מגבר שרת

סימון מגבר שרת
מגבר שרֵת הוא רכיב אלקטרוני הפועל כמגבר. תכונותיו העיקריות של מגבר השרת הן הגבר גבוה מאוד (בתאוריה, הגבר אינסופי, ובמציאות ההגבר יכול להגיע למאות אלפים ולמיליונים בהתאם למתחי האספקה), ופעולתו כמגבר הפרשי. כלומר, מקבל בכניסתו שני אותות, ובמוצאו מספק אות מוגבר בהתאם להפרש בין שתי הכניסות. בהיותו מגבר בעל שתי כניסות, נהוג להשתמש באחת הכניסות ככניסה לאות חיצוני, ואילו את הכניסה האחרת לחבר לרכיבים אלקטרוניים נוספים המקושרים למוצאו של המגבר (חוג משוב). בצורה זו ניתן לשלוט בערך ההגבר, ואף לבצע פעולות פשוטות של עיבוד אותות.

==סימונים==
תיאור סכמטי שקול של מגבר השרת
* <math>\, V_+</math> מתח הכניסה החיובית.
* <math>\, V_-</math> מתח הכניסה השלילית.
* <math>\, V_{out}</math> 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:
:<math>\, V_\mathrm{out} = A(V_+ - V_-)</math>
* <math>\, V_{s+}, V_{s-}</math> מתחי ההזנה של המגבר. אלה מספקים את המתח למוצא ולכן מתח המוצא חסום על ידיהם.

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: <math>\, A(V_+ - V_-)</math>.

==מגבר שרת אידיאלי ==
* 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 (קורה רק במעשי) הרמוני (THD) אפסי. מגבר השרת מגביר כל אות במבוא ללא הבדל, כלומר-אות רצוי ואות שאינו רצוי. לדוגמה; במקלטי רדיו (בין אם FM ובין אם AM) האנטנה קולטת את כל האותות שנמצאים בטווח (במקרה זה באוויר) שנקלטים בעוצמה של מילי וולטים שצריך להגביר. יחד עם אותות אלה נקלטים עיוותים (רעשים לדוגמה). ניתן להתגבר על העיוותים בכך שיחובר נגד משתנה (פוטנציומטר) בין שתי רגלי ה-offset יש לכוון את הנגד המשתנה עד שמתח שני המבואות שווה.
שיטה נוספת; לחשב את שני הנגדים Rf ו־Rin במקביל אחד לשני (מכפלתם חלקי סכומם) ולחבר נגד באותו ערך שחושב לכניסה העוקבת ולחבר את צידו השני לאדמה.

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 והמעגל מתפקד כמשוון:
* אם <math>\, V_+ > V_-</math> אזי <math>\, V_{out} = V_{s+}</math>
* אם <math>\, V_+ < V_-</math> אזי <math>\, V_{out} = V_{s-}</math>
* אם <math>\, V_+ = V_-</math> אזי <math>\, V_{out} = 0</math>
אם הכניסה היא סינוס, המוצא הוא גל ריבועי המתנדנד בין שני מתחי האספקה, היכולים לשמש באלקטרוניקה ספרתית כ-0 לוגי ו-1 לוגי.

==שימושים וסוגי מגברים קיימים==
עיקר שימושו של מגבר השרת הוא 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, הוא מדד לדיוק המתקבל באיפוס הפרש הכניסות כאשר המגבר מחובר בחוג סגור.

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

200px

על ידי חיבור זה מתקבל חוצץ (נקרא גם מגבר יחידה): מתח המוצא שווה לאות הכניסה, משום שכך שתי הכניסות זהות:
:<math>\, V_\mathrm{out} = V_\mathrm{in}</math>
כלומר, אם מגבר השרת הוא אידיאלי (עם הגבר חוג פתוח אינסופי), אזי ההגבר בחוג סגור הוא 1. עם זאת, התנגדות המוצא של המעגל היא אפס.

===מגבר הופך מופע (מגבר מהפך)===
300px

:<math>V_\mathrm{out} = -V_\mathrm{in} \frac{R_\mathrm{f}}{R_\mathrm{in}}</math>

===מגבר הפרש===
300px

:<math> 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) </math>

המגבר יגביר רק את הכניסה ההפרשית אם מתקיים התנאי: <math>{R_f \over R_1}={R_g \over R_2}=k</math>. במקרה כזה:
:<math>V_{out}=k\cdot(V_2-V_1)</math>.

===מעגל מסכם===
250px

:<math> V_\mathrm{out} = - R_\mathrm{f} \left( { V_1 \over R_1 } + { V_2 \over R_2 } + \cdots + {V_n \over R_n} \right) </math>

לקבלת סכום הופך מופע טהור <math>\, V_{out}= - (V_1+V_2+...+V_n)</math> נדרוש: <math>\, R_f=R_1=R_2=...=R_n</math>.

לקבלת מתח מוצא חיובי ניתן לשבץ במוצא מגבר הופך מופע בעל הגבר 1.

===מעגלים נוספים===
*מעגל עוקב (מגבר לא הופך מופע או לא מהפך):
300px

:<math> \frac{V_\mathrm{out}}{V_\mathrm{in}}= (1 + \frac{R_2}{R_1}) </math>
*מעגל גוזר:
300px

<math>V_\mathrm{out} = - RC \left( {dV_\mathrm{in} \over dt} \right)</math>
*מעגל סוכם (אינטגרטור):
300px

:<math> V_\mathrm{out} = \int_0^t - {V_\mathrm{in} \over RC} \, dt + V_\mathrm{initial} </math>
*מעגל לוגרתמי: הדיודה בקוטביות הפוכה.
300px

:<math>V_\mathrm{out} = -V_{\gamma} \ln \left( \frac{v_\mathrm{in}}{I_\mathrm{S} \cdot R} \right)</math>
*מעגל מעריכי:
300px

:<math>V_\mathrm{out} = - R I_\mathrm{S} e^{v_\mathrm{in} \over V_{\gamma}}</math>

==רכיב 741==
פריסת הרגליים של רכיב 741

רכיב נפוץ המשמש כמגבר שרת הוא רכיב 741:

המבנה הפנימי של 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.

==לקריאה נוספת==
<div style="direction: ltr;">
*Adel S. Sedra, K. C. Smith, Microelectronic Circuits, Oxford University Press, USA
</div>

==קישורים חיצוניים==

==הערות שוליים==

קטגוריה:ערכים שבהם תבנית בריטניקה אינה מתאימה
קטגוריה:מגברים