الفيزياء

مُضخِّمات الإشارة

2013 تبسيط علم الإلكترونيات

ستان جيبيليسكو

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الفيزياء

يُزيد مُضخِّم الإشارة قيمةَ السعة (التيار، الفولطية أو مستوى القدرة) لإشارةٍ ذات تردّد صوتي (AF) أو راديوي (RF).

في هذا الفصل سوف نتعلّم كيفية عمل الأنواع الأكثر انتشاراً لمضخّمات الإشارة.

 

عامِل التضخيم

يمكننا تحديدُ مقدار مدى زيادة شدّة الإشارة في دارةٍ ما بدلالة عامِل التضخيم، المُقدَّر بالديسيبل (Decibels) (dB).

يختلف تعريف عامِل التضخيم وفقاً لكونه موافقاً للفولطية، أو للتيّار أو للقدرة.

 

الديسيبل

يتحسّس البشرُ غالبيةَ المقادير المتغيّرة بطريقة غير خطّيّة. ابتكر العلميون والمهندسون نظامَ الديسيبل حيث يُعبَّر عن تغيّرات السعة بدلالة لوغاريتم شدّة الإشارة الحقيقيّة. يُعطي الاكتساب قيمَ ديسيبل موجبةً، بينما يقتضي الفقدُ والضياع قيمَ ديسيبل سالبة.

 

فكرة مفيدة:  يعادل تغيّرُ السعة بمقدار ±1 ديسيبل تقريباً المدى الأصغري الذي يمكننا به اكتشافُ تغيُّرٍ مفاجئٍ نرتقبه في شدّة الإشارة.

إذا لم نكن ننتظر أو نتوقّع أيّ تغيّر في شدّة الإشارة فعندها يساوي الفرق الأصغري القابل للملاحظة -في حال حصول التحوّل فجأة- حوالي ±3 ديسيبل.

 

ديسيبل الفولطية

لنتخيّل مضخِّماً بفولطيّة دخل مستمرّ قيمتها الفعّالة Ein وفولطيّة خرج بقيمة فعّالة Eout حيث نُقدِّر كلتا الفولطيّتَين بالوحدات نفسها. لنفترض كذلك أن ممانعة الدخل مطابقة لممانعة الخرج.

في هذه الحالة يمكن حساب اكتساب الفولطية للدارة مُقدّراً بالديسيبل بالعلاقة: 

 

ديسيبل التيّار

يمكن أن نحسب اكتساب التيّار في دارةٍ ما تماماً بالطريقة نفسها التي حسبنا فيها اكتساب الفولطية. إذا رمزنا بـ Iin للقيمة الفعّالة لتيّار الدخل وبـ Iout للقيمة الفعّالة لتيّار الخرج مُقدّرتَين بالوحدات نفسها، وإذا تساوت ممانعة الدخل مع ممانعة الخرج كان لدينا:

لا بدّ لأيّ جهازٍ (أو دارةٍ) غير نشِطٍ (أي لا مصدر طاقةٍ خارجيّاً -مثل بطارية- له) يُنتِج كسباً في الفولطية من أن يقتضي ضياعاً وفقداً في التيّار، والعكس بالعكس.

نورد كمثال على ذلك دارةَ محوِّل تيار متناوب. تستطيع الأجهزة أو الدارات الفعّالة النشطة (أي التي تحتوي على مصادر طاقة خارجيّة وتستخدم مكوناتٍ مثل ترانزستورات أو مضخّمات تشغيلية) – في بعض الحالات – أن تُنتِج كسباً في كلا الفولطية والتيّار. 

 

فكرة مفيدة: عندما تُبدي دارةٌ ما كسباً في كلا شدّة التيّار والفولطية فإن هناك اختلافاً بين شكلَي الديسيبل الموافقَين لكون ممانعة الخرج أكبر أو أصغر من ممانعة الدخل. يتطابق الشكلان مع بعضهما إذا، وفقط إذا، تطابقت ممانعة الدخل مع ممانعة الخرج.

 

ديسيبل القدرة

يمكننا حساب الاكتساب في القدرة لجهاز أو دارة أو منظومةٍ مُقدّراً بالديسيبل باستعمال العبارة:

حيث Pout تمثّل القدرة إشارة الخرج بينما Pin تمثّل القدرة إشارة الدخل، مُقدّرتَين بالوحدات نفسها. تصلح هذه العبارة بغضّ النظر عن قيمِ ممانعتَي الدخل والخرج، اللتَين يمكن أن تختلفا كثيراً فيما بينهما، ومع ذلك تبقى العبارة صالحة.

 

مسألة 7-1:

افترض أن القيمة الفعّالة لفولطيّة الدخل في دارة تساوي 10 مل فولط، بينما القيمة الفعالة لفولطيّة الخرج (70 مل فولط).

ما هو الاكتساب في الفولطية، مع افتراض كون ممانعتَي الدخل والخرج متطابقتَين.

 

الحلّ: 

نضع Ein=10 وEout=70، ثم نستخدم العبارة المُعرَّفة سابقاً لاكتساب الفولطية لنجد:

علينا تقريب هذه الإجابة لـ +17 dB، لأن معطيةَ الدخل عندنا صحيحة لغاية رقمَين معنويَّين فقط.

 

مسألة 7-2 :

إذا كانت القيمة الفعّالة لتيّار الدخل في دارة تساوي 250 مكرو أمبير فولط، بينما القيمة الفعالة لتيّار الخرج (100 مكرو أمبير).

ما هو الاكتساب في شدّة التيّار، مع افتراض كون ممانعتَي الدخل والخرج متطابقتَين.

 

الحلّ: 

يجب أولاً أن نقدّر قيمتَي تيّار الدخل والخرج بالوحدات نفسها. لنستخدم الملّي أمبير.

لدينا عندها Iin=0.250 وIout=100، وبالتالي نستطيع الآن استخدام العلاقة المُعرَّفة سابقاً للاكتساب في التيّار:

علينا تقريب هذه الإجابة لـ +52.0 dB، لأن الدقّةَ في معطية الدخل عندنا لا تتجاوز ثلاثة أرقام معنوية.

 

مسألة 7-3 :

لنفترض أننا نطبّق مقداراً ما من إشارة قدرة على مُوهِّن تردّد راديوي (دارة تُصمَّم خصّيصاً من أجل تخفيض شدّة إشارة ما عبر التسبّب بتبديد قسمٍ منها في شبكة مقاومات).

نحصل تماماً على قدرة خرجٍ مساوية لـ1/15  من قدرة الدخل. ما هو الاكتساب في القدرة مُقدّراً بالديسيبل؟ ما مقدار الفقد في القدرة مُقدّراً بالديسيبل؟

 

الحلّ:

لدينا هنا نسبةٌ وليس قيماً فعليّة للقدرة. مع ذلك يمكننا حساب الاكتساب في القدرة وعامِل الضياع؛ لأننا نحتاج لذلك إلى معرفة النسبة لا غير. لنعطِ القيمةَ (وحدة) Pin=15  فتكون وحدة Pout=1 (يمكننا استعمال أي رقمَين آخرَين طالما بقيت النسبةُ بينهما مساويةً لـ 15).

باستخدام العلاقة المُعرَّفة سابقاً الاكتساب في القدرة، نكتب

بما أن عامِل التوهين عددٌ صحيح، يمكن أن ندع هذه القيمةَ كما هي (يمكن لمهندسٍ متمرّس أن يقرّب الاكتساب إلى  dB-12، بشكلٍ يسمح ببعض الارتياب المُبرَّر).

هذا هو الاكتساب في القدرة للمُوهِّن. نستطيع أيضاً القول إن الدارة تتسبّب بـ 12 dB  كضياعٍ في القدرة.

التقدم العلمي
‫‪اللقاحات القابلة للأكل..
اللقاحات القابلة للأكل تعد بديلا مناسبا للحصول على لقاحات آمنة وفعالة، وهي لقاحات تحتوي على مولد ضد صالح للتناول دول عدة تراهن على الطحالب الدقيقة المعدلة وراثيًا لتطوير لقاح لمرض كوفيد-19 صالح للأكل مستخدمة الهندسة الوراثية د. طارق قابيل أستاذ في كلية العلوم - جامعة القاهرة مصر
     منذ استشراء جائحة فيروس كورونا المستجد المسبب لجائحة كوفيد-19، هرعت كثير من المؤسسات الطبية وحكومات بعض الدول إلى تكثيف البحوث ودعم الدراسات الهادفة ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪إنشاء مستشفيات جديدة في ووهان
ع إبلاغ المستشفيات القائمة عن نقص في الأسرّة بسبب زيادة الطلب الناجم عن انتشار فيروس كورونا السريع، قررت الصين في 24 يناير البدء ببناء مستشفيات جديدة. بعد أقل من أسبوعين، فتحت أبواب المرافق الطبية الجديدة لاستقبال أول المرضى.
أنشئ مستشفيان جديدان في ووهان، عاصمة مقاطعة هوبي، في الأسبوع الأول من شهر فبراير. واستغرق الأمر أقل من أسبوعين للانتقال من وضع حجر الأساس في الموقع إلى البدء باستقبال أول المرضى. والمستشفيان الجديدان - مستشفى ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لماذا تُسبب السمنةُ تفاقمَ مرض كوفيد-19؟
غطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر ومؤسسة هيسينغ-سيمونز Pulitzer Center.
بقلم:     ميريديث وادمان
ترجمة:  مي بورسلي
 
في ربيع هذا العام، بعد أيام من ظهور أعراض تشبه أعراض الإنفلونزا والحمى، وصل رجل إلى غرفة الطوارئ في المركز الطبي بجامعة فيرمونت Vermont Medical Center. كان شابا، في أواخر الثلاثينات من عمره، وكان يعشق زوجته وأطفاله الصغار. وكان يتمتع بصحة جيدة، وقد كرّس ساعات لا نهاية لها في إدارة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الفيروس التاجي يثير التخمينات حول موسم الإنفلونزا
قلم:    كيلي سيرفيك
ترجمة: مي بورسلي
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر  Pulitzer Center ومؤسسة هايسنغ-سيمونز  Heising-Simons Foundation.
في شهر مارس 2020، بينما كان نصف الكرة الجنوبي يستعد لموسم الإنفلونزا الشتوي أثناء محاربة مرض كوفيد-19 COVID-19، وضعت شيريل كوهين Cheryl Cohen -عالمة الأوبئة، وزملاؤها في المعهد الوطني للأمراض المعدية National Institute for Communicable Diseases بجنوب إفريقيا اختصار: ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪كيف تقاوم العدوى باستعادة شباب جهازك المناعي
قلم:    غرايام لاوتون
ترجمة: محمد الرفاعي
اغسل يديك بعنايةٍ لعشرين ثانية، غطّ عطستك بمرفقك، تجنب ملامسة وجهك، ابقَ على مسافة مترٍ عن الآخرين، وكملجأ أخير ٍ، اعزل نفسك بعيداً عن الجميع لمدة أسبوعٍ مع ما تحتاج إليه من أغراض. وإذا أردت أن تتجنب فيروس كورونا المستجد، فكل هذه أفكارٌ جيدةٌ. لكن، في نهاية المطاف، خطُ الدفاع الذي يقف بينك وبين الإصابة بكوفيد 19 Covid-19 هو جهازك المناعي.
نعلم أن الجهاز المناعي يَضْعُفُ عندما نتقدم في ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لقاح أكسفورد آمن ويحفز على الاستجابة المناعية
قلم:    كلير ويلسون، جيسيكا هامزيلو، آدم فوغان، كونارد كويلتي-هاربر، ليلى ليفربول
ترجمة: مي منصور بورسلي
آخر أخبار فيروس كورونا حتى 20 يوليو 2020 الساعة 5 مساء
 
لقاح أكسفورد المرشح للتطعيم ضد الفيروس التاجي يبدو آمنًا ويحفز على الاستجابة المناعية
اللقاح ضد الفيروس التاجي Coronavirus الذي طورته جامعة أكسفورد University of Oxford بالتعاون مع شركة الأدوية آسترازينيكا AstraZeneca آمنٌ وينشط الاستجابة المناعية لدى الأشخاص، ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪بدء تجارب لإيجاد سلاح جديد ضد داء باركنسون: الضوء
قلم:     جنجان سينها
ترجمة:  مي بورسلي
   قد يساعد العلاج بالضوء Light therapy على تحسين الحالة المزاجية والتئام الجروح وتقوية جهاز المناعة. لكن، هل يمكنه تحسين أعراض داء باركنسون Parkinson’s disease أيضًا؟ تجربة هي الأولى من نوعها من المقرر إطلاقها في خريف 2020 بفرنسا، تهدف إلى معرفة ذلك. ففي سبعة مرضى سينقل كابل الألياف البصرية Fiber optic cable المزروع في أدمغتهم نبضاتٍ من ضوء الأشعة القريبة من تحت الحمراء Near infrared pulses ... (قراءة المقال)
‫‪كاميرا الفيديو الفلكية Altair GPCAM2 327C
قلم: تيم جاردين
تتمتع عائلة Altair Astro من كاميرات GPCAM الفلكية بسمعة طيبة بين الفلكيين، لسهولة استخدامها وإنتاجها صور عالية الجودة. وبناء على هذا الأساس، قدمت شركة Altair الكاميرا GPCAM2 327C. إنها كاميرا لقطة ملونة واحدة One shot colour camera اختصاراً: OSC تمتاز بحساسية زائدة عن سابقاتها. وبساطة الكاميرا GPCAM2 327C، في كل من الإعداد والاستخدام، يجعلها مثالية للحصول على أفضل فرص الرصد في السماء الصافية. وبمجرد تنزيل برامج تشغيل ... (قراءة المقال)
‫‪التلسكوب Unistellar eVscope
قلم: بول موني
لقد راجعنا العديد من التلسكوبات الصغيرة في مجلة ، وكثيراً ما أضفنا نصيحة أن تبقي توقعاتك البصرية متواضعة. مع الأسف، لا تمتاز التلسكوبات الصغيرة بقدرة كبيرة على التقاط الضوء، ولن تنتج صوراً مفصلة مثل التي المعروضة غالباً على صناديقها جيدة التصميم. غير أن التلسكوب Unistellar eVscope يتحدى هذه النظرة، بينما يلقي ربما نظرة ثاقبة على مستقبل علم الفلك البصري. فقد طورت شركة Unistellar بالاشتراك مع المعهد SETI التلسكوب كنظام سهل ... (قراءة المقال)