعث هو
سالب 0.6 فولت
تيار المقاومة المشتركة R سيكون فرق الجهد مقسوما على المقاومة (Vee-0.6)/R
هذا التيار ينقسم لنصفين متساويين نصف لكل ترانزيستور وهو يمر عبره و
لنسميه Ic1 خلال المقاومة Rc1 والآخر نسميه Ic2 يمر عبر المقاومة Rc2 ومن
قانون أوم أيضا جهد المجمع على نفس الأساس يكون
(Vcc- Ic*Rc)
ولا يهم وضع رقم 1 أو 2 فما يصير على هذا يتكرر فى ذاك
نلاحظ هنا الاتزان العجيب لهذه الدائرة وهو ناتج من التماثل ، فلو زاد
التيار لأى سبب كان فى أحد الترانزيستورين سيزيد التيار فى المقاومة
المجمعة R ويزيد الجهد عليها فيقل انحياز قاعدة الثانى ويقل التيار به بنفس
القيمة تقريبا و من ثم زيادة تيار المجمع للأول هو نقصان تيار المجمع
للثانى والعكس و نفس الشرح لجهد المجمع أى أن زيادة جهد الأول هى نقص جهد
الثانى
مهلا أعلم انك تقول لو أن التيار فى المقاومة المجمعة R كان ثابتا لا يتغير
لن يشعر الترانزيستور الثانى بشىء ولن تتغير جهوده

حقا أصبت ولكنى قلت "تقريبا" وهذا الفارق الطفيف يقل كلما زاد معامل الكسب
بيتا و أيضا كلما زادت قيمة المقاومة المجمعة R – فقط تذكر هذه الجملة

لو أدخلنا إشارة متغيرة لقاعدة الترانزيستور Q1 و لفهم الأحداث نتحدث عنها
لحظيا كأنها آلاف اللحظات أو النقاط حيث نستطيع اعتبار أن الجهد لا يكاد
يتغير ، فعندها نجد الحوار السابق سارى هنا و يمكننا أن نتذكر عبارة زيادة
جهد الأول هى نقصان جهد الثانى والعكس – أى أن الإشارة تخرج من الاثنين
ولكن بوجه معاكس وهذا ما يميزه فإشارة Q1 تخرج من مجمع Q1 بوجه معاكس و من
مجمع Q2 بوجه مساوى - وأيضا فإشارة Q2 تخرج من مجمع Q2 بوجه معاكس و من
مجمع Q1 بوجه مساوى

الظاهرة السابقة (خرجين متعاكسين) جعلهم يطلقون الأسماء أطراف الدخول الطرف
الموجب والسالب – مهلا فالتسمية خادعة فلا يوجد هنا موجب أو سالب ولكن
المقصود أن هذا الطرف نسبة للطرف الذى نأخذ منه الخرج يعطى خرجا غير معكوس
(و يسمى لذلك موجبا) أما الآخر فيعطى خرجا معكوس (موجبه سالبا وسالبه موجبا
ويسمى لذلك سالبا) والسبب أن عكس الوجه دوما يعبر عنه حسابيا بالإشارة
السالبة كما ذكرنا فى التغذية العكسية سابقا

الكسب؟ كما حسبنا سابقا لو حسبنا تيار المجمع – الباعث ومنه مقاومة الباعث
كما سبق 25 مللى فولت أو 32 مللى فولت مقسوما على التيار مللى أمبير - فقط
المقاومة مضاعفة هنا لأن التيار فى المقاومة ينقسم على باعث Emitter 2
ترانزيستور - سيكون الكسب التقريبى يساوى مقاومة المجمع RC مقسومة على ضعف
هذه المقاومة Rbe
بما أن Rbe تساوى 0.032 ÷ تيار الباعث لترانزيستور واحد أو 0.32 ÷ نصف
تيار المقاومة R
إذن نتحكم فى الكسب إما بتغيير المقاومة R أو بتغيير تيار الباعث لو فكرنا
فى استبدال المقاومة بشيء ما.
قبل أن نترك هذه النقطة البالغة الأهمية – نكرر أن الكسب تقريبا نسبة
مقاومتين أحداهما تعتمد أساسا على تيار المجمع/باعث Collector-Emitter وهو
بدوره كما ذكرنا يعتمد أساسا على قيمة مقاومة الباعث R وهى حقيقة هامة جدا
– تذكر هذه الحقيقة فلها استخدامات سحرية
لأهمية هذا الموضوع سنركز على النقاط الهامة
• لكى تعمل الدائرة لابد من مرور تيار فى القاعدة Base لكل ترانزيستور
• تيار القاعدة Base سيكون داخلا للقاعدة Base للأنواع س م س NPN وخارجا
من القاعدة Base للأنواع م س م PNP
• الكسب يزيد بزيادة كل من مقاومة المجمع و مقاومة الباعث المشتركة أو
تيار الباعث
• أحد الأطراف يعطى خرجا "موجبا" بينما الآخر يعطى خرجا مساويا "سالبا" أى
معكوس الوجه




ثورة أم لا ؟




المدير العام
عضو ممتاز
عضو ممتاز



.....
الباحث عن الحقيقة

.....


****************************


---------------------------------------


----------------------------------------
عدد الرسائل: 4201
العمر: 55
العمل: باحث وكاتب في العلوم ومقارنة الآديان
تاريخ التسجيل: 12/08/2008

http://science.creaforum.net

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

رد: شرح مكبر العمليات Op-Amp

مُساهمة من طرف المدير العام في الإثنين يونيو 21, 2010 9:06 am

Long Tail Differential Amplifier
كما علمنا سنجد أن المكبر التفاضلى عبارة عن تابع باعث Emitter Follower
يليه مكبر ذو قاعدة مشتركة.
بالنسبة للأول، فزيادة مقاومة الباعث RE1 تزيد مقاومة الدخول مما يحسن من
خواص المكبر إلا أنه يزيد من الكسب و يقربه من الواحد الصحيح لتابع الباعث
Emitter Follower فقط. أما مقاومة المجمع فلا تؤثر كثيرا على أداؤه و لكنها
تقلل كسب المرحلة ككل .



بالنسبة لمكبر القاعدة المشتركة فالمقاومة RE1 هى جزء من المكبر السابق أو
Emitter Follower وبذلك لا تؤثر كثيرا على أداؤه و إنما مقاومة المجمع هى
التى تزيد من كسبه.
لهذا نرى أن من الأفضل زيادة كل من المقومات RE1 و RC1 و RC2 - إذن ما
المشكلة؟
تيار المجمع / الباعث يمر فيها وبالتالى حسب قانون أوم إما نزيد الجهد
المستخدم لوحدتى التغذية VCC,VEE
أو نقلل التيار
الحل الأخير يبدو أفضل إلا أن التيار لن يقل كثيرا مثلا 1 مللى ثم 0.1 مللى
و ماذا بعد !!
لو أعدنا النظر فى الدائرة سنجد الحل إذا عرفنا ماذا نريد
ما نريد هو مقاومة كبيرة جدا لتكبير الإشارة (أى الجهد المتغير) و مقاومة
صغيرة جدا للتيار المستمر حتى لا نحتاج لجهد عالى - أليست هذه صفات مصدر
التيار الثابت Constant Current Source الذى يعطيك تيار ما ويرفض تغييره ؟
حسنا هذا هو الحل ولكن كيف نكون مصدر تيار ثابت ؟
حسنا – لو نظرنا للترانزيستور العادى سنجد أن تيار المجمع / الباعث = مقدار
(ثابت) = حاصل ضرب تيار القاعدة فى معامل التكبير
أي لو ثبتنا تيار القاعدة سنحصل على تيار ثابت يقاوم التغيير وهو ما نحتاجه
وتصبح الدائرة



الآن قمنا بحل مشكلة و أضفنا أخرى – حلت مشكلة المقاومة الكبيرة الصغيرة و
اضطررنا لإضافة مصدر تغذية ثالث لقاعدة الترانزيستور Q3 ناهيك عن صعوبة
حساب وضبط قيمة التيار !!!
هناك دائرة درسناها فى تطبيقات قانون أوم لعلكم تذكرونها وهى أربع مقاومات
على أضلاع مربع تسمى قنطرة هويتستون ، عندما تتناسب قيمها لا يمر تيار عبر
القطر لتساوى فرق الجهد
ماذا لو استبدلنا فرعين منها بموحدين متماثلين ؟ سيبقى القانون ساريا فقط
سيكون أحد الموحدين هو موحد القاعدة/باعث للترانزيستور Q3 والآخر أقرب ما
يكون مثل 1N914, 1N4148 الخ

رجاء ملاحظة أن هناك دايود (ثنائى) مرسوم تحت علامة المنتدى و متجه لأسفل
بما أنهما من نفس الخامة (سيليكون) سيكون الجهد تقريبا واحد 0.6 فولت وتيار
القاعدة صغير جدا بالنسبة لتيار الباعث و من توازى القنطرة نجد أن تيار
الموحد مساوى (إلى حد كبير) تيار الباعث
أهم ما فى هذه الدائرة – حتى وإن اختلف التيار قليلا إلا أن التيار يظل
ثابتا مهما تغيرت الظروف و أخطرها درجة الحرارة – حيث لو تغيرت سيتغير
الموحد بنفس قدر الوصلة قاعدة/باعث و تظل التيارات ثابتة إلى حد بعيد جدا.
إن شئت تقليل الفروق بين الموحد والترانزيستور يمكن إضافة مقاومتين صغيرتين
على التوالى


وهذا هو الحل الأمثل كمكبر دخول لمكبر العمليات مثل LM741 ومثيلاته
قبل أن نترك المجال يجب ألا ننسى أن ما قيل على مقاومة الباعث RE1 ينطبق
على مقاومتى المجمع RC1,RC2 ومن ثم سنستخدم نفس الدائرة كمثبت تيار بدلا
من كل مقاومة و هذا ما يجعل شكل مكبر العمليات يبدو معقدا ولكن فى الحقيقة
هو بالبساطة التى ذكرناها
المرة السابقة تحدثنا كثيرا عن الكسب و إمكانية تغييره بتغيير تيار الباعث E
و دوائر سحرية!!!
انظر لهذه الدائرة والترانزيستور الثالث الذى أضيف. ماذا يحدث لو غيرنا جهد
القاعدة Base Voltage ؟ سيتغير التيار المار فيه و يغير الكسب – ألا
يذكرنا هذا بشيء؟ - هل تذكر دوائر تحكم الكسب الآلى AGC ؟ حسنا لو أخذنا
جزء من الخرج ووحدناه بموحد ووضعنا الجهد المستمر الناتج معكوسا (سالب) على
هذه القاعدة سيؤدى هذه الوظيفة.
إن زاد الخرج يزيد الجهد السالب فيقل انحياز القاعدة Base ويقل التيار وقلل
كسب المرحلة والعكس بالعكس.
ماذا لو وضعنا على القاعدة إشارة أخرى بدلا من الجهد المستمر؟
الخرج سيتناسب مع حاصل ضرب الإشارة على هذه القاعدة والإشارة على قاعدة
الترانزيستور Q1 أو Q2
أليس الضرب عملية حسابية؟؟




ثورة أم لا ؟




المدير العام
عضو ممتاز
عضو ممتاز



.....
الباحث عن الحقيقة

.....


****************************


---------------------------------------


----------------------------------------
عدد الرسائل: 4201
العمر: 55
العمل: باحث وكاتب في العلوم ومقارنة الآديان
تاريخ التسجيل: 12/08/2008

http://science.creaforum.net

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

رد: شرح مكبر العمليات Op-Amp

مُساهمة من طرف المدير العام في الإثنين يونيو 21, 2010 9:07 am

مزيد من خواص المكبر التفاضلى CMMR, Supply Rejection
Ratio

تحدثنا فى المرة السابقة عن المكبر التفاضلى و تحسينه بما يسمى "الذيل
الطويل" Long tail Differential amplifier باستخدام ترانزيستور يعمل كمصدر
تيار ثابت بدلا من مقاومة الباعث Emitter و أيضا زيادة الكسب بتبنى نفس
الفكرة بدلا من مقاومة المجمع Collector ويهمنا هنا أن نلقى الضوء على
الحقائق التى يجب أن نتذكرها حين نتحدث عن مكبر العمليات
الحوار التالى يفترض إشارة الدخول (الجهد المطلوب تكبيره) يكون تقليديا أى
متماثل حول الصفر أى اعلى قيمه موجبة مساوية لأعلى قيمة سالبة
أولا : من الدوائر السابقة نجد الحاجة إلى مصدر تغذية موجب وآخر سالب - ليس
من الضرورى أن يكونا متساويين حيث كل منها يؤثر فى جزء ولكن من الأفضل و
الأسهل عمليا أن يكونا متساويين و أن تنسب القاعدة للأرضى ( صفر فولت) حتى
يسهل ربطها بالدوائر الأخرى
ثانيا : تساوى جهدى المصدرين يحقق فائدة كبيرة وهى التكبير لنصفى الإشارة
يمكن أن يصل لقيم متماثلة
مثلا لو كانت إشارة دخول = +/- 0.1 فولت و سنكبر 100 مرة سيكون الخرج +/-
10 فولت لذا وجب أن تكون مصادر التغذية اعلى قليلا من هذه القيمة أما لو
كان واحد 10 فولت وآخر 5 فولت لن نستطيع أن نحصل على خرج اعلى من جهد
المصدر مسببا "قص" الخرج Clipping – ولكن هناك دوائر هذا دورها بالضبط –
لهذا ليس هنا تصميما خطأ وآخر صواب ولكن هل يؤدى الغرض أم لا ؟
و بالمثل لو كان واحد 10 فولت والآخر 20 سيكون هناك جهد غير مستغل
ثالثا : يمكن أن نستخدم مصدر تغذية واحد و هنا ستكون القاعدة منسوبة لنصف
الجهد للسبب المذكور سابقا
رابعا : القاعدة يجب أن تجد مسار للأرضى أو لنصف الجهد (كما فى بند ثالثا)
هذا المسار سيمر منه تيار القاعدة(تيار مستمر) ، إذا انقطع هذا المصدر توقف
المكبر عن العمل لدخول الترانزيستور مرحلة القطع Cut Off فمثلا
لو احتجنا للربط بمكثف لعزل مركبة الجهد المستمر من مرحلة سابقة ، لا بد من
توفير هذا المسار من خلال مقاومة أخرى
خامسا : فى حال الربط بدون مكثف ، يجب أن يسمح مصدر الإشارة بمرور تيار
القاعدة خلاله أو نوفر مسارا آخر لتيار القاعدة (هناك بعض المصادر لا تمرر
التيار المستمر مثل الكريستال) و يراعى هنا نوع الترانزيستور المستخدم حيث
لو كان س م س NPN سيكون التيار داخل إلى القاعدة أى المصدر يسمح بخروج
التيار منه وإن كان م س م PNP سيكون التيار خارجا من القاعدة .
طبعا فى حال عدم تماثل الإشارة حول الصفر يمكنك أن تتغاضى عن بعض القيود
مادام الغرض يتحقق والغاية تبرر الوسيلة هنا ليس عيبا.
بقى أن نذكر أن الجهد على القاعدتين معا يمكن أن يزاد أو ينقص و بملاحظة أن
القاعدة الأولى ستنتج جهدا معكوسا على المجمع لنفس الترانزيستور الأول و
بنفس القيمة ولكن فى نفس الاتجاه على مجمع الترانزيستور الثانى أى باستخدام
المثال السابق سينقص جهد المجمع الأول 10 فولت فى حين الثانى يزيد 10 فولت



و لأن نفس الجهد مطبق على الترانزيستور الثانى سيتولد جهد معاكس على
الترنزيستورين فيلاشى كل منها الآخر ولهذا يسمى النظام المتماثل أو
المتشابه أو المشترك Common Mode
نظرا لأن الترانزيستورين ليسا متطابقين تماما مهما حاولنا ولأن الكسب لكل
منها لن يصل للحد الكافى وأيضا كما قلنا فى أول مقاله لن تتساوى قيم
المقاومات و سيبقى هناك نسبة سماح فلن يكون الخارج متطابق تماما و سيبقى
هناك نسبة من الجهد المشترك على القاعدتين ستجد طريقها للخرج لهذا تسمى هذه
النسبة نسبه رفض الجهد المشترك Common Mode Rejection Ratio (CMRR) وهى
أحد القيم الهامة فى الدوائر المتكاملة ، ويمكن تحسينها بإضافة أكثر من
مرحلة إما على التتابع أو بنظام دارلنجتون Darlington أو بهما معا.
نظام دارلنجتون سيحسن من الكسب و يزيد من مقاومة الدخول لكن هناك حالات
تيار القاعدة يعتبر عاليا مهما قللنا من قيمته مثل مفاتيح اللمس الخ و بعض
مصادر الإشارة مثل ثنائيات الأشعة تحت الحمراء و الكريستالات لذا يمكننا
استخدام FET/MOSFET بدلا من الترانزستورين Q1,Q2 لتحقيق ذلك دون تغيير يذكر
فى الدائرة.
أيضا تحدثنا عن جهود التغذية يجب أن تتساوى لكن لو ارتفع جهد المنبع الموجب
مثلا - سنجد أن الترانزيستور مصدر تيار ثابت أى لن يتأثر جهد المجمع C
نهائيا. لهذا لن نحتاج لمصدر تغذية مثبت الجهد وغالى التكلفة. ولكن للأسباب
المذكورة أيضا لن يتصرف الترانزيستور بالمثالية المتوقعة و الأسوأ لن
يتصرف الاثنان بتطابق مما ينتج قليلا من الفارق عن المثالية وهذه النسبة
أيضا تسمى نسبة رفض التغذية Supply Rejection Ratio اختصارا لرفض تأثير
تغير جهد التغذية ، وهى أيضا من القيم الهامة للدوائر المتكاملة
هل ذكرنا الكسب فى الدوائر المتكاملة؟ عجبا ، ليس له هذه الأهمية حيث أن
أقلها كسبا له قيمة أعلى مما نحتاج وذلك ببساطة لتعدد المراحل داخل الوحدة
لزيادة جودة الأداء العام




ثورة أم لا ؟




المدير العام
عضو ممتاز
عضو ممتاز



.....
الباحث عن الحقيقة

.....


****************************


---------------------------------------


----------------------------------------
عدد الرسائل: 4201
العمر: 55
العمل: باحث وكاتب في العلوم ومقارنة الآديان
تاريخ التسجيل: 12/08/2008

http://science.creaforum.net

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

رد: شرح مكبر العمليات Op-Amp

مُساهمة من طرف المدير العام في الإثنين يونيو 21, 2010 9:08 am

شكرا على اهتمامك بالموضوع و على مناقشتك و ابداء الرأى
كلامك صحيح 100% عندما تكون قيمة صغيرة مثل 5 مثلا لكن فى حال الترانزستورات
العادية المستخدمة كمكبر حيث تكون بيتا = 100 أو أكثر فقد أعدت رسم الدائرة



و لنأخذ دائرة الدخول ألمبينه بالأحمر مع افتراض قيم و لتكن RE1 = 15 ك و
RB1 = 150ك مثلا والبطارية 15 فولت و سأفترض بيتا = 99 لسهولة الحساب
طبعا معروف أن تيار المجمع = 99 × تيار القاعدة و أن تيار الباعث = 100
تيار القاعدة

بتطبيق قانون كيرشوف أن مجموع الجهود فى دائر الدخول باللون الأحمر = صفر
نجد مع تسمية تيار القاعدة "ت"
ت × 150 ك + 0.6 فولت + 100 ×ت× 15 ك= 15فولت
1650 ك×ت = 15-0.6 = 14.4
ت = 14.4 ÷ 1650 ك = 0.00873 مللى أمبير
و بالتالى جهد القاعدة للترانزيستور = 0.00873 مللى أمبير × 150ك = 1.3+
فولت
هذا باعتبار أن القاعدة غير متصلة بمصدر إشارة
مصدر الإشارة هو مصدر جهد ثابت أى أن مقاومته الداخلية أقل ما يمكن أو تكاد
تساوى صفر
بتوصيل هذا المصدر سيمر تيار القاعدة خلاله جاعلا جهدها المستمر = صفر
بالنسبة للأرضى و يبدأ فى التغير مع تغير الإشارة
و نظرا لأن جهد القاعدة – باعث سيظل 0.6 فولت إذن سينتقل هذا الفرق الطفيف
لنقطة الباعث مسببا زيادة مناظرة فى تيار الباعث.
بافتراض أن المصدر الثانى على اليمين لا يعطى إشارة بعد سيكون جهد قاعدة
الترانزيستور 2 = صفر أيضا
عند تشغيل المصدر 1 على اليسار و نظرا لأن جهد القاعدة – باعث سيظل 0.6
فولت إذن سينتقل هذا الجهد بين القاعدة – أرض إلى باعث أرض أيضا وإلى باعث
الترانزيستور 2 – أرض أيضا حسب الدائرة الخضراء
ولكن جهد قاعدة الترانزيستور 2 = جهد الأرض بتأثير المصدر 2
إذن سيعمل هذا التغيير على تقليل التيار الآتى من الترانزيستور 2 ليبقى
محصلة التيار فى RE1 كما هى و إلا سيخرج الترانزيستور 2 من الدائرة – هذا
التغيير فى تيار باعثه سيكون مساويا للتغيير فى تيار مجمعة أيضا
من هنا نري أن أى زيادة فى تيار أحد الترانزستورات سيصحب بنقصان فى تيار
الترانزيستور الأخر والعكس بالعكس.




ثورة أم لا ؟




المدير العام
عضو ممتاز
عضو ممتاز



.....
الباحث عن الحقيقة

.....


****************************


---------------------------------------


----------------------------------------
عدد الرسائل: 4201
العمر: 55
العمل: باحث وكاتب في العلوم ومقارنة الآديان
تاريخ التسجيل: 12/08/2008

http://science.creaforum.net

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

رد: شرح مكبر العمليات Op-Amp

مُساهمة من طرف المدير العام في الإثنين يونيو 21, 2010 9:09 am

كيف تصنع الدوائر المتكاملة؟




منذ أيام الصمامات الإلكترونية و الجهود متواصلة للتصغير وتقليل الحجم
والوزن و محاولة استخدام جهد تشغيل أقل مما أدى لإنتاج صمامات فى قطر القلم
الرصاص وطبعا الهدف عمل أجهزة رادار محمولة جوا وباقى الأجهزة اللاسلكية
خاصة فى الحرب العالمية الثانية ، و لكن كان على وشك الولادة طفل صغير يعمل
بنظرية تحويل المقاومة أى Transfer Resistor و اختصر اسمه إلى
الترانزيستور – كان أصغر جدا ويعمل على جهود أقل
كان أنسب طبعا للعمل على ترددات أعلى و التسليح و توجيه الصواريخ و استخدام
الأجهزة المحمولة على الطائرات وفى الصواريخ
و كان من ضمن هذه الجهود ما كان يسمى الدوائر المتكاملة وهى تجميع
المقاومات والمكثفات اللازمة للتشغيل فى عبوة صغيرة مغمورة بالإيبوكسى
(مادة غير قابلة للفك أو الصهر أو الإذابة و مقاومة للحرارة أكثر من
الدوائر التى بداخلها) لتحسين الأداء و عدم توضيح أسرار الدوائر الخ وكانت
فعالة
كانت تشمل المقاومات والملفات و المكثفات الصغيرة لأن الكبيرة قليلا ما
تضاف حتى لا يكون الحجم ضخما.
مع دخول الترانزيستور وكانت من الجيرمانيوم دخلت الثنائيات أيضا و أمكن
تصغير حجم المكثفات لانخفاض الجهود المستخدمة و تحسن التكنولوجيا باكتشاف
البلاستيك و الراتنجات كمواد عازلة.
بالطبع عند استخدام السليكون والذى تخلص من عيوب الجيرمانيوم الأساسية فى
حساسيته المفرطة لتغير الحرارة و قله اعتماديته Reliability أصبح من الممكن
شموله فى الدوائر المتكاملة و هنا نرى التسمية من كون الدائرة الناتجة
متكاملة جاهزة للأداء.
ظهرت تلك المحتوية على ترانزستورات و سميت الطبقة السميكة Thick Film ثم
الطبقة الرقيقة Thin Film و الهجين Hybrid و الأخير مازال يستخدم فى وحدات
القدرة العالية مثل مكبرات القدرة

بعد ذلك أدت الأبحاث لإنتاج الترانزيستور السليكون بصورة أقل كلفة،
للتغيير الكلى فى شكل إنتاجه - فبعد أن كان بلورة رأسية من ثلاث طبقات تحول
لشريحة أفقية من ثلاث طبقات كثلاث علب داخل بعضها

طبعا الرسم يبالغ فى سمك القاعدة B للتوضيح و يجب أن تكون رقيقة جدا كما
ذكرنا فى مرات سابقة وإلا لن يعمل الترانزيستور
أدى هذا الأسلوب لطفرة كبيرة فى صناعة الترانزيستور فأمكن لأول مرة عمل قرص
من السليكون النقى الرقيق و استخدام أسلوب التصوير الضوئى – كما فى صناعة
البوردات - لتخليق مئات ثم آلاف من الوحدات على نفس الشريحة بعملية صناعية
واحدة تستخدم الغازات الساخنة "لتشريب" السليكون بالشوائب السالبة ثم
الموجبة ثم السالبة أو العكس ثم تقطيع الترانزستورات و تعبئة كل واحد سليم
فى صورته النهائية أما ما به عيب فى الصناعة يترك - حيث أمكن اختباره قبل
القص والتقطيع
لاحظ تتابع التشريب أى أن الخامة تنقلب من N Type إلى P Type و العكس حسب
نسبة الشوائب الغالبة (ليس بالضرورة أن تكون الشوائب N Type أو P Type و
لكن تعادل الشوائب بعضها و الفائض يحدد نوع الخامة) وهو – لو تذكر – أساس
بعض أنواع الدايودات
ثم نشأت الفكرة لماذا نقطع الترانزستورات – بل نتركها و نجمع عليها باقى
الدوائر – حسنا لا بأس ولكن هذا الحل مكلف
إذن لماذا لا نستخدم خامة السليكون ذاتها لتكوين المقاومات المطلوبة – حل
لا بأس به ولكن السليكون النقى المستخدم أغلى بكثير من الكربون الذى تصنع
منه المقاومات و الأهم من ذلك أن السليكون بعد تصنيعه بهذه الطريقة يكون
مكلفا جدا و كلما أنتج عددا أكبر من المنتج النهائى على نفس الشريحة، قل
سعره للمستهلك و الأخطر من ذلك أن السليكون لا تستطيع أن تنتج منه مقاومات
ذات قيم دقيقة مما يجعل الدوائر قليلة الإعتماديه Reliability
الحل ؟
ما هى المشكلة لنقترح الحل!
المشكلة أن تحديد نسبة الشوائب التى تغير السليكون من خام إلى "س أو م P
Type or N Type" ماكانت يوما ما دقيقة و قيمة التوصيل (تحوله إلى مادة أكثر
توصيلا) لا يمكن التوقع بنتائجها بدقة فالترانزيستور يعتمد على الخلاف بين
الشوائب و النسب بينها - أكثر بكثير من القيمة المطلقة لأى منها ، على عكس
قيمة المقاومة الأومية تعتمد أساسا على القيمة المطلقة لهذه الشوائب! فضلا
عن أن التكرارية لن تحقق القيم ذاتها – هناك دوما تفاوت!! والأسوأ ، تغير
درجة الحرارة له علاقة كبيرة مع قيمة المقاومة!!!
حسنا – الأمور ليست بهذا السوء
لو أعدنا النظر لدوائر الترانزيستور سنجد شيئا هاما جدا – لا يهم قيمة
المقاومات التى تحدد جهد القاعدة مثلا، طالما الجهد عليها ثابتا فلو
استخدمنا مجزئ جهد 10ك إلى 100ك لن يؤثر على الأداء كونه 12ك إلى 120ك أو
14ك إلى 140ك المهم أن تظل النسبة واحد إلى عشرة وأيضا لا تتغير إلى النصف
أو الضعف
كما أن الكسب نسبة بين مقاومة المجمع إلى مقاومة الباعث
وهذا هو الحل - فقيمة المقاومة المصنعة من نفس خامة قرص السليكون تعتمد على
شكلها لأن العمق ثابت ورقيق جدا ، أى لو ثبتنا العرض يكون الطول دالة فى
القيمة – كلما زاد الطول زادت المقاومة بنفس النسبة و على أى الأحوال
القيمة تحولت إلى مساحة وهى يمكن تصنيعها بدقة عالية – وبذلك أصبح من
الممكن أن نصنع مقاومتان نسبتهما إلى بعضهما دقيقة إلى 1% لكن قيمة كل منها
قد تتغير 20% أو أكثر قليلا
أول مشكله قد حلت والآن ماذا عن التكلفة؟
حقا إنها عائق لا بأس به فالمقاومة التى تصل 100ك يمكن عمل بذات السليكون
المستخدم فيها الكثير من الترانزستورات – ما الحل؟
الحلقة قبل الماضية تحدثنا عن الترانزيستور كمصدر تيار ثابت و كيف باستخدام
مقاومة أصغر مع ثنائى يمكننا الحصول على مقاومة كبيرة و فعلا تكلفة هذه
الدائرة أقل بكثير من إهدار كمية السليكون للحصول على المقاومة المكافئة –
وجب هنا أن نغير نمط النظر للكلفة، فكلفة عمل ترانزيستور واحد هى كلفة عمل
عشرة آلاف هى كلفة تصنيع هذا القرص الواحد من السليكون بكاملة حيث يخضع كله
لذات العمليات مرة واحدة.
فإن استفدنا من السليكون كمساحة لتصنيع دوائر أكثر أصبح العائد أكبر فالثمن
هنا للسيليكون وليس ما تشكل عليه و لو استطعت أن تكسر دائرة متكاملة لفحص
ما بداخلها مثل 741 ستجد مساحة السليكون بالكاد ملليمتر مربع واحد وللقطعة
747 المحتوية أربع دوائر تجدها أكبر قليلا (ليس 4 مرات) وثمنها مقارب
للأولى والسبب أن استهلاك السليكون لتخليق أطراف توصيل يكاد يكون أكبر من
المكبر ذاته فى القطع الصغيرة مثل المكبرات.


المكثفات ؟ هى حقا مشكله سنتحدث عنها المرة القادمة إنشاء الله أما الملفات
Coils فمما سبق نرى أنها مشكلة لا حل لها و علينا أن ندور حولها ونتجنبها ،
أو نوصلها من الخارج.




ثورة أم لا ؟




المدير العام
عضو ممتاز
عضو ممتاز



.....
الباحث عن الحقيقة

.....


****************************


---------------------------------------


----------------------------------------
عدد الرسائل: 4201
العمر: 55
العمل: باحث وكاتب في العلوم ومقارنة الآديان
تاريخ التسجيل: 12/08/2008

http://science.creaforum.net

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

رد: شرح مكبر العمليات Op-Amp

مُساهمة من طرف المدير العام في الإثنين يونيو 21, 2010 9:09 am

[b]المكثفات:

كما نعلم أن المكثف ببساطة عبارة عن لوحين موصلين بينهما عازل ، و تكون
قيمته متناسبة مع مساحة الألواح و مقسومة على مربع المسافة أى أن المسافة
لو نقصت للنصف زادت السعة لأربع أمثال.
إذن كيف نستطيع أن نركب هذا المكثف ، نعلم أن لدينا السليكون كأحد الألواح –
كيف سنضع العازل و اللوح الثانى ؟
الحل بسيط وهو كما نصنع الوصلات العادية
إذن كيف نصنع الوصلات العادية – كيف نقوم بتوصيل الترانزستورات والمقاومات
العديدة الموجودة لنكون الدائرة الإلكترونية التى نريد ؟
يجب أن نغطى المجموعة بمادة عازلة نضع فوقها الوصلات – لكى نخرج من حفرة
نقع فى بئر
كيف نضع طبقة عازلة بالقوة الكافية لوضع مادة موصلة و ما هى المادة الموصلة
و كيف نوصلها مع ترانزستورات بمساحات مجهريه لا ترى بالعين ولا بمجهر بسيط
؟
إذن يجب وضع الموصل كما نشكل الترانزستورات ، لذا سيكون بخار الألمونيوم هو
الحل لكي يكثف مكونا رقيقة من الألمونيوم تغطى السليكون ثم بنفس عملية
التصوير والنحت نبقى ما نريد و نزيل ما يزيد.
حسنا حلت مشكلة و أغلقت الأبواب أمام الأخرى – أى مادة عازلة تلك التى
تتحمل بخار الألمونيوم ولو لفترة وجيزة جدا تكفى لهذه العملية ؟
لا أفضل من أكسيد السليكون ( ثانى أكسيد السليكون) والذى نجده بكثرة على
الشواطئ – الرمل تقريبا لا يؤثر فيه شيء - هل تذكر ترانزستورات MOSFET
بمجرد تمرير أكسجين نشط ساخن على سطح الشريحة – تتغطى الأجزاء المكشوفة
بطبقة رقيقة من أكسيد السليكون تتيح باقى العمليات المذكورة .

بنفس هذه الطريقة نستطيع عمل مكثف بتشكيل عازل من أكسيد السليكون و نطلى
فوقه طبقة من الألمونيوم وهو أفضل من الثنائى المعكوس و الذى يعمل أيضا
كمكثف لأنه لا قطبية له فيتيح التعامل مع الجهود المترددة فضلا على أن
قيمته لا تتأثر بتغير الجهد الواقع عليه كما فى حال الدايود ( الثنائى) ،
المشكلة فى المساحة المطلوبة للحصول على قيم معلومة لذا تكون قاصرة على قيم
حتى 50 بيكو فاراد ولا تستخدم إلا للضرورة.


الملفات :
تعتمد أساسا على عدة لفات وقلب من الفرايت وهذا ما لم يتيسر حتى الآن إلا
مكونات مستقلة ، و لذلك تستبدل دوائره بأخر تؤدى نفس الوظائف لذلك فقط
القطع المسماة Hybrid أى الهجين تحتوى على ملفات و تكون قطع منفصلة مجمعة
على الشريحة.
هذا كتاب يشرح بالتفصيل كيفية تصنيع هذه القطع لمن يهتم، التفصيل و هنا
نكتفى بالإمكانيات و ما يمكننا عمله ولا يمكننا عمله
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]




ثورة أم لا ؟




المدير العام
عضو ممتاز
عضو ممتاز



.....
الباحث عن الحقيقة

.....


****************************


---------------------------------------


----------------------------------------
عدد الرسائل: 4201
العمر: 55
العمل: باحث وكاتب في العلوم ومقارنة الآديان
تاريخ التسجيل: 12/08/2008

http://science.creaforum.net

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

رد: شرح مكبر العمليات Op-Amp

مُساهمة من طرف خالد طالب العلم في الثلاثاء سبتمبر 21, 2010 10:49 pm

زادك الله فهما
وجعل عملك في ميزان حسناتك
I love you

خالد طالب العلم

عدد الرسائل: 8
العمر: 27
العمل: طالب
تاريخ التسجيل: 17/09/2010

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

رد: شرح مكبر العمليات Op-Amp

مُساهمة من طرف على وفدى بشر في الأحد أكتوبر 23, 2011 12:07 pm

زادك الله فهما
وجعل عملك في ميزان حسناتك .

على وفدى بشر

لايوجد

عدد الرسائل: 17
العمر: 27
العمل: فنى معمل
تاريخ التسجيل: 06/10/2011

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي الرجوع الى أعلى الصفحة


صلاحيات هذا المنتدى:
لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى