مضخم العازل

في الإلكترونيات ، مكبر التخزين المؤقت هو مكبر مكسب وحدوي ينسخ إشارة من دائرة إلى أخرى أثناء تحويل معاوقتها الكهربائية لتوفير مصدر أكثر مثالية (مع معاوقة خرج أقل لمخزن الجهد أو معاوقة خرج أعلى لمخزن التيار ). هذا "يخزن" مصدر الإشارة في الدائرة الأولى ضد التأثر بالتيارات من الحمل الكهربائي للدائرة الثانية ويمكن ببساطة تسميته بمخزن مؤقت أو تابع عندما يكون السياق واضحًا.

يستخدم مكبر عازل الجهد لتحويل إشارة جهد ذات معاوقة خرج عالية من دائرة أولى إلى جهد مماثل بمعاوقة منخفضة لدائرة ثانية. يمنع مكبر العازل المتداخل الدائرة الثانية من تحميل الدائرة الأولى بشكل غير مقبول والتداخل مع عملها المطلوب، لأنه بدون عازل الجهد، يتأثر جهد الدائرة الثانية بمعاوقة خرج الدائرة الأولى (لأنها أكبر من معاوقة دخل الدائرة الثانية). في عازل الجهد المثالي (الشكل 1 بالأعلى)، تكون معاوقة الدخل غير محدودة ومعاوقة الخرج تساوي صفرًا. الخصائص الأخرى للعازل المثالي هي: الخطية المثالية، بغض النظر عن سعات الإشارة؛ واستجابة الخرج الفورية، بغض النظر عن سرعة إشارة الدخل.

إذا تم نقل الجهد دون تغيير ( مكسب الجهد A _v هو 1)، فإن مكبر الصوت هو عازل لكسب الوحدة ؛ يُعرف أيضًا باسم متتبع الجهد لأن جهد الخرج يتبع أو يتتبع جهد الدخل. على الرغم من أن كسب الجهد لمكبر عازل للجهد قد يكون (تقريبًا) واحدًا، إلا أنه يوفر عادةً كسب تيار كبير وبالتالي كسب طاقة. ومع ذلك، من الشائع القول إنه يتمتع بكسب 1 (أو ما يعادله 0  ديسيبل )، في إشارة إلى كسب الجهد.

على سبيل المثال، ضع في اعتبارك مصدر ثيفينين (الجهد V _A ، المقاومة المتسلسلة R _A ) الذي يحرك حمل المقاومة R _L. وبسبب تقسيم الجهد (يشار إليه أيضًا باسم "التحميل") فإن الجهد عبر الحمل يكون فقطف _ا ر _ل/ر _ل + ر _أ⁠ . ومع ذلك، إذا كان مصدر ثيفينين يقود مخزنًا مؤقتًا لمكسب الوحدة مثل ذلك الموجود في الشكل 1 (أعلى، بمكسب الوحدة)، فإن جهد الإدخال للمكبر هو V _A ، وبدون تقسيم الجهد لأن مقاومة دخل المكبر لا نهائية. عند الخرج، يسلم مصدر الجهد التابع الجهد A _v V _A = V _A إلى الحمل، مرة أخرى بدون تقسيم الجهد لأن مقاومة خرج المخزن المؤقت تساوي صفرًا. دائرة مكافئة ثيفينين لمصدر ثيفينين الأصلي المدمج والمخزن المؤقت هي مصدر جهد مثالي V _A بمقاومة ثيفينين تساوي صفرًا.

عادةً ما يتم استخدام مكبر عازل التيار لتحويل إشارة تيار ذات معاوقة خرج منخفضة من دائرة أولى إلى تيار مماثل بمعاوقة عالية لدائرة ثانية. ^[1] يمنع مكبر العازل المتداخل الدائرة الثانية من تحميل تيار الدائرة الأولى بشكل غير مقبول والتداخل مع عملها المطلوب. في عازل التيار المثالي (الشكل 1 في الأسفل)، تكون معاوقة الخرج غير محدودة (مصدر تيار مثالي) ومعاوقة الدخل تساوي صفرًا (دائرة قصر). مرة أخرى، الخصائص الأخرى للعازل المثالي هي: الخطية المثالية، بغض النظر عن سعات الإشارة؛ واستجابة الخرج الفورية، بغض النظر عن سرعة إشارة الدخل.

بالنسبة لمخزن التيار، إذا تم نقل التيار دون تغيير ( مكسب التيار β _i هو 1)، فإن مكبر الصوت هو مرة أخرى مخزن مكسب الوحدة ؛ هذه المرة يُعرف باسم متتبع التيار لأن تيار الإخراج يتبع أو يتتبع تيار الإدخال.

على سبيل المثال، ضع في اعتبارك مصدر نورتون (التيار I _A ، المقاومة المتوازية R _A ) الذي يحرك حمل المقاومة R _L. وبسبب تقسيم التيار (يشار إليه أيضًا باسم "التحميل")، فإن التيار الذي يتم توصيله إلى الحمل هو فقطأنا _أ ر _أ/ر _ل + ر _أ⁠ . ومع ذلك، إذا كان مصدر نورتون يقود مخزنًا لمكسب الوحدة مثل ذلك الموجود في الشكل 1 (أسفل، بمكسب الوحدة)، فإن التيار المدخل إلى مكبر الصوت هو I _A ، بدون تقسيم للتيار لأن مقاومة مدخل مكبر الصوت تساوي صفرًا. عند الخرج، يسلم مصدر التيار التابع التيار β _i I _A = I _A إلى الحمل، مرة أخرى بدون تقسيم للتيار لأن مقاومة خرج المخزن لا نهائية. دائرة مكافئة لنورتون لمصدر نورتون الأصلي المدمج والمخزن هي مصدر تيار مثالي I _A بمقاومة نورتون لا نهائية.

يمكن إنشاء مكبر عازل بمكسب الوحدة من خلال تطبيق تغذية راجعة سلبية متسلسلة كاملة ( الشكل 2 ) على مكبر تشغيلي ببساطة عن طريق توصيل خرجه بمدخله العاكس، وتوصيل مصدر الإشارة بالمدخل غير العاكس (الشكل 3). يشير الكسب الواحد هنا إلى كسب جهد قدره واحد (أي 0 ديسيبل)، ولكن من المتوقع كسب تيار كبير . في هذا التكوين، يتم إرجاع جهد الخرج بالكامل (β = 1 في الشكل 2) إلى المدخل العاكس. يتم تضخيم الفرق بين جهد الدخل غير العاكس وجهد الدخل العاكس بواسطة مكبر التشغيل. يجبر هذا الاتصال مكبر التشغيل على ضبط جهد خرجه بحيث يساوي ببساطة جهد الدخل ( يتبع الجهد _{الخارجي الجهد الداخلي، لذلك} تسمى الدائرة متتبع جهد مكبر التشغيل).

لا تأتي معاوقة هذه الدائرة من أي تغيير في الجهد، ولكن من معاوقات الإدخال والإخراج لمكبر التشغيل. معاوقة الإدخال لمكبر التشغيل عالية جدًا (1 MΩ إلى 10 TΩ )، مما يعني أن دخل مكبر التشغيل لا يحمل المصدر ويسحب تيارًا ضئيلًا فقط منه. نظرًا لأن معاوقة الإخراج لمكبر التشغيل منخفضة جدًا، فإنه يقود الحمل كما لو كان مصدر جهد مثاليًا . وبالتالي فإن كل من التوصيلات من وإلى المخزن المؤقت هي توصيلات جسرية ، مما يقلل من استهلاك الطاقة في المصدر والتشوهات الناتجة عن التحميل الزائد والتداخل والتداخل الكهرومغناطيسي الآخر .

تتضمن مكبرات الصوت الأخرى ذات مكسب الوحدة الترانزستور ثنائي القطب في تكوين المجمع المشترك (يُسمى متتبع الباعث لأن جهد الباعث يتبع جهد القاعدة، أو متتبع الجهد لأن جهد الخرج يتبع جهد الدخل)؛ الترانزستور ذو التأثير الميداني في تكوين الصرف المشترك (يُسمى متتبع المصدر لأن جهد المصدر يتبع جهد البوابة أو، مرة أخرى، متتبع الجهد لأن جهد الخرج يتبع جهد الدخل)؛ أو تكوينات مماثلة باستخدام الأنابيب المفرغة ( متتبع الكاثود )، أو أجهزة نشطة أخرى. كل هذه المكبرات لها في الواقع مكسب أقل قليلاً من الواحد (على الرغم من أن الخسارة قد تكون صغيرة وغير مهمة) وتضيف إزاحة تيار مستمر . يظهر ترانزستور واحد فقط كجهاز نشط في هذه المخططات التخطيطية (ومع ذلك، قد تتطلب هذه الدوائر ترانزستورات أيضًا كمصدر للتيار).

باستخدام دائرة الإشارة الصغيرة في الشكل 4، تكون المعاوقة المرئية عند النظر إلى الدائرة هي

${\displaystyle R_{\rm {in}}={\frac {v_{x}}{i_{x}}}=r_{\pi }+(\beta +1)({r_{\rm {O}}}||{R_{\rm {L}}})}$

(يستخدم التحليل العلاقة g _m r _π = (I _C /V _T ) (V _T /I _B ) = β، والتي تنبع من تقييم هذه المعلمات من حيث تيارات التحيز.) بافتراض الحالة المعتادة حيث r _O >> R _L ، تكون المعاوقة عند النظر إلى المخزن المؤقت أكبر من الحمل R _L بدون المخزن المؤقت بعامل (β + 1)، وهو أمر مهم لأن β كبيرة. تزداد المعاوقة بشكل أكبر بإضافة r _π ، ولكن غالبًا ما تكون r _π << (β + 1) R _L ، لذا فإن الإضافة لا تحدث فرقًا كبيرًا

باستخدام دائرة الإشارة الصغيرة في الشكل 5، فإن المعاوقة المرئية عند النظر إلى الدائرة لم تعد R _L ولكنها بدلاً من ذلك أصبحت لا نهائية (عند الترددات المنخفضة) لأن MOSFET لا يستهلك أي تيار.

مع زيادة التردد، تدخل السعات الطفيلية للترانزستورات حيز التنفيذ وتنخفض معاوقة الإدخال المحولة مع التردد.

يمكن استخدام بعض تكوينات مكبر الصوت أحادي الترانزستور كحاجز لعزل السائق عن الحمل. بالنسبة لمعظم التطبيقات الرقمية، فإن متتبع الجهد NMOS (الصرف المشترك) هو التكوين المفضل. ^{[ مشكوك فيه - ناقش ]} تتمتع هذه المكبرات بمقاومة إدخال عالية، مما يعني أن النظام الرقمي لن يحتاج إلى توفير تيار كبير.

نوع مكبر الصوت	موسفت (NMOS)	BJT (npn)	ملحوظات
بوابة / قاعدة مشتركة			يستخدم عادة للتخزين المؤقت الحالي
الصرف المشترك/المجمع			يكون كسب الجهد قريبًا من الوحدة، ويُستخدم لتخزين الجهد.

يُستخدم مكبر المخزن المؤقت غير الخطي أحيانًا في الدوائر الرقمية حيث يلزم تيار مرتفع، ربما لتشغيل بوابات أكثر من المروحة العادية لعائلة المنطق المستخدمة، أو لتشغيل شاشات العرض، أو الأسلاك الطويلة، أو الأحمال الصعبة الأخرى. من الشائع أن تحتوي الحزمة الواحدة على عدة مكبرات مخزن مؤقت منفصلة. على سبيل المثال، المخزن المؤقت السداسي هو حزمة واحدة تحتوي على 6 مكبرات مخزن مؤقت، والمخزن المؤقت الثماني هو حزمة واحدة تحتوي على 8 مكبرات مخزن مؤقت. تتوافق مصطلحات المخزن المؤقت العاكس والمخزن المؤقت غير العاكس بشكل فعال مع بوابات NOR أو OR ذات المدخل الواحد ذات القدرة على التيار العالي على التوالي.

معظم مكبرات الصوت المستخدمة لتشغيل مجموعات مكبرات الصوت الكبيرة، مثل تلك المستخدمة في الحفلات الموسيقية الروك، هي مكبرات صوت ذات مكسب جهد يتراوح بين 26-36 ديسيبل قادرة على نقل كميات كبيرة من التيار إلى مجموعات مكبرات الصوت ذات المقاومة المنخفضة حيث يتم توصيل مكبرات الصوت بالتوازي.

يستخدم الحارس المدفوع مخزن جهد لحماية خط إشارة عالي المقاومة للغاية من خلال إحاطة الخط بدرع مدفوع بمخزن جهد بنفس جهد الخط، ويمنع التطابق الدقيق للجهد للمخزن الجهد من تسرب الدرع لتيار كبير إلى الخط عالي المقاومة بينما يمكن للممانعة المنخفضة للدرع امتصاص أي تيارات ضالة يمكن أن تؤثر على خط الإشارة.

تتضمن مكبرات الصوت ذات المكسب الواحد البسيط الترانزستور ثنائي القطب في تكوين القاعدة المشتركة ، أو الترانزستور MOSFET في تكوين البوابة المشتركة (يُطلق عليه متتبع التيار لأن تيار الخرج يتبع تيار الدخل). يكون مكسب التيار لمكبر الصوت ذو المكسب الواحد (تقريبًا) واحدًا.

يوضح الشكل 6 عازل تيار ثنائي القطب متحيز بمصدر تيار (يُسمى I _E لتيار باعث التيار المستمر) ويحرك مصدر تيار مستمر آخر كحمل نشط (يُسمى I _C لتيار جامع التيار المستمر). يتم تطبيق إشارة الدخل المتردد i _in على عقدة باعث الترانزستور بواسطة مصدر تيار متردد Norton مع مقاومة Norton R _S. يتم توصيل تيار خرج التيار المتردد i _out بواسطة العازل عبر مكثف اقتران كبير إلى الحمل R _L. مكثف الاقتران هذا كبير بما يكفي ليكون دائرة قصر عند الترددات ذات الأهمية.

نظرًا لأن مقاومة خرج الترانزستور تربط بين جانبي الإدخال والإخراج في الدائرة، فهناك ارتداد جهد عكسي (صغير جدًا) من الإخراج إلى الإدخال، وبالتالي فإن هذه الدائرة ليست أحادية الجانب. بالإضافة إلى ذلك، ولنفس السبب، تعتمد مقاومة الإدخال (قليلاً) على مقاومة حمل الإخراج، وتعتمد مقاومة الإخراج بشكل كبير على مقاومة محرك الإدخال. لمزيد من التفاصيل، راجع المقال حول مكبر القاعدة المشتركة .

• مكبر الصوت المسبق
• قاعدة مشتركة
• بوابة مشتركة
• جامع مشترك
• الصرف المشترك
• مكبر عازل لفرق التيار
• مضخم التغذية الراجعة السلبية
• درع مدفوع
• مرشح مصدر الجهد المتحكم فيه بالجهد