المضخمات (Amplifiers)

المضخمات

إن الاستخدام الرئيسي الذي من أجله تم اختراع الترانزستور في عام 1947م وسلفه الصمام الإلكتروني في عام 1906م هو لتضخيم الإشارات الكهربائية التي تصل إلى المستقبلات في أنظمة الاتصالات الكهربائية بشكل بالغ الضعف والتي قد تصل إلى ما دون النانوواط وهو جزء من ألف بليون جزء من الواط كما هو الحال في أنظمة اتصالات الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية

والمضخم كما هو واضح من اسمه جهاز إلكتروني يقوم بتضخيم أو تكبير الإشارات الضعيفة ويعتمد في عمله على وظيفة الترانزستور الأساسية وهي أن تيارا أو جهدا ضعيفا يسلط على أحد أطرافه الثلاث يمكنه التحكم بتيار كبير يمر بين الطرفين الآخرين. إن الترانزستور لا يمكن أن يقوم بوظيفة التضخيم بمفرده بل يحتاج لوضعه في دائرة إلكترونية تحتوي على مكونات أخرى كالمقاومات والمكثفات والملفات تساعده للقيام بهذه الوظيفة وذلك بعد إمداد الدائرة الإلكترونية بالطاقة الكهربائية التي تشغلها. إن المضخم دائرة إلكترونية لها مدخل (input) ومخرج (output) وعادة ما يتم ربط أحد أطراف الترانزستور بدائرة المدخل والطرف الثاني بدائرة المخرج بينما يكون الطرف الثالث مشتركا بين الدائرتين. ولهذا فإن دوائر المضخمات تأتي على ثلاثة أشكال تسمى تبعا لاسم الطرف المشترك وهي في الترانزستورات ثنائية القطبية دوائر الباعث المشترك (common emitter) والمجمع المشترك (common collector) والقاعدة المشتركة (common base) بينما في الترانزستورات أحادية القطبية دوائر المصدر المشترك (common source) والمصرف المشترك (common drain) والبوابة المشتركة (common gate). إن مثل هذه الأشكال المختلفة للمضخمات تعطي مصممها الحرية في تحديد المواصفات التي يتطلبها التطبيق فبعض أشكال هذه المضخمات تضخم التيار ولا تضخم الجهد وبعضها يضخم الجهد ولا يضخم التيار وبعضها يضخم الجهد والتيار وبعضها له نطاق تمرير واسع للترددات وبعضها يبدى مقاومة عالية أو منخفضة في دوائر الدخل والخرج

استخدامات المضخمات

تستخدم المضخمات في بناء دوائر تقوم بوظائف أخرى غير وظيفة تضخيم الإشارات ولكن وجود المضخم في مثل هذه الدوائر ضروري لكي تقوم بوظيفتها على الوجه الأكمل. وعادة ما تتطلب هذا الدوائر وجود مضخم بمقدار كسب عالي جدا ولذلك فقد ظهر في الستينات ما يسمى بمضخم العمليات (operational amplifier) وهو مضخم مكون من عدة ترانزستورات على شكل مضخم تفاضلي (differential amplifier). ومضخم العمليات المثالي له كسب لا نهائي (infinite gain) ومعاوقة دخل لا نهائية (infinite input impedance) ومعاوقة خرج تساوي صفر (zero output impedance). ويستخدم مضخم العمليات في بناء دوائر إلكترونية تؤدي وظائف مهمة في معالجة الإشارات كمضخمات الجمع والطرح (summing and subtraction) والمكاملات والمفاضلات (integrators & differentiators) والمرشحات الفعالة بأنواعها المختلفة (active filters) والمقارنات وقادحات شميت (comparators and Schmitt triggers). إن صعوبة أو سهولة تصميم وتصنيع المضخمات بمختلف أنواعها يعتمد على موقع وعرض نطاق الترددات التي يضخمها وكذلك على مقدار الكسب في الجهد أو في التيار أو القدرة التي يجب أن يوفرها. ولهذا توجد أنواع لا حصر لها من المضخمات المستخدمة في مختلف التطبيقات كمضخمات القدرة (power amplifiers) والمضخمات واسعة النطاق (broadband amplifiers) والمضخمات المتولفة (tuned amplifiers).