كسب كهربائي
عودة للموسوعةالتضخيم أوالكسب الكهربائي (بالإنجليزية : Gain ) في مجال الالكترونيات، هومقياس لقدرة الدائرة (غالبا ما تكون لمضخم الإلكتروني ) لزيادة القدرة أوتكبير مطال إشارة داخلة إليه.
الكسب الكهربائي أوالتضخيم 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 . أويتضخم مطال الجهد المتردد عند المخرج . يسري ذلك أيضا على تضخيم إشارات كهربائية بعد مرورها في مضخم كهربائي ، وهذا هوالعمل الأساسي لدائرة مضخم ، هويضخم الإشارات .
يعتمد التضخيم أوالكسب عل مواصفات الإشارة الداخلة وبالطبع على خصائص الترانزستور المستخدم أوعلى خصاص صمام إلكتروني ، مثل صمام ثلاثي. وبالنسبة للتطبيقات العملية فيكون التضخيم أيضا معتمدا على تردد الإشارة الداخلة .
يعهد " معامل التضخيم" بأنه النسبة بين الكمية الخارجة إلى الكمية الداخلة
في مثالنا أعلاه يتلقى الهوائي موجات الراديوويحولها إلى إشارات (موجات كهربائية) ، ولكنها تكون ضعيفة سواء في التيار أوالجهد ، ولكي يمكن "سماع" الراديوفلا بد من تـضخيم الجهد والتيار ، ثم توصيلهما لتشغيل مكبر الصوت فنسمع الراديو. يقوم بتلك العملية ما يسمى مضخم إلكتروني.
أمثـــلة
سؤال: مصخم يبلغ ممانعة المدخل فيه 50 أوم وهومحمل بمقاومة 50 أوم . فإذا كان جهد المدخل (
الحل:
- تضخيم الجهد هو :
الوحدات المستخدمة هي فولط/ فولط ، وهذا يوضح حتى الكسب هنا كسب في الجهد Voltage.
- باستخدام المعادلة الخاصة بالقدرة P = V2/R, نحصل على التضخيم في القدرة الكهربائيةpower:
وهنا أيضا نجد وحدات متماثلة وهي واط/واط .
ويعبر عن الكسب في القدرة عادة بالديسيبل ، حيث يمكن للكسب التضخم عدة مئات المرات أوحتى آلاف المرات ، إذن :
عندماقد يكون الكسب مساويا 1 (أي 0 ديسيبل (وهومقياس لوغاريتمي) ) قد يكون جهد المخرج مساويا لجهد المدخل عند مقدار معين للمعاوقة .
يرمز للكسب بالرمز G , وهومن حدثة Gain .
وحدات لوغاريتمية وديسيبل
نظرا لأن الكسب قد يصل مئات بل آلاف المرات بالمقارنة بالخاصة الفيزيائية المتعامل معها ، فقد جرى العهد على استخدام مقياسا لوغاريتميا وبالتالي الديسيبل dB للتعبير عنها :
الكسب في القدرة
يعبر عن كسب القدرة بالديسيبل (dB), وهويعهد طبقا للقاعدة اللوغاريتمية عشرة log rule ، كالآتي:
حيث Pin وPout هما القدرة الداخلة والقدرة الخارجة على التوالي (في دائرة كهربائية) .
الكسب في الجهد
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:
أوبتطبيق القوعد اللوغاريتمية بشأن القيم المرفوعة لأس 2 ، فتصبح المعادلة:
تستخدم تلك المعادلة لحساب كسب الجهد بالديسيبل ، وهويساوي كسب القدرة فقط عندما تكون ممانعة ولج الدائرة مساوية لممانعة المخرج .
الكسب في التيار
بنفس الطريقة عندما نصيغ كسب القدرة باستخدام التيار I، وذلك بتطبيق قانون جول :
- P = I 2R
فنحصل على معادلة الكسب :
في حالات كثيرة تكون ممانعة المدخل في الدائرة الكهربائية مساوية لممانعة المخرج ، وبالتالي يمكن تبسيط المعادلة كالآتي:
وبالتالي:
,وتستخدم تلك المعادلة المبسطة لحساب كسب التيار بالديسيبل ، وهويساوي 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 قد 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 عملياتيقد يكون له دورة كسب مفتوحة لموصلية منقولة ووحدتها سيمنس ( الكسب فيهاقد يكون نسبة تيار المخرج إلى جهد المدخل ).
مضخمات في الراديو
تكون هناك رغبة في حتىقد يكون تضخيم الإشارات متساويل في نطاق واسع من الترددات . هذا النطاققد يكون محجوزا بين حد أدنى وحد أقصى . وتصنف المضخمات إلى عدة تصنيفات نذكر منها ثلاثة:
- تصنيف أ : وهومضخم 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 نحو25%.47
- تصنيف أ ب : وهومضخم 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 جميع 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 هوالحال مثلا لمكبر الصوت في الراديو).
الكسب الكهربائي لدائرة إلكترونية
في حسابات الهندسة الكهربائية : نستخدم عددا من مضخمات إلكترونية موصولة على التوالي لتكبير القدرة الكهربائية - يحدث ذلك في دائرة الراديوودائرة 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 ، نعهد حتى 1 ديسيبل معناه كسب في القدرة مقداره 26% ، و 3 dB تعادل 2× القدرة , و 10 dB تعادل 10× القدرة الأصلية , ومنها نستطيع بسهولة فهم الكسب النهائي للقدرة بواسطة "جمع" الديسيبل ، بدلا من عمليات "ضرب" معاملات التضخيم.
عملى سبيل المثال :
نفترض حتى لدينا مضخم إلكتروني متكون من ثلاثة مراحل على التوالي ، تضخيم الفترة الأولى 10 dB,والفترة الثانية 8 dB, والثالثة 7 dB على التوالي , فيكون الكسب النهائي 25 ديسيبل.
ونريد الآن فهم التضخيم .
نقوم بحسابه بتحليل 25 ديسيبل إلى الأعداد المعروفة لدينا 10, 3, و1 dB , كالآتي:
- فإذا كانت القدرة الأصلية الداخلة 1 واط فتكون القدرة الخارجة :
نجد حتى القدرة الخارجة كبرت إلى نحو5و317 واط.
إشارة : تلك النتيجة تكون مقربة طفيفا ، ولحسابها بدقة نستخدم المعادلة (2) أعلاه :
- .
هذه هي النتيجة الدقيقة .
المراجع
- ^ DIN 40148-1 Übertragungssysteme und Zweitore – Begriffe und Größen
اقرأ أيضا
- مضخم (إلكترونيات)
- مضخم عملياتي
التصنيفات: ترانزستورات, معاملات كهربائية, هوائيات, بوابة كهرباء/مقالات متعلقة, بوابة إلكترونيات/مقالات متعلقة, جميع المقالات التي تستخدم شريط بوابات