الكهرباء والإلكترونيات

حاسبة عرض النطاق ومعدل تغير خرج المضخم التشغيلي

قدّر عرض النطاق ومعدل التغير اللازم للموجة الجيبية وحدود السعة أو التردد.

قيم الإدخال

النتائج

عرض نطاق الإشارة الصغيرة المقدر: —

كسب الضوضاء: —

معدل التغير المطلوب: —

تردد جيبي محدود بمعدل التغير: —

أقصى سعة محدودة بمعدل التغير: —

انخفاض الكسب المقدر: —

منحنى الاستجابة

يعرض المنحنى نموذج عرض النطاق. يحدد الخط المتقطع fSR حد معدل التغير للسعة المدخلة؛ ولا يحاكي التشوه.

المعادلةBW ≈ GBW / NG

تحقق من عرض نطاق المضخم التشغيلي ومتطلبات معدل تغير الموجة الجيبية

قارن عرض نطاق الإشارة الصغيرة وفق نموذج المضخم بمعدل تغير الجهد اللازم لموجة خرج جيبية مطلوبة. يستخدم تقدير عرض النطاق تقريباً أحادي القطب للتغذية الراجعة الجهدية وكسب الضجيج للدائرة. تستخدم حسابات معدل التغير سعة الخرج والتردد بصورة مستقلة. لا تحاكي الأداة التشوه ولا تتحقق من الاستقرار أو نطاق الدخل أو تأرجح الخرج أو جهد التغذية أو التحميل لجهاز بعينه.

خطوة بخطوة

اختر التشغيل العاكس أو غير العاكس وأدخل مقدار كسب الإشارة. أدخل مقداراً موجباً للكسب العاكس؛ يجب ألا يقل الكسب غير العاكس عن 1. أدخل حاصل ضرب الكسب في عرض النطاق بوحدة MHz ومعدل تغير الجهد بوحدة V/µs وفق ظروف الجهاز ذات الصلة.
أدخل التردد بوحدة kHz وسعة الخرج المطلوبة. اختر Vpk أو Vpp أو Vrms لوصف هذه السعة. تخص السعة إشارة الخرج، لذا لا تدخل سعة الدخل إلا إذا كان كسب الإشارة في دائرتك مساوياً للواحد.
اقرأ عرض النطاق ومعدل تغير الجهد المطلوب والتردد المحدود بهذا المعدل وانخفاض الكسب معاً. توضح الحالة أي عتبة في النموذج تم تجاوزها. استخدم المنحنى لمقارنة التردد بعرض النطاق، ثم تحقق بصورة منفصلة من متطلبات الاستقرار والتأرجح والحمل للجهاز الفعلي.

الإعدادات والحدود

كسب الإشارة وكسب الضجيج: في الدائرة غير العاكسة، يساوي كسب الضجيج كسب الإشارة. وفي الدائرة العاكسة، يكون كسب الضجيج 1 + مقدار كسب الإشارة. عرض النطاق المقدّر هو GBW مقسوماً على كسب الضجيج، لذلك لا تعطي مقادير كسب الإشارة المتساوية عرض نطاق متطابقاً في هاتين البنيتين.
طريقة التعبير عن السعة: للموجة الجيبية، Vpp = 2 × Vpk و Vrms = Vpk / √2. معدل تغير الجهد المطلوب هو 2πf × Vpk. تغيير طريقة التعبير يعيد تفسير العدد المدخل؛ حدّث العدد أيضاً عندما تقصد وصف الموجة الفيزيائية نفسها.
حدود النموذج والاستجابة: عرض النطاق هو نقطة −3 dB التقريبية، وليس ضماناً لثبات الكسب عند الترددات الأدنى منها. يعرض منحنى الاستجابة انخفاض الكسب المرتبط بعرض النطاق. تصف علامة معدل التغير المتقطعة العتبة النظرية للسعة المدخلة؛ وهي لا تضيف تشوهاً ناتجاً عن معدل التغير إلى ذلك المنحنى ولا تؤكد التشغيل الخالي من التشوه.

مثال تطبيقي

اختر كسباً غير عاكس مقداره 10، و GBW = 1 MHz، ومعدل تغير جهد 0.5 V/µs وسعة خرج 1 Vpk. عند 10 kHz، يكون عرض النطاق 100 kHz ومعدل التغير المطلوب 0.0628319 V/µs وانخفاض الكسب وفق النموذج −0.0432137 dB.

النتيجة المتوقعة
f	SRreq	ΔG	Vpk,max
10 kHz	0.0628319 V/µs	−0.0432137 dB	7.95775 Vpk
100 kHz	0.628319 V/µs	−3.0103 dB	0.795775 Vpk

ارفع التردد إلى 100 kHz من دون تغيير السعة. يصبح معدل التغير المطلوب 0.628319 V/µs، متجاوزاً المعدل المدخل، بينما يعطي نموذج عرض النطاق −3.0103 dB. التردد المحدود بمعدل التغير لهذه السعة نحو 79.5775 kHz. هذان قيدان منفصلان؛ تخفيض سعة الخرج يحسن الحد المرتبط بمعدل التغير من دون تغيير عرض النطاق.

الأسئلة وحل المشكلات

لماذا يظهر عرض نطاق أقل عند كسب عاكس مقداره 10؟

كسب الضجيج فيه هو 11، لذا يعطي GBW نفسه البالغ 1 MHz عرض نطاق يقارب 90.9091 kHz. تشير علامة السالب في كسب الإشارة إلى العكس؛ وهي لا تجعل كسب الضجيج سالباً. أدخل مقدار الكسب في الحقل.

هل تتحقق نتيجة السعة القصوى من قص الخرج عند حدود التغذية؟

تتحقق فقط من معدل تغير الجهد المدخل عند التردد المدخل، مع التعبير عنه بطريقة السعة المختارة. تأرجح الخرج وتيار الحمل وحدود النمط المشترك للدخل خارج نطاق هذا النموذج. قد تبقى السعة المتوافقة مع معدل التغير غير قابلة للتحقيق في المضخم الفعلي.

لماذا يمكن أن تشير الحالة إلى البقاء ضمن الحدود رغم انخفاض الكسب؟

لا تتغير الحالة إلا بعد تجاوز التردد عرض النطاق أو تجاوز معدل التغير المطلوب المعدل المدخل. ينخفض الكسب تدريجياً قبل تلك النقطة. عند عرض النطاق وفق النموذج تماماً، يكون الانخفاض بالفعل نحو −3 dB؛ قيّم استواء الكسب المقبول وهامش التشغيل بحسب متطلبات تطبيقك.