מבוא למגברי שרת – אלקטורניקה תקבילית וספרתית

הקדמה

מגבר שרת הוא למעשה מעגל אלקטרוני שתפקידו המרכזי הוא להגביר אותות חשמליים חלשים.

העיקרון הבסיסי הוא שמגבר השרת מקבל אות בכניסה שלו, אות חלש שדועך ומאבד מעוצמתו. בתוך מגבר השרת יש מעגלים ש"לוכדים" את האות הזה, מגבירים אותו בעוצמה פי כמה וכמה, ושולחים החוצה דרך היציאה של המגבר אות חזק וברור הזהה לאות המקורי, אבל ברמת מתח וזרם גבוהים בהרבה.

איך עושים את זה בפועל? יש כמה שיטות, אבל באופן כללי זה נעשה באמצעות משוב שלילי (Rf). זאת אומרת שחלק מהאות המוגבר נלקח "בחזרה" לכניסה, כך נשמרת ליניאריות המערכת והתאמה בין האות הנכנס לאות היוצא.

מאפייני מגבר שרת עם משוב שלילי:

מאפייני מגבר שרת עם משוב שלילי:

☸ במעגל המשוב השלילי שבין הכניסה העוקבת לכניסה ההפוכה מחובר נגד עם התנגדות גבוהה מאוד. כתוצאה מכך, המתח בכניסה העוקבת זהה למתח בכניסה ההפוכה.
☸ במעגל המשוב הסגור אין זרימה של זרם חשמלי לתוך מגבר השרת. 

מבנה מגבר השרת:

☸ 2 מבואות בלבד – מבוא עוקב(+) ומבוא הפוך(-)
☸ מוצא יחיד למתח מוגבר (Vo)
☸ 2 מקורות מתח הזנה (סוללות) להגברת האות.
☸ ניתן להגביר עד לרמות מתח ההזנה. מעבר לכך ייווצר גל קטום (חתוך) במוצא.

סוגי מגברי השרת 

מגבר שרת מהפך/ הופך מופע/לא עוקב

מגבר שרת מהפך הוא מגבר שרת שתפקידו להגביר את האות הנכנס תוך כדי הפיכת מופע האות. כלומר, אם למגבר מגיע אות חיובי הוא יגביר אותו אך יהפוך את מופעו לשלילי ביציאה. ולהיפך, עבור אות שלילי שיהפוך לחיובי לאחר ההגברה.

באופן מעשי זה אומר שאם לכניסת מגבר השרת המהפך מחובר מתח חיובי, המתח שיופיע במוצא יהיה שלילי אך גבוה יותר. וכן להיפך עבור מתח שלילי בכניסה שיהפוך לחיובי מוגבר ביציאה.

בכך מתבטאת הפיכת מופע האות על ידי מגבר השרת המהפך. בניגוד למגבר שרת עוקב ששומר על מופע האות תוך כדי הגברה. מגבר שרת מהפך משנה כיוון תוך כדי הגברת האות.

מגבר שרת עוקב/ לא מהפך

מגבר שרת עוקב הוא מגבר שרת שתפקידו להגביר את האות הנכנס מבלי לשנות את מופע האות. כלומר, אם למגבר מגיע אות חיובי הוא יגביר אותו אך ישמור עליו חיובי גם ביציאה. וכן להיפך עבור אות שלילי.

באופן מעשי זה אומר שאם לכניסת מגבר השרת העוקב מחובר מתח חיובי, המתח שיופיע במוצא יהיה אף הוא חיובי אך גבוה יותר. וכן הדבר גם עבור מתח שלילי – יתקבל במוצא מתח שלילי באותו המופע המקורי אך מוגבר.

בכך מתבטאת השמירה על מופע האות הנכנס ע"י מגבר השרת העוקב. בניגוד למגבר שרת מהפך שיהפוך מופע חיובי לשלילי ולהפך. מגבר שרת עוקב שומר על המופע המקורי תוך הגברה בלבד.

מגבר שרת מסכם

מגבר שרת מסכם הוא מגבר שרת בעל מספר כניסות (בין 2 מבואות ל-8 מבואות) המחוברות כולן למבוא מהפך. התפקיד של מגבר השרת המסכם הוא לקחת את כל האותות הנכנסים דרך הכניסות השונות ולסכמם יחד לאות יחיד מוגבר במוצא. 
מגבר שרת מסכם תמיד יהיה עם מבוא מהפך ביציאה שלו. זה אומר שאם למגבר מגיעים אותות חיוביים דרך הכניסות, ביציאה יתקבל אות שלילי. ולהיפך – אם מגיע אות שלילי לכניסה, יצא אות חיובי מהמוצא.

מגבר שרת מחסר בשילוב 2 נגדים ובשילוב 4 נגדים 

מגבר שרת מחסר בשילוב 2/4 נגדים הוא מגבר שרת שיש לו הן כניסה חיובית והן כניסה שלילית. תפקידו של מגבר שרת זה הוא לקחת את המתח המחובר לכניסה החיובית ואת המתח המחובר לכניסה השלילית ולהחסיר ביניהם. גודל ההחסרה נקבע על ידי היחס בין הנגדים המחוברים לכניסות. 

מגבר שרת יחידה / חוצץ 

תפקידו של מגבר שרת יחידה (חוצץ) הוא לבצע הפרדה או חציצה בין שני עומסים חשמליים. המגבר מאפשר מעבר של אות הכניסה אל המוצא מבלי שהעומסים ישפיעו זה על זה.

מאפייני מגבר שרת יחידה:
1. מתח הכניסה (Vin) מחובר למבוא העוקב (+)
2. קיים חוט משוב המחבר בין המוצא (Vo) למבוא המהפך (-)
3. מתח במוצא (Vo) שווה למתח הכניסה (Vin)
4. ההגברה Av = 1

מגבר שרת משווה

תפקידו של מגבר שרת משווה: 
להשוות בין המתח במבוא העוקב למבוא המהפך ולהוציא במוצא אחד משני מתחי המקור בהתאם לתוצאת ההשוואה.

מבנה של מגבר שרת משווה:
☸למגבר שרת משווה לא קיים נגד משוב. 
☸ למגבר שרת משווה יש סה"כ 2 מבואות
     1. מבוא עוקב (מתח מבוא חיובי) – האות הנכנס נשמר באותו מופע
     2. מבוא מהפך (מתח מבוא שלילי) – האות הנכנס משנה את מופעו ביציאה
☸ למגבר שרת משווה יש סה"כ 2 מתחי מקור – חיובי ושלילי. הזנת מתח (מסוללה) על כל אחד משני המבואות.