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)
‫‪صورة مميزة للشمس من مسابقة IIAPY لفئة المحترفين
لان فريدمان Alan Friedman: فنان ومصور فلكي مقيم في بوفالو، نيويورك. حصلت صورته ‘ألعاب نارية صغيرة’ على جائزة فئة «شمسنا» في معرض التصوير الفلكي IIAPY لعام 2019
متى سينتهي كل هذا؟ لقد طرحنا جميعاً هذا السؤال خلال أزمة جائحة COVID-19، ولكنه كان أيضاً في أذهان المصورين الفلكيين عندما يلتقطون صورهم الشمسية، ولسبب مختلف تماماً. ففي عام 2018 دخلت شمسنا أعماق فترة الحد الأدنى من نشاطها، ونحن نتساءل الآن متى ستستيقظ. ما الذي يمكن أن يفعله المصور ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪ما النظام العالمي لتحديد المواقع وكيف يتوفر مجاناً؟
يريزا وارين
يستخدم النظام العالمي لتحديد المواقع Global Positioning System اختصارا: النظام GPS شبكة من الأقمار الاصطناعية التي تبث إشارات الراديو إلى الأرض. وتحتوي هذه الإشارات على معلومات زمنية فائقة الدقة. ويمكن لجهاز الاستقبال الخاص بك، مثل هاتفك الذكي، معرفة المسافة التي تحركتها نسبة إلى هذه الأقمار الاصطناعية بمقارنة توقيت الإشارة الجديدة بزمن الإشارة التي تسلمتها سابقاً. ونظراً لأن النظام طوّره سلاح الجو الأمريكي، فقد دفع تكلفته ... (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)
التقدم العلمي
‫‪تقنيات الاستشعار عن بعد تتنبأ بالعواصف الترابية وتراقـب تغـير المنـاخ
طوبة التربة هي عامل رئيسي يؤخذ بعين الاعتبار عند استكشاف وتوقع استجابة الأرض للتغيرات البيئية. في هذا السياق، قالت الدكتورة هالة خالد الجسار، الأستاذة المساعدة في قسم الفيزياء بجامعة الكويت ومسؤولة فريق أبحاث الفضاء وفيزياء المناخ: إن نسبة المياه في عينة من التربة هي مؤشر مهم إلى مدى تأثير زيادة غازات الدفيئة في المناخ. معرفة التغيرات في رطوبة التربة تسمح للعلماء برصد الطقس بدقة أكبر، والتنبؤ بمكان وتوقيت حدوث الأمطار الغزيرة أو العواصف ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪هل هناك أي حيوانات يمكن أن ترى إشارات الواي-فاي أو البلوتوث؟
ريس مكملون، برنهام، غرب ساسكس Chris McMullon, Barnham
تعد الواي-فاي والبلوتوث إشارات راديوية بطول موجي يتراوح من 6 سم إلى 12.5 سم. وهذا أطول بنحو 100000 مرة من الأطوال الموجية للضوء المرئي الذي يمكن للبشر رؤيته. ويمكن للعديد من الحيوانات، بما في ذلك الخفافيش مصاصة الدماء وبعض أنواع الأسماك والثعابين، أن تشعر بالأشعة تحت الحمراء، لكن هذا يصل فقط إلى الطول الموجي 1 ملم. وتحمل الأطوال الموجية الأكبر طاقة أقل بكثير ولا يمكن اكتشافها دون وجود ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪الدماغ في ظروف انعدام الوزن
لدكتورة إليسا رافائيلا فيريه إليسا هي محاضر أول في علم النفس ومدير مختبر التجسيد الدهليزي متعدد الحواس VeME في رويال هولواي، جامعة لندن University of London. أخذها عملها من المختبر إلى السماء في رحلات انعدام الجاذبية، وفي اتجاهات أكثر غرابة من خلال التعاون مع الفنانين والموسيقيين وسلسلة يوغا الفضاء Space Yoga على قناة غوريللا ساينس Guerilla Science على اليوتيوب YouTube.
أجرت معها المقابلة إيمي باريت Amy Barrett. تصوير: أندرو كوتِريلز ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪حرائق الغابات الأسترالية: هل هناك ما يمكن فعله لوقف احتراق العالم؟
يل ماكغويرBill McGuire أستاذ فخري متخصص بالمخاطر الجيوفيزيائية والمناخية في يونيفرسيتي كوليدج لندن UCL، وهو مدير مشارك لمعهد الطقس الجديد New Weather Institute ومناصر لحركة علماء من أجل المسؤولية العالمية Scientists for Global Responsibility. سينشر فيلمه البيئي Skyseed في وقت لاحق من عام 2020.
على كوكبنا الذي تزداد حرارته، فإن حرائق الغابات حاليّاً هي واحدة من أكثر الكوارث الطبيعية المرعبة والمكلفة من بين جميع الكوارث الطبيعية الأخرى. من ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪المكملات الغذائية... ضرورة صحية أم ترف عصري
. أمجد قاسم
يحرص كثير من الناس على تناول مجموعة من المكملات الغذائية التي تعرف باسم المضافات التغذوية Nutritive Additives مع وجباتهم الغذائية، من أجل التمتع بصحة جيدة والعيش طويلاً، وتحصين أجسادهم قبل مواجهة الأمراض المختلفة. وتسوق كثير من الشركات العالمية لفوائد هذه المكملات في حملات دعائية، فتحيطها بهالة سحرية وتكسبها بعض الصفات المبالغ فيها في كثير من الأحيان. فأين تكمن الحقيقة؟ وهل تناول المكملات الغذائية على اختلاف أنواعها أمر صحي ... (قراءة المقال)
‫‪علوم و فنون انترسلتر - الجزء الأول
لسلام عليكم .. في الحلقة الماضية تكلمنا عن اهم الأفلام التي صنعت في مجال الفضاء و الكونيات .. واستعرضت قائمة من ١٠ أفلام تكلمت فيها باختصار عن كل فلم و اهم مميزاته العلمية والفنية .. و كان فلم انتيرستيلر قد حل في المركز الاول و قد وعدت بان اخصص حلقة كاملة لشرح اهم المفاهيم العلمية التي طرحت في الفلم ..ولكن بعد مراجعة تفاصيل الفلم تبين انه من الأفضل ان اقسم المفاهيم التي سأطرحها الى حلقتين  .. حلقة أولى سأتكلم بنبذة بسيطة عن بذور ولادة هذا الفلم ... (قراءة المقال)

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى