مضخم ذو اقتران مباشر

المضخم ذو الاقتران المباشر ^{[ 1 ]} أو مضخم التيار المستمر هو نوع من المضخمات حيث يتم توصيل خرج إحدى مراحل المضخم بمدخل المرحلة التالية بطريقة تسمح بمرور إشارات بتردد صفري ، تُعرف أيضًا بالتيار المستمر ، من المدخل إلى المخرج. هذا تطبيق للاقتران المباشر الأكثر عمومية . اخترعه هارولد جيه باز وفرانسيس بي كيبر الابن عام 1955. وقد حلّ محل مضخم الصمام الثلاثي المفرغ الذي صممه لي دي فورست . استُبدلت جميع تصميمات دوائر الصمامات المفرغة تقريبًا الآن بتصميمات دوائر الترانزستور ذات الاقتران المباشر. وهو أول تصميم لمضخم الترانزستور لا يتضمن مكثفات اقتران. سمح المضخم ذو الاقتران المباشر ببناء دوائر تناظرية أصغر حجمًا بفضل الاستغناء عن مكثفات الاقتران، كما أزال قيود التردد المنخفض التي تعتمد على المكثفات.

بدأ باز مسيرته المهنية في مختبرات بيل كمتدرب من ديسمبر 1950 إلى أبريل 1952 كمساعد مهندس. عمل باز على اختبار العديد من معايير الترانزستور، مثل زمن الصعود، وثابت التوقيت RC، ومعامل ألفا، لتحديد تأثيرها على تصميم دائرة الترانزستور. ثم انتقل للعمل في شركة RCA كمتدرب صيفي في الهندسة من يونيو 1953 إلى سبتمبر 1953. كُلِّف باز بتحديد تأثير عدة متغيرات على عامل ضوضاء الترانزستور عند ترددات راديوية مختلفة. ونتيجةً لهذا البحث، صمم باز أول ميكروفون لاسلكي قائم على الترانزستور، أطلق عليه اسم فانتوم. أبدت شركة RCA اهتمامًا بتصميم باز، وأطلعت شركتها التابعة، شركة الإذاعة الوطنية (NBC)، على الميكروفون الجديد. قررت شركة RCA تقديم طلب براءة اختراع US2,810,110 للميكروفون في 16 يوليو 1954 وتم منحها في 15 أكتوبر 1957. تم استخدام التصميم للميكروفون اللاسلكي ND-433 الذي استخدمته NBC في عام 1955.

في يونيو 1954، شغل باز منصبًا هندسيًا في شركة فيلكو ، حيث تم تكليفه بالعمل في قسم هندسة منتجات الترانزستور لدراسة نظرية عمل دوائر التبديل ذات الاقتران المباشر التي ابتكرها ر. براون. استخدمت هذه الدوائر مقاومة واحدة لكل ترانزستور، وهو ما كان ثوريًا في ذلك الوقت نظرًا لقلة عدد مكوناتها. كانت الترانزستورات تُستخدم في الأساس كأجهزة رقمية ثنائية الوضع (تشغيل/إيقاف)، مما كان مفيدًا في صناعة الحواسيب الرقمية ذات الحالة الصلبة. بعد فهم نظرية دوائر التبديل، اخترع باز دائرة "الثلاثي" ذات الاقتران المباشر، وهي عبارة عن مضخم خطي ثلاثي المراحل يستخدم مقاومة واحدة فقط لكل مرحلة تضخيم. خلال هذه الفترة، تعرف باز على روبرت نويس ، الذي كان يعمل أيضًا في قسم أبحاث الترانزستور. كان لمضخم الاقتران المباشر دورٌ مؤثر في تطوير مضخم العمليات uA709 من شركة فيرتشايلد على يد بوب ويدلار ، الذي كان نويس على دراية به كونه أحد مؤسسي شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات .

يُعدّ المُضخّم ذو الاقتران المباشر أساسًا لجهاز السمع مارك 1 من شركة فيلكو، والذي استخدم الدائرة المبنية باستخدام ترانزستورات من سبائك السيليكون. وقد أُدرج جهاز السمع في الشكل 5 كتطبيق لتقنية الثلاثية في براءة الاختراع الأمريكية رقم 3030586 ^{[ 1 ].}

بعد ذلك، عاد باز للعمل في شركة آر سي إيه في أغسطس 1955. وعمل على تصميم وحدة تغذية طاقة تستخدم ترانزستورات صغيرة قادرة على تنظيم والتحكم في كمية كبيرة من الطاقة. أسفر هذا البحث عن دوائر كهربائية جديدة صممها باز ونُشرت في المجلة الأكاديمية الداخلية لشركة آر سي إيه، مختبر خدمات الصناعة. ^{[ 2 ]} وفي وقت لاحق، نشر باز تصميمه مع الرابطة الدولية لمهندسي الراديو، وعرض نتائج بحثه في مؤتمر الرابطة عام 1957.

واصل باز العمل على تصميمات مختلفة لمضخمات الترانزستور لشركة RCA، بما في ذلك تصميم دائرة ترانزستور يمكن استخدامها في خط إنتاج مضخمات الصوت المثبتة على الرفوف. أصبحت دائرة الترانزستور هذه معادلًا أوليًا لمضخم الترانزستور لأجهزة تشغيل الأسطوانات الاحترافية. قدم باز بحثه في المؤتمر السنوي لهندسة الصوت عام 1957. ^{[ 3 ]} تشمل المنتجات الإضافية مضخم طاقة الترانزستور "الهجين"، الذي كان أول مضخم بقدرة 10 واط بنسبة تشويه أقل من 0.333% ضمن نطاق تردد من 30 هرتز إلى 15000 هرتز. كما كان متوافقًا مع أي ترانزستورات طاقة RCA 2N301. نُشر مضخم طاقة الترانزستور منخفض التشويه في مجلة الصناعات الإلكترونية ، وعرض باز نتائج بحثه في المؤتمر الوطني لمعهد مهندسي الراديو (IRE) عام 1959.

لا يعني الاستخدام الشائع لمصطلح "مضخم التيار المستمر" بالضرورة "مضخم التيار المباشر"، إذ يمكن استخدام هذا النوع مع إشارات التيار المستمر والتيار المتردد على حد سواء . يتشابه استجابة التردد لمضخم الاقتران المباشر مع مرشح الترددات المنخفضة، ولذا يُعرف أيضًا باسم "مضخم الترددات المنخفضة". لا يُمكن تضخيم التيار المستمر (التردد الصفري) إلا بواسطة هذا المضخم، ولذلك أصبح فيما بعد لبنة أساسية في بناء مضخمات التفاضل ومضخمات العمليات . علاوة على ذلك، لا تسمح تقنية الدوائر المتكاملة أحادية البنية بتصنيع مكثفات اقتران كبيرة.

تعاني المضخمات ذات الاقتران المباشر، المصممة بالشكل التقليدي لمضخمات أحادية الطرف موصولة على التوالي ، من انحراف جهد الخرج مع مرور الوقت وتغير درجة الحرارة. في العديد من التطبيقات التي تتطلب كسبًا عاليًا، من الضروري إجراء تعديلات إزاحة لمعالجة هذا الانحراف. ويمكن التغلب على مشكلة الانحراف باستخدام المضخمات التفاضلية . ^{[ 4 ]}

تُستخدم مكبرات الصوت ذات الاقتران المباشر في منظمات الجهد ، ومحركات المؤازرة ، ومكبرات القياس الأخرى . كما أنها تُشكل لبنة أساسية لمكبرات الصوت التفاضلية ومكبرات الصوت التشغيلية .

• الاقتران السعوي