كسب كهربائي

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
(بالتحويل من منتوج كهربائي)
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
هوائي سيارة .
الرمز الهندسي للمكبر الإلكتروني.

التضخيم أو الكسب الكهربائي (بالإنجليزية : Gain ) في مجال الالكترونيات، هو مقياس لقدرة الدائرة (غالبا ما تكون لمضخم الإلكتروني ) لزيادة القدرة أو تكبير مطال إشارة داخلة إليه.

الكسب الكهربائي أو التضخيم يعني تضخيم خاصة فيزيائية من نفس النوع ، فمثلا بالنسبة إلى تيار مستمر يدخل في مضخم عملياتي يزداد التيار الخارج عند مخرج المضخم . وبالنسبة لتيار متردد يتضخم مطال التيار الخارج بعد التضخيم ويظل أيضا تيارا مترددا . أو يتضخم مطال الجهد المتردد عند المخرج . يسري ذلك أيضا على تضخيم إشارات كهربائية بعد مرورها في مضخم كهربائي ، وهذا هو العمل الأساسي لدائرة مضخم ، هو يضخم الإشارات .

يعتمد التضخيم أو الكسب عل مواصفات الإشارة الداخلة وبالطبع على خصائص الترانزستور المستخدم أو على خصاص صمام إلكتروني ، مثل صمام ثلاثي. وبالنسبة للتطبيقات العملية فيكون التضخيم أيضا معتمدا على تردد الإشارة الداخلة .

يعرف " معامل التضخيم" بأنه النسبة بين الكمية الخارجة إلى الكمية الداخلة [1]; ومن الممكن أن تكون الكميات كميات مركبة :

في مثالنا أعلاه يتلقى الهوائي موجات الراديو ويحولها إلى إشارات (موجات كهربائية) ، ولكنها تكون ضعيفة سواء في التيار أو الجهد ، ولكي يمكن "سماع" الراديو فلا بد من تـضخيم الجهد والتيار ، ثم توصيلهما لتشغيل مكبر الصوت فنسمع الراديو . يقوم بتلك العملية ما يسمى مضخم إلكتروني.

أمثـــلة[عدل]

سؤال: مصخم يبلغ ممانعة المدخل فيه 50 أوم وهو محمل بمقاومة 50 أوم . فإذا كان جهد المدخل () 1 فولط ، وكان الجهد عند المخرج () يبلغ 10 فولط . فما هو معدل تضخيم الجهد وتضخيم القدرة ؟

الحل:

  • تضخيم الجهد هو :

الوحدات المستخدمة هي فولط/ فولط ، وهذا يوضح أن الكسب هنا كسب في الجهد Voltage.

وهنا أيضا نجد وحدات متماثلة وهي واط/واط .

ويعبر عن الكسب في القدرة عادة بالديسيبل ، حيث يمكن للكسب التضخم عدة مئات المرات أو حتى آلاف المرات ، إذن :

عندما يكون الكسب مساويا 1 (أي 0 ديسيبل (وهو مقياس لوغاريتمي) ) يكون جهد المخرج مساويا لجهد المدخل عند مقدار معين للمعاوقة .

يرمز للكسب بالرمز G , وهو من كلمة Gain .

وحدات لوغاريتمية و ديسيبل[عدل]

نظرا لأن الكسب قد يصل مئات بل آلاف المرات بالمقارنة بالخاصة الفيزيائية المتعامل معها ، فقد جرى العرف على استخدام مقياسا لوغاريتميا وبالتالي الديسيبل dB للتعبير عنها :

الكسب في القدرة[عدل]

يعبر عن كسب القدرة بالديسيبل (dB), وهو يعرف طبقا للقاعدة اللوغاريتمية 10 log rule ، كالآتي:

حيث Pin و Pout هما القدرة الداخلة والقدرة الخارجة على التوالي (في دائرة كهربائية) .

الكسب في الجهد[عدل]

عندما نستخدم الجهد voltage في كتابة القدرة ، فإننا نقوم بالتعويض في معادلة قانون جول P=V 2/R, فنحصل على :

وعادة تكون ممانعة المدخل مساوية لممانعة المخرج وبالتالي يمكن تبسيط معادلة الكسب كالآتي:

أو بتطبيق القوعد اللوغاريتمية بشأن القيم المرفوعة لأس 2 ، فتصبح المعادلة:

تستخدم تلك المعادلة لحساب كسب الجهد بالديسيبل ، وهو يساوي كسب القدرة فقط عندما تكون معاوقة مدل الدائرة مساوية لمعاوقة المخرج .

الكسب في التيار[عدل]

بنفس الطريقة عندما نصيغ كسب القدرة باستخدام التيار I، وذلك بتطبيق قانون جول :

P = I 2R

فنحصل على معادلة الكسب  :

في حالات كثيرة تكون معاوقة المدخل في الدائرة الكهربائية مساوية لمعاوقة المخرج ، وبالتالي يمكن تبسيط المعادلة كالآتي:

وبالتالي:

,وتستخدم تلك المعادلة المبسطة لحساب كسب التيار بالديسيبل ، وهو يساوي كسب القدرة فقط عندما تكون معاوقة المدخل مساوية لمعاوقة المخرج .

ويعطى "كسب التيار" لمقحل ثنائي الأقطاب hFE أو hfe, كعدد ليست له وحدة ، لأنه نسبة تيار المجمع Ic إلى تيار القاعدة Ib

ولا يستخدم الديسيبل كوحدة وإنما كطريقة للتعبير عن علاقة لوغاريتمية .

وفي المثال السابق لمقحل ثنائي الأقطاب يكون كسب التيار كمية بلا وحدات لأنه النسبة بين تيار المخرج إلى تيار المدخل ، وكلاهما يقاس بالأمبير.

وأما في حالة أجهزة أخرى فيعطي الكسب بوحدات النظام الدولي للوحدات [SI] . هذا نجده في حالة مضخم عملياتي يكون له دورة كسب مفتوحة لموصلية منقولة ووحدتها سيمنس ( الكسب فيها يكون نسبة تيار المخرج إلى جهد المدخل ).

مضخمات في الراديو[عدل]

قنطرة مضخم .

تكون هناك رغبة في أن يكون تضخيم الإشارات متساويل في نطاق واسع من الترددات . هذا النطاق يكون محجوزا بين حد أدنى وحد أقصى . وتصنف المضخمات إلى عدة تصنيفات نذكر منها ثلاثة:

  • تصنيف أ : وهو مضخم يعمل بعنصر تكبير واحد ، يقوم بتضخيم التيار . يطبق هذا النوع في المضخم الابتدائي وفي المضخم النهائي الذي يعمل بصمامات للقيثارة . كفاءته تكون ضعيفة نسبيا تصل إلى نحو 25%.47
  • تصنيف أ ب : وهو مضخم يعمل بعنصرين مركبين متناوبين (engl. push-pull). الكفاءة النظرية التي يمكن الحصول عليها هنا تصل بين 50% إلى 78% .
  • تصنيف "قنطرة مضخم " : فيها يشتغل قنطرة من مضخمين متناوبين ، يعمل كل واحد منهما على أحد أسلاك الدخول . يشكل مكبر الصوت القنطرة بين المضخمين . وتطبق تلك الطريقة عند الرغبة في قدرة عالية عندما تكون المعاوقة وجهد التشغيل محدودين ( كما هو الحال مثلا لمكبر الصوت في الراديو).

الكسب الكهربائي لدائرة إلكترونية[عدل]

مثال تطبيقي لمضخم إلكتروني

في حسابات الهندسة الكهربائية : نستخدم عددا من مضخمات إلكترونية موصولة على التوالي لتكبير القدرة الكهربائية - يحدث ذلك في دائرة الراديو ودائرة التلفاز ودائرة الهاتف المحمول ، وغيرها. وحساب التضخيم الناتج عن طريق "جمع" الديسيبلات أسهل من ضرب "معاملات التضخيم " بعضها ببعض ; إذ أن

( log(A × B × C) = log(A) + log(B) + log(C.

عمليا ، نعرف أن 1 ديسيبل معناه كسب في القدرة مقداره 26% ، و 3 dB تعادل 2× القدرة , و 10 dB تعادل 10× القدرة الأصلية , ومنها نستطيع بسهولة معرفة الكسب النهائي للقدرة بواسطة "جمع" الديسيبل ، بدلا من عمليات "ضرب" معاملات التضخيم.

فعلى سبيل المثال :

نفترض أن لدينا مضخم إلكتروني متكون من ثلاثة مراحل على التوالي ، تضخيم المرحلة الأولى 10 dB,والمرحلة الثانية 8 dB, والثالثة 7 dB على التوالي , فيكون الكسب النهائي 25 ديسيبل.

ونريد الآن معرفة التضخيم .

نقوم بحسابه بتحليل 25 ديسيبل إلى الأعداد المعروفة لدينا 10, 3, و 1 dB , كالآتي:

فإذا كانت القدرة الأصلية الداخلة 1 واط فتكون القدرة الخارجة :

نجد أن القدرة الخارجة كبرت إلى نحو 5و317 واط.

ملحوظة : تلك النتيجة تكون مقربة طفيفا ، ولحسابها بدقة نستخدم المعادلة (2) أعلاه :

.

هذه هي النتيجة الدقيقة .

المراجع[عدل]

  1. ^ DIN 40148-1 Übertragungssysteme und Zweitore – Begriffe und Größen

اقرأ أيضا[عدل]