מגבר שרת

סימון מגבר שרת

מגבר שרת הוא מגבר הפרש בעל הגבר הפרשי גדול מאוד. היחס בין יציאתו לבין הפרש המתחים בכניסותיו יכול להגיע למיליונים, ומוגבל על ידי מתחי האספקה. בדרך כלל נעשה שימוש במשוב שלילי, כך שהיחס בין יציאת המעגל לכניסתו בחוג סגור נקבע על ידי רכיבים אלקטרוניים חיצוניים.

סימונים

תיאור סכמטי שקול של מגבר השרת

• $\, V_+$ מתח הכניסה החיובית.
• $\, V_-$ מתח הכניסה השלילית.
• $\, V_{out}$ מוצא המגבר. לרוב, מגבר השרת הוא מגבר בעל יציאה חד-צדדית, אך במגבר בעל יציאה דו-צדדית ישנן שתי יציאות, וההגבר הוא היחס בין הפרש היציאות להפרש הכניסות.
• G ההגבר בחוג פתוח:

$\, V_\mathrm{out} = A(V_+ - V_-)$

• $\, V_{s+}, V_{s-}$ מתחי ההזנה של המגבר. אלה מספקים את המתח למוצא ולכן מתח המוצא חסום על ידם.

ניתן לבטא את פעולת מגבר השרת בעזרת סכימה: בין שני הדקי הכניסה ישנו נגד שההתנגדות שלו היא התנגדות הכניסה למגבר. במוצא המגבר מחובר, בטור לנגד בעל התנגדות ששווה להתנגדות היציאה של המגבר, מקור מתח מבוקר שהמתח שלו הוא: $\, A(V_+ - V_-)$.

מגבר שרת אידאלי

• הגבר מתח אין-סופי. במגבר שרת מעשי, ההגבר הוא מסדר גודל של מאות אלפים עד מיליונים.
• יחס דחיית אות משותף (CMRR) אין-סופי. זהו היחס בין הגבר הכניסה ההפרשית והגבר הכניסה המשותפת. במגבר שרת מעשי, ה-CMRR הוא מסדר גודל של עשרות אלפים.
• התנגדות כניסה אינסופית. במגבר שרת מעשי, התנגדות הכניסה היא מסדר גודל של מגה-אוהמים.
• התנגדות יציאה אפסית. במגבר שרת מעשי, התנגדות היציאה היא מסדר גודל של עשרות אוהמים.
• רוחב סרט אינסופי. במגבר מעשי, קצב עליית מתח המוצא מוגבל ולכן הוא אינו יכול להגביר מתח בתדרים גבוהים. לכן ניתן לתאר את המגבר כמסנן מעביר נמוכים (LPF).
• מתח היסט (offset) אפסי. זוהי ההגבהה במוצא - מתח המוצא המתקבל כאשר הפרש הכניסות הוא אפס.
• אחוז עיוות הרמוני (THD) אפסי.

מתח היציאה מסופק על ידי מתחי אספקה סופיים. לכן, מתח היציאה של מגבר שרת בחוג פתוח (כאשר יש נתק בין היציאה לכניסות) נקבע רק על ידי הסימן של הפרש מתחי הכניסה:

• אם $\, V_+ > V_-$ אזי $\, V_{out} = V_{s+}$
• אם $\, V_+ < V_-$ אזי $\, V_{out} = V_{s-}$
• אם $\, V_+ = V_-$ אזי $\, V_{out} = 0$

אם הכניסה היא סינוס, המוצא הוא גל ריבועי המתנדנד בין שני מתחי האספקה, היכולים לשמש באלקטרוניקה ספרתית כ-0 לוגי ו-1 לוגי.

שימושים

עיקר שימושו של מגבר השרת הינו במעגלי משוב. כאשר מחברים מגבר שרת בחוג סגור, כלומר את יציאתו חזרה לאחת מכניסותיו, מתח יציאת מגבר השרת הוא זה שעבורו מתקבל שוויון במתחי הכניסה. ההגבר בחוג פתוח, G, הינו מדד לדיוק המתקבל באיפוס הפרש הכניסות כאשר המגבר מחובר בחוג סגור.

• דוגמה לשימוש במגבר בחוג סגור היא חיבור אות הכניסה לאחת הכניסות של המגבר וחיבור מוצא המגבר לכניסה האחרת:

על ידי חיבור זה מתקבל חוצץ: מתח המוצא שווה לאות הכניסה, משום שכך שתי הכניסות זהות:

$\, V_\mathrm{out} = V_\mathrm{in}$

כלומר, אם מגבר השרת הוא אידאלי (עם הגבר חוג פתוח אינסופי), אזי ההגבר בחוג סגור הוא 1. יחד עם זאת, התנגדות המוצא של המעגל היא אפס.

• מגבר הופך מופע:

$V_\mathrm{out} = -V_\mathrm{in} \frac{R_\mathrm{f}}{R_\mathrm{in}}$

• מגבר הפרש:

$V_\mathrm{out} = V_2 \left( { \left( R_\mathrm{f} + R_1 \right) R_\mathrm{g} \over \left( R_\mathrm{g} + R_2 \right) R_1} \right) - V_1 \left( {R_\mathrm{f} \over R_1} \right)$

המגבר יגביר רק את הכניסה ההפרשית אם מתקיים התנאי: ${R_f \over R_1}={R_g \over R_2}=k$. במקרה כזה:

$V_{out}=k\cdot(V_2-V_1)$.

• מעגל מסכם:

$V_\mathrm{out} = - R_\mathrm{f} \left( { V_1 \over R_1 } + { V_2 \over R_2 } + \cdots + {V_n \over R_n} \right)$

לקבלת סכום הופך מופע טהור $\, V_{out}= - (V_1+V_2+...+V_n)$ נדרוש: $\, R_f=R_1=R_2=...=R_n$.
לקבלת מתח מוצא חיובי ניתן לשבץ במוצא מגבר הופך מופע בעל הגבר 1.

• מעגל עוקב (מגבר לא הופך מופע):

$\frac{V_\mathrm{out}}{V_\mathrm{in}}= (1 + \frac{R_2}{R_1})$

• מעגל גוזר:

$V_\mathrm{out} = - RC \left( {dV_\mathrm{in} \over dt} \right)$

• מעגל אינטגרטור:

$V_\mathrm{out} = \int_0^t - {V_\mathrm{in} \over RC} \, dt + V_\mathrm{initial}$

• מעגל לוגרתמי:

$V_\mathrm{out} = -V_{\gamma} \ln \left( \frac{v_\mathrm{in}}{I_\mathrm{S} \cdot R} \right)$

• מעגל אקספוננצאלי:

$V_\mathrm{out} = - R I_\mathrm{S} e^{v_\mathrm{in} \over V_{\gamma}}$

רכיב 741

פריסת הרגליים של רכיב 741

רכיב נפוץ המשמש כמגבר שרת הוא רכיב 741:

• במסגרת הכחולה: מגבר הפרש.
• בכל אחת מהמסגרות האדומות: ראי זרם.
• במסגרת הוורודה: דרגת הגבר ממחלקה A.
• במסגרת הירוקה: מסיט רמת מתח.
• במסגרת בצבע תכלת: דרגת יציאה.

פרק זה לוקה בחסר. אנא תרמו לוויקיפדיה והשלימו אותו. ייתכן שתמצאו פירוט בדף השיחה.

לקריאה נוספת

• Adel S. Sedra, K. C. Smith, Microelectronic Circuits, Oxford University Press, USA