يوجد مضخم مؤقت بين مصدر الإشارة والحمل لمنع سقوط الإشارة أو تغيير شكلها. فهي تحمي الإشارة بدلا من رفع الجهد. يستخدم مقاومة إدخال عالية لسحب تيار قليل وممانعة خرج منخفضة لتشغيل المرحلة التالية بانخفاض جهد أقل. تقدم هذه المقالة معلومات عن أنواع المخازن، الدوائر، وحالات الاستخدام.
نظرة عامة على مضخم المخزن المؤقت
مضخم المخزن هو مرحلة توضع بين مصدر الإشارة وحمل لمنع تغير أو ضعف الإشارة. الغرض الأساسي منه ليس زيادة الجهد، بل تمرير الإشارة من مرحلة إلى أخرى مع الحفاظ على مستواها وشكلها ثابتين. يفعل ذلك من خلال وجود مقاومة إدخال عالية، بحيث يسحب تيارا قليلا من المصدر، وممانعة خرج منخفضة بحيث يمكنه دفع الحمل دون انخفاض جهد كبير. يساعد هذا المزيج في الحفاظ على نقل الإشارة مستقر ومتوقع، حتى عندما تتغير درجة الحرارة أو التردد أو الحمل.
مضخمات المخزن المؤقت بين الجهد والتيار
| نوع المخزن المؤقت | ما الذي يحافظ عليه | مقاومة الإدخال |
|---|---|---|
| مخزن الجهد | الجهد (الإخراج يتبع الإدخال) | مرتفع جدا |
| المخزن الحالي | التيار (الإخراج يتبع الإدخال) | منخفض (حسب التصميم) |
مضخمات مخزن الجهد
متابع جهد مضخم العمليات (مخزن جهد كسب الوحدة)
متابع جهد مضخم العمليات هو طريقة لبناء مضخم مخزن مؤقت. في هذه الدائرة، يتم توصيل مخرج مضخم التشغيل مباشرة بالمدخل العاكس، ويتم تطبيق الإشارة على المدخل غير المعكس. هذا التغذية الراجعة تجبر جهد الخرج على اتباع جهد الإدخال. الدائرة لا تزيد مستوى الإشارة، لكنها تفصل المصدر عن الحمل، مما يساعد في الحفاظ على شكل وحجم الإشارة ثابتة أثناء انتقالها من مرحلة إلى أخرى. الخصائص الرئيسية:
• Vout ≈ Vin (كسب الجهد قريب من 1)
• مقاومة إدخال عالية جدا
• مقاومة خرج منخفضة جدا
• يساعد في الحفاظ على مستوى الإشارة عند قيادة أحمال مختلفة
دوائر مخزن جهد الترانزستور
تابع باعث BJT
• يعمل كمخزن جهد مع كسب قريب من 1
• يوفر تيارا عاليا لقيادة الأحمال الأثقل
• جهد الخرج تقريبا هو جهد الإدخال ناقص VBE
• يستخدم دائرة بسيطة مع عدد قليل من الأجزاء الخارجية
متابع مصدر MOSFET
• يعمل كمخزن جهد مع كسب قريب من 1
• يمتلك مقاومة إدخال عالية جدا، لذا يسحب تيار إدخال منخفض
• يضع حملا ضئيلا على المرحلة السابقة
• يتبع الإخراج الإدخال ناقص VGS، والذي يعتمد على MOSFET ونقطة التشغيل
مخزن دارلينغتون
• يجمع بين BJT لتشكيل مخزن جهد أقوى
• يوفر كسب تيار فعال عالي جدا
• يمكنه تزويد الحمل بتيار أكبر من مرحلة ترانزستور واحدة
• لديه انخفاض جهد أعلى، حوالي ضعف VBE، واستجابة أبطأ قليلا من مرحلة BJT واحدة
مراحل مخزن التخزين المنطقي CMOS في الأنظمة الرقمية
في الدوائر الرقمية، تعمل مراحل مخزن CMOS كمضخمات تخزين مؤقت بسيطة للإشارات المنطقية. تستقبل الإشارة الرقمية 0 أو 1 وتقدم نسخة أقوى من نفس الإشارة
عند المخرج. يساعد ذلك في الحفاظ على وضوح مستويات المنطق، ويقلل من تأثير التحميل من العديد من المدخلات، ويدعم الإشارات التي تحتاج إلى الانتقال عبر مسارات أطول على اللوحة أو بين أجزاء النظام. تستخدم هذه المخازن لاستعادة مستويات المنطق النظيفة، وزيادة قوة القيادة، وتحسين أوقات ارتفاع وانخفاض الإشارة، وتقليل التحميل على المراحل منخفضة الطاقة، ودعم الإشارات التي تمر عبر مسارات أو كابلات طويلة من لوحات الدوائر المطبوعة.
دوائر مخزن التيار ومرايا التيار
مخازن تيار الترانزستور المنفصلة
• يبنى من ترانزستور واحد أو أكثر مع مقاومات لضبط وتثبيت التيار
• توفير تيار خرج شبه ثابت على مدى ظروف الحمل
• يستخدم غالبا للتحكم البسيط في تيار الحمل ومسارات الانحياز في الدوائر التناظرية
• تعتمد الدقة والثبات على اختيار الجهاز، ونطاق الإمداد، وسلوك درجة الحرارة
مرايا التيار كمخازن تيار
| ميزة | الفائدة | الاستخدامات |
|---|---|---|
| النسخ الحالي الدقيق | يحافظ على تيار الخرج قريبا من مرجع معين | دوائر التحيز لمراحل المضخم |
| نقطة التشغيل المستقرة | يحافظ على التيارات ثابتة فوق الإمداد وتغيرات درجة الحرارة | مراحل التفاضل والكسب |
| تعديل التيار السهل | لنأخذ مجموعة مرجعية واحدة عدة تيارات ذات صلة | دوائر تناظرية متعددة الفروع على شريحة واحدة |
مضخمات مخزن الطاقة لقيادة الأحمال الثقيلة
تستخدم مضخمات مخزن الطاقة لتشغيل الأحمال التي تتطلب تيارا عاليا أو ذات مقاومة منخفضة، مع الحفاظ على إشارة الإدخال تقريبا دون تغيير. غالبا ما تبنى بمراحل إخراج يمكنها دفع وسحب تيار أكثر من مرحلة الإشارة العارية. تم تصميم مخزن الطاقة لتوفير تيار خرج قوي، وإدارة الحرارة بأمان، والبقاء مستقرا حتى عندما يشمل الحمل ملفات أو مكثفات. هذا يسمح لمصدر الإشارة الأصلي بالبقاء محميا بينما يحصل الحمل على الطاقة التي يحتاجها.
مضخمات المخزن المؤقت عالية السرعة للإشارات السريعة ووحدات ADC
| المعلمة | لماذا يهم ذلك |
|---|---|
| النطاق الترددي | يحافظ على دقة مستوى الإشارة عند الترددات العالية |
| معدل السلو | دع المخرج يتبع تغيرات الجهد السريعة دون خطأ ملحوظ |
| الاستقرار | |
| الزمن | يساعد على الوصول إلى القيمة النهائية بسرعة قبل قياسه |
| سعوية | |
| الاستقرار | يمنع التذبذبات غير المرغوب فيها عند قيادة الدوائر ذات السعة |
مضخمات المخزن التفاضلي للإشارات الحساسة للضوضاء
يعمل مضخم المخزن التفاضلي بإشارتين إدخال بقطبية متعاكسة. يركز على الفرق بين الإشارتين ويتجاهل الضوضاء الموجودة على كلا الخطين. يساعد ذلك في الحفاظ على نظافة الإشارة عندما تمر عبر أجزاء من الدائرة التي قد تلتقط التداخل أو عندما تحتاج إلى قطع مسافة معينة.
المزايا
• يستجيب للفرق بين إشارتين مدخلتين
• يقلل من تأثير الضوضاء التي تظهر على كلا المدخلين
• يساعد في الحفاظ على استقرار مستويات الإشارة في البيئات المزعجة
• يدعم نقل الإشارة بدقة قبل المعالجة الإضافية
اختيار مضخم المخزن المؤقت المناسب
• استخدم متابع جهد عندما تريد الحفاظ على نفس مستوى الجهد وفصل المصدر عن الحمل.
• استخدم مخزن مؤقت أو مرآة تيار عند الحاجة للحفاظ على تيار محدد أو نسخ تيار مرجعي إلى فرع آخر.
• استخدم مضخم مخزن الطاقة عندما يكون الحمل منخفضا أو يحتاج إلى تيار كبير، ويجب على المرحلة تحمل الحرارة الزائدة بأمان.
• استخدام مخزن مؤقت عالي السرعة عندما تعمل الدائرة مع ترددات عالية أو حواف إشارة سريعة حتى يتمكن المخرج من متابعة المدخل بسرعة ونظافة.
• استخدم مضخم مخزن تفاضلي عندما تنتقل الإشارات عبر مناطق مزعجة أو كابلات طويلة، لتقليل الضوضاء التي تظهر على كلا الخطين.
الخاتمة
تحافظ مضخمات المخزن المؤقت على سلامة الإشارة عن طريق عزل مصدر عن الحمل. حافظت مخازن الجهد (متابعات المضخم التشغيلي، متابعات باعث BJT، متابعات مصدر MOSFET، مراحل دارلينغتون، ومخازن منطقية CMOS) على جهد ثابت مع تحسين المحرك. مخازن التيار ومرايا التيار تحافظ على التحكم في التيار وقابلية التكرار. تعمل مخازن الطاقة على تشغيل أحمال منخفضة المقاومة مع تيار أعلى. تركز المخازن عالية السرعة على عرض النطاق الترددي، معدل الدوران، الترسب، والاستقرار السعوي. المخازن التفاضلية تقلل من الضوضاء المشتركة.
الأسئلة الشائعة [الأسئلة الشائعة]
Q1. ما هو تيار انحياز الإدخال في مضخم المخزن المؤقت؟
تيار انحياز الإدخال هو تيار مستمر صغير يتدفق إلى مدخل المخزن. يمكن أن يخلق خطأ في الجهد عندما يكون مصدر الإشارة عالي المقاومة.
Q2. هل مضخم الصوت المؤقت يضيف ضوضاء؟
نعم. المخزن المؤقت يضيف بعض الضوضاء من أجهزته الداخلية ومقاوماته. وهذا قد يكون أكثر أهمية مع الإشارات الصغيرة.
Q3. ماذا يحدث إذا احتاج الحمل إلى تيار أكثر مما يمكن للمخزن المؤقت توفيره؟
يمكن أن يترنح المخرج أو يقص أو يتشوه. قد يسخن المخزن أيضا أو يفعل حماية من حد التيار.
Q4. هل يمكن لمضخم المخزن التمويهي أن يتذبذب أو يرن؟
نعم. يمكن أن تسبب الأحمال السعوية الكبيرة رنين أو اهتزاز إذا لم يكن المخزن المؤقت مستقرا مع السعة.
Q5. ماذا يعني مستقر كسب الوحدة لمخزن مضخم العمليات (op-amp)؟
هذا يعني أن مضخم العمليات يبقى مستقرا عند استخدامه كمتابع جهد (الكسب = 1). يمكن لمضخم عمليات غير مستقر لكسب الوحدة أن يتذبذب في هذا الإعداد.
س6. كيف يؤثر مصدر الطاقة المزعج على مضخم المخزن المؤقت؟
يمكن أن يظهر تموج أو ضوضاء في المخرج، مما يقلل من جودة الإشارة. الفصل السيء يمكن أن يزيد من استقرار الجهاز.
