اعراض تلف حساس الهواء في السيارة..أشهر 7 علامات

ما هو المضخم Amplifier؟

ما هو المضخم Amplifier؟

هو دارة إلكترونية تعمل على تضخيم إشارات الدخل، فتنتج في مخرج المضخم إشارة مضخمة شبيهة بالإشارة الداخلة من حيث الشكل والتردد، ولكن بأضعاف قيمتها من حيث الفولتية، أو التيار، أو القدرة؛ إذ تدخل إشارة كهربائية تحوي المعلومات أو البيانات المراد تضخيمها تسمى إشارة الدخل، ويمكن الحصول عليها مضخمة القيمة في خرج تلك الدارة، من دون المساس بقيمة التردد لتلك الإشارة. يعد الترانزستور العنصر الأساسي في دارة المضخم، وفي وقتنا الحاضر أصبحت الدارات المتكاملة هي التي تستخدم في عمليات التضخيم، ومن الأمثلة عليها مضخمات العمليات.
ومن الأمثلة العملية على المضخمات دارات تضخيم الإشارات الصوتية. توجد مضخمات للفولتية المباشرة ومضخمات للفولتية المتناوبة. ومن أهم خصائص المضخم الخطية التي يعمل بها الترانزستور في المنطقة النشطة؛ أي أن يكون مقدار الإشارة الخارجة متناسبا مع مقدار الإشارة الداخلة تناسبا طرديا.

مبدأ عمل المضخم

مبدأ عمل المضخم

في معظم أنواع مضخمات الإشارة الصوتية تستخدم مرحلة وسطية بين دارة الدخل ودارة الخرج، في ما يعرف بمرحلة ما قبل التضخيم(pre-amplifier). وفيها تضخم الإشارة الصوتية الصغيرة لتصبح مناسبة لدارة الخرج، تستخدم أكثر من مرحلة للتضخيم بهدف التضخيم التدريجي للإشارة الصوتية الكهربائية قبل وصولها إلى السماعة.

أنواع المضخمات Types of Amplifiers

توجد أنواع عديدة للضخمات تبعا لتصنيفات معينة مثل:

1. تصنيف المضخمات تبعا للنطاق الترددي.
2. تصنيف المضخمات تبعا لمستوى الإشارة المضخمة.
3. تصنيف المضخمات تبعا لموقع نقطة تشغيل الترانزستور.

تصنيف المضخمات تبعا للنطاق الترددي

نجد أن لدينا ثلاثة أنواع هي:

1. مضخمات الترددات السمعية.
2. مضخمات الترددات العالية.
3. مضخمات ذوات نطاق ترددي عريض.

مضخمات الترددات السمعية (المنخفضة) Audio Frequency Amplifiers:AF

تعمل هذه المضخمات على تضخيم الإشارات التي يقع ترددها في نطاق التردد السمعي الذييبدأ بـ (10) هيرتز، وينتهي بـ (20) كيلو هيرتز.

مضخمات الترددات العالية (الترددات الراديوية) Radio Frequency Amplifiers:RF

تعمل هذه المضخمات على تضخيم الإشارات التي يكون ترددها أكثر من (30) كيلو هيرتز، وتشمل الترددات البينية (Intermediate Frequency Amplifiers:IF) وتكون هذه المضخمات غالبا منغمة (مولفة) عند ترددات محددة.

مضخمات ذوات نطاق ترددي عريض (مكبرات مرئية) Video Amplifiers:VF

تعمل هذه المضخمات على تضخيم الإشارات ذوات النطاق الترددي الواسع، بدءا بالترددات السمعية، وانتهاء بقيمة عالية من الترددات، مثل مضخمات الإشارة المرئية.

تصنيف المضخمات تبعا لمستوى الإشارة المضخمة

تصنيف المضخمات تبعا لمستوى الإشارة المضخمة

تصنف المضخمات بحسب نوع القيمة المضخمة إلى ثلاثة أنواع هي:

1. المضخم الأولي.
2. المضخم الحافز.
3. مضخم القدرة.

المضخم الأولي Pre Amplifier

يعد أول مرحلة من مراحل المضخم، وفيه تضخم الفولتية أو تيار الإشارات الضعيفة تبعا لطريقة توصيل الترانزستورات بدارة المضخم.

المضخم الحافز Driver

في هذا النوع من المضخمات تضخم الفولتية أو تيار الإشارة، تبعا لطريقة توصيل الترانزستورات بدارة المضخم.

مضخم القدرة Power Amplifier

يعد المرحلة النهائية من مراحل المضخم التي تغذى من خرج مرحلة المضخم الحافز. يربط خرج هذه المرحلة بالحمل الذي يكون غالبا السماعة إذا كان المضخم مضخما للترددات الصوتية، ويعمل هذا المضخم على زيادة قدرة الإشارة.

تصنيف المضخمات تبعا لموقع نقطة تشغيل الترانزستور

سميت هذه التصنيفات بالأحرف الأبجدية الإنجليزية الآتية: (A,B,AB,C) والاختلاف الرئيس بين هذه الأنواع هو في طريقة اختيار موقع نقطة تشغيل الترانزستور المستخدم في دارة المضخم.
قبل البدء بتصنيف المضخمات تبعا لموقع نقطة تشغيل الترانزستور، لا بد من التذكير بمناطق عمل المضخم؛ إذ يعمل المضخم في ثلاث مناطق هي:
منطقة القطع Cut-off: المنطقة التي يكون فيها المضخم في حالة عدم تشغيل؛ أي قبل وصول فولتية التشغيل إلى (0.7) فولت.
المنطقة الفعالة Active region: المنطقة التي تكون فيها العلاقة خطية بين إشارة الدخل وإشارة الخرج.
منطقة التشبع Saturation: المنطقة التي يظل فيها خرج المضخم ثابتا بصرف النظر عن زيادة دخله.

تصنف المضخمات تبعا لموقع نقطة تشغيل الترانزستور إلى الأصناف الآتية:

1. مضخم الصنف (أ) Class A Amplifier
2. مضخم الصنف (ب) Class B Amplifier
3. مضخم الصنف (أب) Class AB Amplifier
4. مضخم الصنف (ج) Class C Amplifier
5. مضخم الصنف (د) Class D Amplifier
   
6. أصناف أخرى من المضخمات
   

مضخم الصنف (أ) Class A Amplifier

مضخم الصنف (أ) Class A Amplifier

من الشكل السابق يضح لنا خصائص مضخم الصنف (أ) Class A Amplifier وهي:

• اختيار نقطة عمل الترانزستور OperatingPoint في منتصف منحنيات خصائص الخرج وخط الحمل Load Lineعند النقطة (Q).
• تضخيم الإشارة من غير تشويه (Distortion) بسبب الخصائص الخطية للترانزستور(Linearity) في هذه المنطقة.
• السماح بمرور تيار الخرج خلال دورة كاملة 360 درجة لإشارة الدخل من دون قطع أي جزء من الإشارة في الخرج.
• الفولتية بين المجمع والباعث VCE تساوي نصف فولتية مصدر التغذية VCC.
• الاستهلاك الدائم للتيار.
• انخفاض الكفاءة لأن المضخم يستهلك تيارا حتى في حال عدم وجود إشارة على مدخل المضخم.
• أي إن دارة الترانزستور فيه تعمل دائما؛ ما يعني استنزافه طاقة كبيرة من مصدر الفولتية المباشرة للحصول على طاقة منخفضة في مخرجه وبهذا فهو يعطي حرارة أعلى؛ لذا يلزم وجود مبردات حرارة كبيرة للترانزستورات المستخدمة للتضخيم.
• لأن كفاءة (Efficiency) هذا المضخم (تتراوح بين (%30-25)؛ فلا ينصح باستخدامه لتضخيم الإشارات ذوات القدرات العالية، وإنما يستخدم أساسا مضخم إشارة صغيرة في أجهزة الراديو، أما دارة التغذية الخاصة به فيجب أن تصمم على نحو جيد؛ لمنع التشويش في المخرج، علما بأن هذا المضخم يستخدم توصيلة الباعث المشترك.

مضخم الصنف (ب) Class B Amplifier

مضخم الصنف (ب) Class B Amplifier

من الشكل السابق يضح لنا خصائص مضخم الصنف (ب) Class B Amplifier وهي:

• اختيار نقطة عمل الترانزستور بحيث تكون عند نقطة القطع Cut off، النقطة (Q) في منحنيات خصائص الخرج وخط الحمل.
• السماح بمرور تيار الخرج خلال نصف دورة 180 درجة لإشارة الدخل.
• تيار القاعدة وتيار المجمع يساويان صفا تقريبا، والفولتية VCC تساوي الفولتية VCE تقريبا.
• استهلاكه التيار فقط عند وجود إشارة على مدخل المضخم.
• الكفاءة جيدة جدا؛ لأن المضخم لا يستهلك ي تيار في حالة عدم وجود إشارة على مدخل المضخم؛ إذ تتراوح بين (%75-78.5) تقريبا.
• تضخيم الإشارة بتشويه Distortion كبير.
• في هذا النوع من المضخمات يضخم الجزء الموجب من الإشارة في دارة تضخيم ترانزستور، والجزء السالب من الإشارة في دارة ترانزستور آخر، وتجمع الإشارتان في المخرج، وتسمى الدارة المستخدمة دارة تضخيم (دفع - جذب) (push-pull).
• تستخدم هذه الدارة في المضخمات الحديثة؛ لأن القدرة الناتجة من الترانزستورين الموصولين في دارة الدفع والجذب تكون أكثر من القدرة الناتجة من ترانزستور واحد.
• تتكون دارة الجذب والدفع من الترانزستور (pnp) والترانزستور (npn) اللذين يوصلان على التوازي بتوصيلة الباعث التابع وقد تتكون دارة الجذب والدفع من ترانزستورين (pmp)، و (npn)، ومحولات ربط (محول ربط، ومحول إخراج).
• يستخدم هذا النوع من المضخمات في مضخمات القدرة.

مضخم الصنف (أب) Class AB Amplifier

مضخم الصنف (أب) Class AB Amplifier

من الشكل السابق يضح لنا خصائص مضخم الصنف (أب) Class AB Amplifier وهي:

• اختيار نقطة عمل الترانزستور بحيث تكون أعلى قليلا من نقطة القطع Cut off عند النقطة (Q) في منحنيات خصائص الخرج.
• السماح بمرور تيار الخرج خلال أكثر من نصف دورة أكبر من 180 درجة لإشارة الدخل.
• استهلاك تيار عند وجود إشارة على مدخل المضخم، واستهلاك تيار صغير لانحياز الترانزستور.
• الكفاءة جيدة جدا؛ لأن المضخم لا يستهلك أي تيار عند عدم وجود إشارة على مدخل المضخم تتراوح بين(%60-50).
• تيار القاعدة وتيار المجمع أكبر قليلا من الصفر.
• تضخيم الإشارة بتشويه Distortion كبير جدا.
• لمعالجة التشويه في الإشارة المضخمة؛ يجب التحكم في انحياز المضخم، بإضافة ثنائيات أو مجزئات فولتية للتحكم في انحياز الترانزستورات المستخدمة في المضخم.
• يستخدم هذا المضخم في مضخمات القدرة بنظام الجذب والدفع.

مضخم الصنف (ج) Class C Amplifier

مضخم الصنف (ج) Class C Amplifier

خصائص هذا المضخم الصنف (ج) Class C Amplifier هي:

• اختيار نقطة التشغيل للترانزستور بحيث تكون أسفل نقطة القطع Cut off (خارج منطقة القطع) عند النقطة (Q) في منحنيات خصائص الخرج.
• السماح بمرور تيار الخرج خلال أقل من نصف دورة (150 درجة-120 درجة) لإشارة الدخل.
• الكفاءة جيدة جدا؛ لأن المضخم لا يستهلك أي تيار عند عدم وجود إشارة على مدخل المضخم تتراوح بين (%90-80).
• استهلاك تيار عند وجود إشارة على مدخل المضخم.
• تضخيم الإشارة بتشويه Distortion كبير جذا.
• يمتاز هذا النوع من المضخمات بأنه أكثر فعالية من الأنواع الأخرى، غير أنه يفضي إلى تشويه كبير في الإشارات الصوتية؛ لذا فهو لا يستخدم في تضخيم الإشارة الصوتية ولحل مشكلة التشويه، يوضع على مخرج هذا المضخم دارات رنين بدل مقاومة الحمل؛ إذ تعمل دارة الرنين على انتقاء تردد إشارة الدخل، فتكون على الإشارة الأصلية نفسها كاملة.
• يستخدم هذا النوع بصورة رئيسة في المراحل النهائية من أجهزة الإرسال الراديوية بوصفه مضخم قدرة.

مضخم الصنف (د) Class D Amplifier

مضخم الصنف (د) Class D Amplifier

 هو من مضخمات الصوت وفيه تستخدم ترانزستورات(MOSFETS) لمعالجة تضخيم القدرة؛ إذ تعمل بوصفها مفاتيح ثنائية مثالية. تعد مضخمات القدرة من الصنف (D) موفرة جدا للطاقة مقارنة بمثيلاتها من الصنف (A) والصنف (B) والصنف (AB).
تبلغ الكفاءة النظرية لمضخم الصوت من هذا الصنف 100%، ويتكون مضخم القدرة النموذجي فيه من مولد على شكل موجة سن المنشار، ومقارن (OPAMP)، ودارة تبديل، ومرشح تمرير منخفض.

أصناف أخرى من المضخمات

خلافا لمضخمات الصوت التقليدية يوجد عدد قليل من الأصناف هي:

• مضخم الصنف (E): مضخم طاقة عالي الكفاءة، ومخصص للترددات الراديوية.
• مضخم الصنف (P): مضخم عالي المقاومة.
• مضخم الصنف (G): مضخم يستخدم لتقليل استهلاك الطاقة، وتحسين أداء الكفاءة.
• مضخم الصنف (H): الإصدار المحسن للمضخم من الصنف (G).

المصادر
كتاب الاتصالات والالكترونيات المنهج الأردني