استخدام المضخم غير العاكس كعازل (Buffer)

استخدام المضخم غير العاكس كعازل (Buffer)

في العديد من الدوائر الإلكترونية، نواجه أحيانًا تحديات في نقل الإشارة من مرحلة إلى أخرى دون تشويه أو فقدان. وهنا تأتي أهمية العوازل (Buffers)، وهي عناصر أساسية تقوم بعزل أجزاء الدائرة عن بعضها مع الحفاظ على جودة الإشارة. إحدى الطرق الشائعة والفعالة لتنفيذ العازل هي باستخدام مضخم تشغيلي (Op-Amp) في وضع غير عاكس مع تكوين خاص يسمى المتابع الجهدي (Voltage Follower).

ما هو المضخم غير العاكس؟

المضخم غير العاكس هو تكوين أساسي للمضخم التشغيلي يتم فيه تطبيق الإشارة الداخلة على الطرف غير العاكس (الموجب +)، بينما يتم توصيل خرج المضخم بالطرف العاكس (السالب –) من خلال شبكة مقاومات تغذية راجعة.

ويتم حساب الكسب الجهدي Av لهذا التكوين باستخدام المعادلة التالية:

حيث:

• Rf هي مقاومة التغذية الراجعة،
• Rin​ هي المقاومة بين الطرف العاكس والأرضي.

يمتاز هذا التكوين بـ ممانعة دخل عالية وممانعة خرج منخفضة، مما يجعله مثاليًا في العديد من التطبيقات.

تحويله إلى عازل (متابع جهدي)

لتحويل المضخم غير العاكس إلى عازل، نُبسط التكوين لنحصل على كسب مساوٍ للواحد (1)، أي أن:

ويتم ذلك من خلال:

• إزالة المقاومتين Rf​ و Rin​،
• وتوصيل الخرج مباشرة بالطرف العاكس.

يسمى هذا التكوين بـ المتابع الجهدي (Voltage Follower). وعلى الرغم من أنه لا يُضخم الإشارة، إلا أنه يحتفظ بمزايا الممانعة العالية والمنخفضة دون تغيير الجهد.

لماذا نستخدم العازل؟

تلعب العوازل دورًا كبيرًا في تصميم الدوائر، ومن أبرز فوائدها:

1. منع تأثير الحمل (Loading)

عند توصيل حساس ذو مقاومة داخلية عالية مباشرة إلى وحدة تحويل تناظري إلى رقمي (ADC) ذات ممانعة دخل منخفضة، قد تتأثر الإشارة ويتغير الجهد المقروء. الحل هنا هو استخدام عازل بين الحساس وADC للحفاظ على الإشارة.

2. فصل مراحل الدائرة

يساعد العازل على منع مرحلة من التأثير على أخرى عند الربط بين أجزاء مختلفة من الدائرة، وهو أمر مهم في سلاسل الإشارات التناظرية.

3. قيادة الأحمال الثقيلة

رغم أن المتابع الجهدي لا يضخم الجهد، إلا أنه يمكنه توفير تيار كافٍ لقيادة مكونات مثل المصابيح، المحركات، أو الأسلاك الطويلة.

مثال عملي

نفترض أنك تقرأ الجهد الخارج من مقاومة حرارية (Thermistor) عبر مقسم جهد. إذا تم توصيل الخرج مباشرة إلى مدخل ADC في متحكم دقيق، قد لا تكون القراءة دقيقة بسبب تأثير الحمل. باستخدام متابع جهدي بين مقسم الجهد وADC، يتم الحفاظ على الإشارة دون تأثير.

محدودية المتابع الجهدي

رغم فائدته الكبيرة، إلا أن لهذا التكوين بعض الحدود:

• لا يضخم الجهد: لا يمكن استخدامه لزيادة الإشارة.
• يعتمد على مواصفات المضخم التشغيلي: مثل عرض النطاق الترددي وسرعة التغير.
• يجب الانتباه لتغذية المضخم: خاصة إذا كنت تستخدم إشارات تقترب من جهد المصدر، لذلك يُفضل استخدام مضخم Rail-to-Rail.

الخلاصة

يُعد استخدام المضخم غير العاكس كعازل من أبسط وأهم التطبيقات في عالم الإلكترونيات التناظرية. يوفر هذا التكوين وسيلة فعالة لعزل مراحل الدائرة والحفاظ على الإشارات دون تعقيد إضافي. سواء كنت تعمل مع حساسات، مرشحات، أو إشارات صوتية، فإن المتابع الجهدي هو أداة أساسية في حقيبة مهندس الإلكترونيات.

أو بإمكانك إستكشاف تصنيفات أخرى

عالم الإلكترونيات

الفيزياء وميكانيكا الطيران

استكشف العالم الخفي تحت المجهر