Site Loader

Содержание

Выходное сопротивление — Справочник химика 21

    В качестве источника переменного напряжения применяют различные звуковые генераторы с интервалом частот 20—20 ООО Гц. Поскольку внутреннее сопротивление таких генераторов велико, а амплитуда переменного напряжения во избежание усреднения по потенциалу мала, ток, идущий на заряжение двойного слоя, также мал. Уменьшение тока заряжения особенно существенно при измерениях на высоких частотах и может привести к получению неправильных результатов. Чтобы этого избежать, между генератором и импедансным мостом помещают специальный согласующий трансформатор с низким выходным сопротивлением. При подборе частот следует избегать величин, кратных 50, например лучше проводить измерения не при частоте 700 Гц, а при 720 или 680 Гц. Этим обеспечивается лучшая защита от помех, источником которых служит силовая сеть переменного напряжения с частотой 50 Гц, [c.172]
    Импедансный преобразователь.
Для согласования высокоомного источника напряжения с низкоомным измерительным прибором (например, преобразование входных и выходных сопротивлений до малых значений в некоторых компенсационных электронных самописцах) в электронной измерительной технике используют усилитель постоянного напряжения, называемый импедансным преобразователем. Он обладает высоким входным и низким выходным сопротивлением, а усиление им напряжения составляет Ки= 1- [c.448]

    Усилитель измеряемых переменных величин используют для решения тех же задач, которые рассматривались в разд. А.2.3.1, посвященном усилению постоянного напряжения. Следует учитывать, что входное и выходное сопротивления являются комплексными величинами, поэтому наряду с омическими сопротивлениями / е и указывают еще входную и выходную емкости, соответственно Се и Са. Стабильность выходного напряжения усилителей переменного напряжения, собранных по простым схемам, уже достаточно хороша. Однако для обеспечения хорошей линейности усиления требуются более сложные схемы.

Чувствительность усилителей ограничена их собственными шумами, которые в значительной степени зависят от первой ступени усилителя. Предельная чувствительность современных усилителей составляет характеристикой усилителя переменного напряжения является ширина полосы пропускания В. Она указывает область рабочих частот усилителя и определяется как разность между вер (ней и нижней предельными частотами (/о /ц), при которых усиление снижается в I// 2 раз по сравнению со значением максимума усиления [А.2.5]. Различают широкополосные и избирательные усилители. 
[c.448]

    Дальнейшее сближение торцов трубопроводов приводит к резкому повышению давления, обусловленному увеличением выходного сопротивления радиального потока, формируемого в зоне встречи струй. Это обстоятельство необходимо учитывать при проектировании технологических аппаратов, работа которых основана на принципе встречных струй. 

[c.132]

    Электрический сигнал, снимаемый с анода фотоумножителя, мож о непосредственно подавать на осциллограф. При этом сопротивление анодной нагрузки подбирается исходя из длины и волнового сопротивления кабеля так, чтобы не было затяжки электрического сигнала. Иногда для согласования высокого выходного сопротивления ФЭУ с низкоомным кабелем используется катодный повторитель, называемый усилителем мощности, который имеет высокое входное сопротивление и низкоомный выход. Аналогичные эмиттерные повторители, собранные на транзисторах, хотя и занимают мало места, но менее предпочтительны из-за высокого коэффициента шумов. Усиление сигнала при помощи вертикального усилителя осциллографа возможно при наличии дифференциального усилителя, позволяющего компенсировать отклонение нулевой линии. 

[c.185]


    Нестабильность выходного напряжения источника в зависимости от тока нагрузки обусловливается выходным сопротивлением источника. [c.109]

    Конечный каскад усилителя выполнен по схеме эмиттерного повторителя для согласования высокого выходного сопротивления усилителя с низкоомной нагрузкой.

Нагрузкой усилителя является мостовая выпрямительная схема Гретца, составленная из диодов ДЗП, в диагональ которой включен микроамперметр (100 мкА). Для компенсации начального тока на выпрямительный мост подается постоянное напряжение с делителей, образованных резисторами R20, R21, R22, R23. С помощью переменного сопротивления R21 устанавливается нуль микроамперметра. Выбранная схема компенсации начального тока позволяет производить выпрямление усиленного сигнала на линейном участке характеристики диодов ДЗП, благодаря чему шкала прибора линейна. [c.302]

    Сопротивление резистора R21 принимается равным 100 ом из условия согласования выходного сопротивления мостовой схемы со входом потенциометра и получения наибольшей чувствительности. 

[c.276]

    Рис 2 Фотоэлектрич пирометр 1-объектив, 2, 3 диафрагмы 4-светофильтр, 5-фотоэлемент, 6-лампа, 7-модулятор света, 8-заслонка, 9-усилитель Ядь, -входное и выходное сопротивления в цепи лампы [c. 540]

    Недостатком пироэлектрических преобразователей является большое выходное сопротивление, влияние вибраций и других внешних воздействий. [c.185]

    Обозначив Pi и 1 давление и энтальпию пара или газа перед сопротивлением на входе сосуда, Р и i — давление и энтальпию пара или газа внутри сосуда и Рг — давление после выходного сопротивления, для поступающего пара или газа можно записать в общем виде выражение 

[c.145]

    Еще более высокое входное сопротивление К — КуК и коэффициент передачи 1 в сочетании с очень малым выходным сопротивлением Л вых имеет повторитель напряжения, получающийся в том случае, когда из схемы (рис. 1.7, е) исключают оба резистора, т.е. при К = О и Ло = 0. [c.40]

    Омическое падение напряжения. Раствор с удельной электропроводностью X создает определенное сопротивление току датчика. Кроме объемного сопротивления заметное влияние могут оказывать включенные последовательно с Лу сопротивление электрода Кз (например,сопротивление столба ртути в узком капилляре) и выходное сопротивление источника поляризующего напряжения (потенциостата) 

[c. 298]

    Входные и выходные сопротивления рассчитываются как местные потери в соответствии с конструкцией аппарата (например, внезапное расширение или сужение на входе, плавный переход и отвод на выходе и т.д.). [c.224]

    Выходное сопротивление питающего усилителя равно [c.63]

    Габаритные размеры емкостных преобразователей определяются конструктивными соображениями. Но в любом случае нужно стремиться к увеличению электрической емкости преобразователя, так как это уменьшает его выходное сопротивление и облегчает требования, предъявляемые к изоляции измерительной цепи преобразователя. Для увеличения емкости преобразователя зазор между пластинами уменьшают насколько возможно по технологическим и конструктивным соображениям. 

[c.590]

    Следует отметить, что электрические емкости большинства емкостных преобразователей составляют 10. .. 100 пФ, при этом начальный зазор между обкладками может быть доведен до 5. .. 10 мкм, однако даже при таких зазорах их выходное сопротивление на высоких частотах велико (10 … 10 Ом). 

[c.590]

    При проектировании емкостных преобразователей следует обращать внимание на экранирование проводов, выбор изоляции электродов и частоты питания. Чем выше эта частота, тем меньше выходное сопротивление, поэтому нередко частоту питания выбирают большой (до нескольких МГц). Допустимые значения напряжения питания емкостных преобразователей достаточно велики и ограничиваются [c.597]

    Сигнал от датчика АЭ, представляющего собой таблетку пьезокерамики ЦТС, поступает на преобразователь импеданса, согласующий высокое выходное сопротивление датчика АЭ с низким входным сопротивлением широкополосного усилителя. Усиленный сигнал детектируется и подается на аналоге -цифровой преобразователь (АЦП) на основе полупроводниковой интегральной микросхемы. АЦП обеспечивает преобразование нормированного напряжения в цифровой код и имеет цикл автоматической коррекции нуля.

[c.282]

    Если сопротивлением в цепи можно пренебречь по сравнению с сопротивлением раствора, то разность потенциалов между электродами равна напряжению, снимаемому с источника. Поэтому необходимо, чтобы выходное сопротивление источника напряжения и специальное измерительное сопротивление, включенное последовательно с электролитической ячейкой, не превышали нескольких сотен омов. Усилитель осциллографа при применении столь низкой величины измерительного сопротивления должен отвечать очень высоким требованиям. В некоторых схемах предусматривают особые устройства для компенсации падения напряжения на измерительном сопротивлении в поляризующей цепи [28]. Падение напряжения на измерительном сопротивлении после усиления подводится к горизонтальным пластинкам осциллографа, на экране которого и наблюдают изменение тока, протекающего через раствор. На вертикальные пластины осциллографа подается усиленное напряжение с электродов ячейки. Таким образом, на экране осциллографа возникает кривая зависимости силы тока от напряжения, как это имеет место и в классической полярографии.

[c.471]


    К преимуществам электродинамических вибродатчиков следует отнести большой амплитудный диапазон, низкое выходное сопротивление и возможность передачи сигналов по длинной линии связи. Действие большинства параметрических преобразователей основано на изменении комплексных сопротивлений или проводимости электрических цепей. [c.606]

    Усилитель на вакуумной лампе. Механизм усиления электрического сигнала триодом или пентодом можно легко уяснить себе на следующем примере (рис. 22.6). Подадим на управляющую сетку синусоидальный сигнал такой величины, чтобы общее изменение напряжения лежало в линейной области анодно-сеточной характеристики лампы. Предположим, что удвоенная амплитуда сигнала равна 1 в, а выходное сопротивление схемы, с которой поступает сигнал, равно 10 ом. Тогда уровень мощности входного сигнала можно определить согласно формуле Р = Е1 = Е 1Я= вг= 10 мквт. [c. 288]

    Принцип действия полярографа состоит в следующем (рис. 5-4). В определенный момент жизни ртутных капель двух электродов к ячейкам от генератора с низким выходным сопротивлением (порядка 10 ом) одновременно прикладывается линейно изменяющееся на- [c.103]

    В этих условиях не заметно шума или дрейфа нулевой линии при стабильной неподвижной фазе. При полной чувствительности шум усилителя возрастает до 0,02 мв (входное сопро—тивление 10 ом, выходное сопротивление 100 ом, постоянная времени 1 сек). Он, однако, значительно меньше, чем шум и, дрейф нулевой линии, создаваемые многими неподвижными фазами при 100° в набивных колонках. [c.182]

    Большое значение имеет согласование входного сопротивления потенциометра и выходного сопротивления электронного блока, к которому он подсоединяется. Обычные значения входных сопротивлений потенциометров колеблются от 50 до 2500 Ом (ЭПП-09 — 100 Ом). [c.173]

    Заряды конденсаторов измеряют ламповым вольтметром 3, на выходе которого получают разность напряжений на этих конденсаторах. В качестве лампового вольтметра служит балансный усилитель с высокоомным входом и стопроцентной отрицательной обратной связью. Низкое выходное сопротивление лампового вольтметра позволяет использовать в качестве регистрирующего прибора 4 электронный самопишущий потенциометр ЭОП-09. Результаты измерения, выраженные непосредственно в концентрациях определяемых элементов, записывают на бумаге с логарифмической шкалой. [c.47]

    Входное и выходное сопротивления газопровода представляют собой эквивалентное сопротивление току, входящему в тело газопровода из земли и выходящему из тела газопровода (рис. 2), и содержат активную и реактивную составляющие. В общем случае не следует определять как входное сопротивление длинной линии с распределенными параметрами. На высоких частотах можно пренебречь активной составляющей входного и выходного сопротивлений и считать их чисто емкостными (Хв и Хвых), равными сопротивлению конденсаторов, образованных участками трубопровода длиной Lb x и землей.[c.105]

    Следовательно, при поляризации переменным током часть его /р, пропорциональная мс, представляет ток перезаряжения двойного слоя. Другая часть тока (фарадеевский ток) /ф, пропорциональная Мг, характеризует скорость электрохимической реакции. Отношение I/1ф — значений потенциала электрода, поляризующего тока и угла сдвига фаз дает возможность рассчитать доли емкостного и электрохимического токов. Рассматривая последний ток, можно сделать заключения о характере самих электродных процессов. В общем случае емкость и сопротивление электрода зависят от потенциала, поэтому появляются искажения синусоидальной кривой, что затрудняет применение этого метода к изучению электрохимических реакций. Применением прямоугольного переменного тока удается снизить влияние тока перезаряжения двойного слоя. При подаче на электрод единичного прямоугольного импульса тока (рис. 127) скорость заряжения определяется емкостью двойного слоя с и сопротивлением электрической цепи г. Если внутреннее сопротивление электролитической ячейки мало, а генератор прямоугольных импульсов имеет низкое выходное сопротивление, то в силу малой величины постоянной времени цепи (т = гс) электрод будет заряжаться за время т = 5т . Следовательно, через время т все изменения потенциала электрода и силы поляризу-228 [c.228]

    Все сказанное о линейном (усилительном) и импульсном (ключевом) режимах работы биполярных транзисторов относится и к полевым транзисторам, за исключением того, что управление выходным током полевого транзистора осуществляется не входным током, а входным напряжением ввиду весьма большого входного сопротивления. Это обстоятельство (Сказывается весьма важным при последовательном включении транзисторных схем, когда выход предыдущей транзисторной цепи подключается к входу следующей. При использовании полевых транзисторов легко обеспечивается условие, при котором входное сопротивление следующего транзисторного каскада оказывается больше выходного сопротивления предыдущего каскада. Данное условие устраняет нежелательное обратное влияние последующего каскада на предыдущий. Заметим, что на высоких частотах входное сопротивление полевых транзисторов уменьшается из-за неравной нулю емкости Сз , проводимость которой шСзи растет с увеличением частоты. По этой причине на частотах в сотни МГц входные сопротивления полевого и биполярного транзисторов становятся соизмеримыми. [c.33]

    Пьезоэлектрические преобразователи применяют для измерения параметров абсолютных колебаний нев-ращающихся частей механизмов. Пьезоэлектрические преобразователи обладают высокими метрологическими параметрами, широким амплитудным и частотным диапазоном, простотой конструкций, высокой надежностью и сравнительно низкой стоимостью. Основными недостатками пьезоэлектрических преобразователей являются высокое выходное сопротивление и низкая помехозащищенность. В значительно меньшей степени эти недостатки свойственны пьезоэлектрическим преобразователям, относящимся к классу параметрических преобразователей. [c.605]

    Схема ультразвукового генератора с выходной мощностью, равной 1,5 кв на частоте 20 кгц, представлена на рис. 19 [43]. Генератор рассчитан на диапазон 15- 40 кгц при выходном сопротивлении 25- -200 ом с выпрямителем подмагничивания. на 20 а. Задающий генератор собран на пампах 6Ж8 и 6ПЗ-С по схеме КС генератора с глубокой отрицательной обратной связью для уменьшения нелинейных и частотных искажений. Усилитель напряжения собран на лампе ГУ-50 с трансформаторным выходом Тр-7). Регулировка напряжения высокой частоты осуществляется с помощью потенциометра в цени сетки ГУ-50. Напряжение со вторичной обмотки междулампового трансформатора подается на сетки ламп оконечного каскада, собранного по двухтактной схеме на лампах ГУ-80. Сердечник выходного трансформатора (Тр-8) имеет сечение 56 см . Для уменьшения потерь на вихревые токи и гистерезис он собран из листовой высокочастотной стали толщиной 0,1 мм. Первичная обмотка Тр-8 состоит из двух половин по 240 витков каждая, вторичная обмотка— секционированная. Лампы ГУ-80 имеют принудительное воздушное охлалодение. Блок питания собран на шести газотронах ВГ-129 и обеспечивает выпрямленный ток [c.70]

    Анодную защиту промышленных установок осуществляли при помощи потенциостата, который дает ток 300 а. Фирма Анатрол (США) выпустила потенциостат, предназначенный для анодной защиты стальных резервуаров в среде сильно агрессивных жидкостей (олеум, фосфорная кислота, щелочи). На резервуаре автоматически поддерживают пассивный потенциал при помощи платинового катода [183]. В качестве источника тока, необходимого для пассивации и поддержания установки в пассивном состоянии, может быть использован выпрямитель тока с низким выходным сопротивлением и малой зависимостью напряжения от отбираемого тока [160]. В случае защиты от коррозии в серной кислоте аппаратов из нержавеющей стали с применением медного катода напряжение не должно падать ниже 0,5 е и в процессе устойчивой работы не должно превышать примерно 1,2 е, т. е. находиться в области устойчивого пассивного состояния нержавеющей стали. В случае применения обычного селенового или германиевого выпрямителя можно получить подходящую характеристику при длительной нагрузке, если на защиту установки будет потребляться приблизительно 20% от максимальной мощности выпрямителя. При этом источник тока ведет себя до некоторой степени аналогично потенциостату и обладает способностью [c.150]


7.4. Входное сопротивление длинной линии

7.4. Входное сопротивление длинной линии

Чтобы найти выражение для входного сопротивления линии, запишем выражение, определяющее ее сопротивления в произвольной точке:

.                          (7.32)

Полагая х = 0, находим входное сопротивление:

.                                          (7.33)

 

Найдем отношение Uотр/Uпр. Для этого разделим числитель и знаменатель на Uпр:

.                                                  (7.34)

Определим сопротивление нагрузки линии. Для этого в выражении (7.32) примем x = l.

.                                  (7.35)

Решая совместно (7.33) и (7.34), получим следующие выражения:

а) при

имеем режим холостого хода, для которого;                                                  (7.36)

б) при

имеем режим короткого замыкания, для которого;                                                  (7. 37)

в) при

имеем режим согласованного включения, для которого.                                                          (7.38)

Используя выражения (7.36) и (7.37), на рис. 7.6 построены графики изменения входного сопротивления длинной линии для режимов холостого хода (

) и короткого замыкания (). При согласованном включении линии ее входное сопротивление является чисто активным, т.е. .

Рис. 7.6. Графики изменения входного сопротивления длинной линии при

и .

На основании вышеприведенных соотношений и графиков можно сделать следующие выводы:

входное сопротивление длинной линии без потерь в режимах короткого замыкания (холостого хода) зависит от длины линии и может носить индуктивный (емкостной) характер в диапазонеx = 0, …, λ/4, емкостной (индуктивный) характер в диапазоне x = λ/4, …, λ/2 и т.д;

при длинах линии, кратных λ/4, входное сопротивление короткозамкнутой (разомкнутой) линии эквивалентно параллельному (последовательному) колебательному контуру, а при длинах, кратныхλ/2, – входному сопротивлению последовательного (параллельного) колебательного контура.

Перечисленные свойства длинных линий широко используются в технике сверхвысоких частот.

Частотные характеристики входных сопротивлений отрезков длинных линий достаточно хорошо воспроизводят характеристики колебательных контуров. Это позволяет использовать их для селекции колебаний очень высоких частот.

При длине линии x = λ/4 входное  сопротивление короткозамкнутого отрезка обращается в бесконечность. Это дает возможность использовать четвертьволновые короткозамкнутые  отрезки в качестве изолятора.

На сверхвысоких частотах короткозамкнутые отрезки линии могут быть использованы для построения фильтров.

На основе четвертьволновых отрезков создаются согласующие трансформаторы сопротивлений, которые используются для согласования соединяемых между собой линий, имеющих разные волновые сопротивления.

Чему равно выходное сопротивление усилителя. Измерение чувствительности и номинальной выходной

Входное сопротивление усилителя значительно варьируется в зависимости от конфигурации схемы, как показано на рисунке ниже. Оно также зависит от смещения. Здесь не учитывается, что входной импеданс является комплексной величиной и зависит от частоты. Для схем с общим эмиттером и общим коллектором он равен сопротивлению базы, умноженному на коэффициент β. Сопротивление базы по отношению к транзистору может быть как внутренним, так и внешним. Для схемы с общим коллектором:

\(R_{вх} = \beta R_Э\)

Для схемы с общим эмиттером немного сложнее. Нам необходимо знать внутреннее сопротивление эмиттера r Э. Оно вычисляется по формуле:

\(r_Э = KT/I_Э m\)

  • K=1.38×10-23 Дж·К−1 — постоянная Больцмана;
  • T — температура в Кельвинах, берем ≅300;
  • IЭ — ток эмиттера;
  • m — для кремния изменяется от 1 до 2.

\(r_Э = 0,026 В/I_Э = 26 мВ/I_Э\)

Таким образом, R вх для схемы с общим эмиттером равно:

\(R_{вх} = \beta r_{Э}\)

Например, входное сопротивление усилителя на транзисторе с β = 100, на схеме с общим эмиттером и смещением 1 мА равно:

\(r_Э = 26 мВ/ 1 мА = 26 \;Ом\)

\(R_{вх} = \beta r_Э = 100 \cdot 26 = 2600 \;Ом\)

Для более точного определения R вх для схемы с общим коллектором необходимо учитывать R Э:

\(R_{вх} = \beta (R_Э + r_Э)\)

Формула выше также применима и для схемы с общим эмиттером с резистором эмиттера.

Входной импеданс схемы с общей базой равен R вх = r Э.

Высокий входной импеданс схемы с общим коллектором согласовывается с источниками с высоким выходным сопротивлением. Одним из таких источников с высоким импедансом является керамический микрофон. Схема с общей базой иногда используется в RF (радиочастотных) схемах для согласования с источником с низким импедансом, например, с коаксиальным кабелем 50 Ом. С источниками со средним импедансом хорошо согласуется схема с общим эмиттером. Примером может служить динамический микрофон.

Выходные сопротивления трех основных типов схем приведены на рисунке ниже. Средний выходной импеданс схемы с общим эмиттером сделал ее самой популярной в использовании. Низкое выходное сопротивление схемы с общим коллектором хорошо подходит для согласования, например, для бестрансформаторного соединения с 4-омным динамиком.

Обычно вопросу согласования сопротивлений уделяют недостаточно внимания. Цель этого раздела состоит в том, чтобы описать в общих чертах принципы и практику согласования сопротивлений.

Входное сопротивление.У любого электрического устройства, для работы которого требуется сигнал, имеется входное сопротивление. Точно так же, как и любое другое сопротивление (в частности, сопротивление в цепях постоянного тока), входное сопротивление устройства есть мера тока, текущего по входной цепи, когда ко входу приложено определенное напряжение.

Например, входное сопротивление 12-вольтовой осветительной лампы, потребляющей 0,5 А, равно 12/0,5 = 24 Ом. Лампа является простым примером сопротивления, так как нам известно, что в ней нет ничего, кроме нити накаливания. С этой точки зрения входное сопротивление такой схемы, как усилитель на биполярном транзисторе, может казаться чем-то более сложным. На первый взгляд, наличие в схеме конденсаторов, резисторов и полупроводниковых p-n переходов делает определение входного сопротивления трудным. Однако любую входную цепь, какой бы сложной она не была, можно представить в виде простого импеданса, как это сделано на рис.2.18. Если UВХ — напряжение переменного входного сигнала, а IВХ — переменный ток, текущий по входной цепи, то входной импеданс равен ZВХ = UВХ/ IВХ[Ом].

У большинства схем входной импеданс имеет резистивный (омический) характер в широком диапазоне частот, в пределах которого сдвиг по фазе между входным напряжением и входным током пренебрежимо мал. В этом случае входная цепь выглядит так, как показано на рис. 2.19, справедлив закон Ома и нет необходимости в алгебре комплексных чисел и в векторных диаграммах, применяемых к цепям с реактивными элементами.

Рис.2.18. Схема с парой входных клемм, иллюстрирующая понятие входного импедансаZВХ

Важно отметить, однако, что из омического характера входного импеданса не обязательно следует возможность его измерения на постоянном токе; на пути входного сигнала могут находиться реактивные компоненты (например, разделительный конденсатор), которые несущественны в отношении переменного сигнала на средних частотах, но не позволяют проводить измерения во входной цели на постоянном токе. Исходя из сказанного, при дальнейшем рассмотрении будем считать, что импеданс носит чисто омический характер и Z=R.

Измерение входного сопротивления. Напряжение на входе легко измерить с помощью осциллографа или вольтметра переменного напряжения. Однако так же легко измерить переменный ток нельзя, в частности, в случае, когда входное сопротивление велико. Самый подходящий способ измерения входного сопротивления показан на рис.2.19.

Рис.2.19. Измерение входного сопротивления

Резистор с известным сопротивлением R включают между генератором и входом исследуемой схемы. Затем с помощью осциллографа или вольтметра переменного напряжения с высокоомным входом измеряются напряжения U1 и U2по обе стороны резистора R. Если IВХ — переменный входной ток, то, согласно закону Ома, на резисторе падает напряжение, равное U1 — U2 = RIВХ. Отсюда I ВХ = (U1 — U2)/R, R ВХ = U2 / R. Следовательно Если исследуемая схема является усилителем, то часто удобнее всего определять U1 и U2, выполняя измерения на выходе усилителя: U1измеряется при непосредственном подключении генератора ко входу, а U2 — при последовательном включении со входом резистора R. Поскольку в выражении для RВХ присутствует только отношение U1/U2, коэффициент усиления не играет никакой роли. Предполагается, что при выполнении этих измерений напряжение на выходе генератора остается неизменным. Вот очень простой пример: если включение последовательно со входом резистора с сопротивлением 10 кОм вызывает уменьшение напряжения на выходе усилителя наполовину, то U1 /U2 = 2 и RВХ = 10 кОм.

Выходное сопротивление. Пример, дающий представление о выходном сопротивлении, такой: свет фар автомобиля чуть тускнеет при работе стартера. Большой ток, потребляемый стартером, вызывает падение напряжения внутри аккумулятора, в результате чего напряжение на его клеммах уменьшается и свет фар становится менее ярким. Это падение напряжения происходит на выходном сопротивлении аккумулятора, возможно, более известном как внутреннее сопротивление или сопротивление источника.

Расширим это представление, распространив его на все выходные цепи, включая цепи постоянного и переменного тока, у которых всегда имеется определенное выходное сопротивление, соединенное с источником напряжения. В применимости такого простого описания даже к самым сложным схемам убеждает правило, говорящее о том, что любую цепь с сопротивлениями и источниками, имеющую две выходные клеммы, можно заменить на последовательно включенные одно сопротивление и один источник. Здесь под словом «источник» нужно понимать идеальный компонент, вырабатывающий напряжение и продолжающий поддерживать это напряжение неизменным даже тогда, когда от него потребляется ток. Описание выходной цепи показано на рис. 2.20, где RВЫХ — выходной импеданс, а U — выходное напряжение холостого хода, то есть напряжение на выходе разомкнутой цепи.

Рис.2.20. Эквивалентная схема выходной цепи

Обсуждая вопрос о входном и выходном сопротивлении, уместно обратить внимание на впервые появляющееся понятие: эквивалентная схема. Все схемы на рис. 2.18, 2.19 и 2.20 являются эквивалентными схемами. В них не обязательно отражены реальные компоненты и соединения в рассматриваемых устройствах; эти схемы являются удобным способом представления, который полезен для понимания того, как ведет себя то или иное устройство.

Рис. 2.20, показывает, что в случае, когда к выходным клеммам подключается резистор или входные клеммы другого устройства, часть напряжения источника U падает на внутреннем сопротивлении источника.

Измерение выходного сопротивления. Простой метод измерения выходного сопротивления следует из схемы на рис.2.20. Если выходные клеммы замкнуть накоротко, изменить текущий при этом ток короткого замыкания IКЗ и учесть, что он совпадает с током, текущим по сопротивлению RВЫХ в результате приложения к нему напряжения U, то получим: RВЫХ = U/IКЗ. Напряжение U, поставляемое в схему источником, измеряется на выходных клеммах в режиме «холостого хода», то есть при пренебрежимо малом выходном токе. Таким образом, выходное сопротивление легко можно получить как отношение напряжения холостого хода к току короткого замыкания.

Рассмотрев этот принципиальный метод определения выходного сопротивления, необходимо сказать, что на этом пути имеются препятствия, присущие измерению выходного тока короткого замыкания в большинстве случаев. Обычно при коротком замыкании нарушаются условия функционирования схемы и нельзя получить достоверные результаты; в отдельных случаях могут выйти из строя те или иные компоненты, не выдержав ненормально большую нагрузку. Простая иллюстрация неприменимости метода короткого замыкания: попробуйте измерить выходное сопротивление сети переменного тока! Несмотря на эти недостатки с практической точки зрения, использование этого метода оправдано при теоретическом выводе выходного сопротивления схемы и в дальнейшем он применяется в этой главе.

Практический способ измерения выходного сопротивления показан на рис.2.21. Здесь выходное напряжение холостого хода измеряется вольтметром или осциллографом с высокоомным входом, а затем выходные клеммы шунтируются нагрузкой с известным сопротивлением R. Уменьшенное выходное напряжение при подключенной нагрузке непосредственно определяется тем же измерительным прибором. Значение RВЫХ можно вычислить как отношение величины, на которую упало напряжение, к выходному току.

Рис.2.21. Измерение выходного сопротивления с использованием шунтирующего резистора

Если U — это выходное напряжение холостого хода, а U1- выходное напряжение на нагрузке R, то падение напряжения на RВЫХпри наличии нагрузки равно U- U1, выходной ток при наличии нагрузки равен U1/R, поэтому RВЫХ= R(U — U1) /U1 Согласование сопротивлений для оптимальной передачи напряжения. В большинстве электронных схем рассматриваются сигналы, являющиеся напряжениями. В большинстве случаев, когда подключается одна часть схемы к другой, необходимо в максимальной степени передать напряжение при минимуме потерь. В этом и состоит требование максимальной передачи напряжения, обычно выполняющееся при согласовании сопротивлений. Рассмотрим с учетом этого критерия принцип согласования сопротивлений.

На рис.2.22 показаны два блока, соединенные друг с другом: для оптимальной передачи напряжения нужно, чтобы UВХ было почти равно U, насколько это возможно. Напряжение UВХ равно: UВХ = URВХ / RВЫХ + RВХ и UВХ≈U, RВХ >> RВЫХ

Рис. 2.22. Иллюстрация согласования сопротивлений между двумя устройствами

Другими словами, для возможно лучшей передачи напряжения от одной схемы к другой выходное сопротивление первой схемы должно быть много меньше, чем входное сопротивление второй схемы; как правило, нужно, чтобы RВХ> 10RВЫХ. Именно по этой причине применяемые для тестирования приборы, такие как генератор, проектируются с малым выходным сопротивлением (типичное значение 1 МОм).

Рис.2.23. Зависимость выходного напряжения схемы от сопротивления нагрузки

Если условия оптимального согласования сопротивлений не соблюдаются и сигнал поступает на вход схемы с входным сопротивлением, сравнимым с выходным сопротивлением источника, то в самом общем случае будут происходить просто потери напряжения. Такая ситуация возникает, когда два усилительных каскада на биполярных транзисторах, подобные изображенному на рис. 11.5, соединены один вслед за другим (каскадно). Как входное, так и выходное сопротивление у такого каскада на биполярном транзисторе одного порядка (обычно несколько тысяч Ом), и это значит, что около 50% напряжения сигнала теряется на связи между каскадами. С другой стороны, усилитель на полевом транзисторе (рис.11.13) много лучше с точки зрения согласования сопротивлений: у него очень большое входное сопротивление и среднее по величине выходное сопротивление; при соединении таких каскадов один за другим потери сигнала ничтожно малы.

Имеются один или два случая, когда согласование сопротивлений нуждается в особом внимании, так как слишком малое сопротивление нагрузки влияет не только на коэффициент усиления напряжения, но также и на частотную характеристику. Это происходит, когда выходной импеданс источника не является чисто резистивным, а наоборот, представляет собой реактивное сопротивление, и поэтому частотная характеристика изменяется. Простым примером служит конденсаторный микрофон, у которого выходной импеданс выражается не в омах, а в пикофарадах, с типичным значением в районе 50 пФ. Для хорошего воспроизведения низких частот нужно, чтобы входное сопротивление усилителя было большим по сравнению с реактивным сопротивлением емкости 50 пФ на частотах вплоть до 20 Гц. Практически для этого требуется, чтобы входное сопротивление было порядка 200 МОм, что обычно обеспечивается усилителем на полевом транзисторе, смонтированным в корпусе микрофона.

Согласование сопротивлений для оптимальной передачи мощности. Хотя, как правило, критерием при согласовании сопротивлений служит максимальный перенос напряжения, бывают случаи, когда требуется передать максимум мощности. Не приводя математических расчетов, сообщим, что для схемы 2.22 максимум мощности в RВХдостигается при RВХ = RВЫХ. Этот результат известен как теорема о максимальной мощности: максимум мощности передается от источника в нагрузку, когда сопротивление нагрузки равно выходному сопротивление источника. Эта теорема справедлива не только для резистивных компонентов, но и для комплексных компонентов ZВХ и ZВЫХ. В этом случае требуется, чтобы помимо условия RВХ = RВЫХ, выполнялось также условие XВХ = -XВЫХ, то есть при емкостном характере одного импеданса другой импеданс должен иметь индуктивный характер.

Согласование сопротивлений для оптимальной передачи тока. Иногда требуется согласование сопротивлений, обеспечивающее максимальный ток во входной цепи. Обращаясь снова к рис. 2.22, можно увидеть, что максимум входного тока IВХ достигается в том случае, когда полное сопротивление в цепи выбирается возможно меньшим. Поэтому, при фиксированном RВЫХ следует стремиться к возможно меньшему значению RВХ. Эта довольно нестандартная ситуация прямо противоположна обычному случаю, когда требуется передавать напряжение.


Так же, как и наушники, усилитель имеет свое собственное сопротивление, и если на это смотреть упрощенно, то электрическая схема выглядит так.



Таким образом мы имеем дело с дополнительным сопротивлением Rv, которое многие не учитывают и потом удивляются, почему их ожидания от звучания наушников не оправдываются. Условно можно разделить сопротивления усилителей на два типа — ровное и с повышением сопротивления в области низких частот.

Зависимость импеданса наушников и полного выходного сопротивления усилителя

Как Вы наверное знаете, когда наушники подключаются к усилителю, то их АЧХ меняется из-за индивидуального согласования импеданса наушников и полного выходного сопротивления усилителя. Если у наушников и усилителя сопротивление во всей полосе частот имеет постоянную величину или у усилителя сопротивление нулевое, то АЧХ не меняется, а вот во всех остальных случаях изменения неизбежны.
Если у усилителя выходное сопротивление постоянно, то частотный баланс будет меняться схожим образом с кривой имепеданса наушников, а если у усилителя сопротивление близко к нулю и повышается в области низких частот, то у наушников ослабнут низкие частоты.

В зависимости от значений сопротивлений наушников и усилителя и их соотношения, изменения могут быть как огромными, так и едва заметными. У высокоомных наушников изменения в АЧХ самые минимальные при подключении к разным усилителям, как и усилители с низким выходным сопротивлением мало влияют на АЧХ. Другими словами, чем выше соотношение сопротивления наушников к сопротивлению усилителя, тем меньше изменений в АЧХ.



Закономерный вопрос, а от чего же меняется АЧХ наушников? Дело в том, что чем меньше соотношение сопротивлений наушников к усилителю, тем на наушники подается меньше напряжения (), соответственно, если без наушников выставить уровень к примеру 1 В, то при подключении наушников значение напряжения подаваемого на наушники снизится, и чем не равномернее будет импеданс наушников, тем не равномернее и снизится АЧХ, какие-то частоты просядут существенно, а какие-то нет.



Пользователь обычно никогда не знает, сколько напряжения он подал на наушники, и если громкость недостаточная, то регулятор громкости исправляет ситуацию. Однако из-за того, что первоначально частоты снизились неравномерно, то подъем громкости возвращает их суммарный уровень, но уже в измененной АЧХ.

На графике в примере видно, что низкие и средние частоты просели больше, чем высокие.



Итоговый, понятный потребителю график принимает такой вид, где можно оценить не то, на сколько частоты проседают, сколько меняется их баланс.

Примеры типовых усилителей с характерными графиками полного выходного сопротивления

К категории усилителей с ровным выходным сопротивлением можно отнести (на основе измерений в лаборатории personalaudio)


К категории не только ровного выходного сопротивления, но близкого к нулевому можно отнести


К категории близкого к нулю и повышения в области низких частот можно отнести


В отчетах на каждые наушники дается анализ взаимодействия наушников с усилителями всех основных типов — с постоянным полным выходным сопротивлением и нулевым с подъемом в области низких частот.

Как измеряется внутреннее полное выходное сопротивление усилителя

Для измерения полного выходного сопротивления усилителя делается два измерения АЧХ усилителя под двумя нагрузками с помощью ARTA, при этом АЧХ фиксируется в абсолютных координатах а не относительных (как это делает например RMAA). Другими словами, делается оценка, на сколько проседают частоты под нагрузкой 16 Ом и под нарузкой 609 Ом. Конечный расчет кривой сопротивления производится в RAA, в которую загружаются данные по полученным АЧХ и указывается, под какой нагрузкой они были сделаны.

Нашли опечатку в тексте? Выделите и нажмите Ctrl+Enter . Это не требует регистрации. Спасибо.

6.3. Монтаж и исследование апериодического усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе

В усилителях на бипо лярных транзисторах используется три схемы подключения транзистора: с общей базой, с общим эмиттером, с общим коллектором. Наибольшее распространение получила схема включения с общим эмиттером.

Напомним, что входные цепи чувствительного усилителя низкой частоты обязательно выполняются экранированным проводом.

Для исследования работы усилителя по схеме рисунка 6.6 можно собрать усилитель, используя приведенную на рисунке 6.8 монтажную плату.

При монтаже усилителя необходимо в обязательном порядке соблюдать полярность подключения электролитических конденсаторов. На монтажной схеме показана полярность подключения только одного электролитического конденсатора. Полярность подключения двух других конденсаторов определяется по принципиальной схеме усилителя. Так как на выходе генератора синусоид альных колебаний, который будут использоваться для проверки изготовленного усилителя, нет постоянной составляющей напряжения, то полярность конденсаторов при использовании транзисторов n-р-n типа должна быть такой, как показано на рисунке 6.6, а для транзистора р-n-р типа — на рисунке 6.7.

Так как электролитические конденсаторы обладают индуктивным сопротивлением, то в высококачественных усилителях низкой частоты параллельно электролитическим конденсаторам ставят керамические конденсаторы небольшой емкости.

мощности усилителя низкой частоты

Предварительно задают необходимое значение коэффициента гармоник на выходе усилителя. Регулятор громкости усилителя устанавливают в положение максимальной громкости, а регуляторы тембра в среднее положение. Включают в сеть все измерительные приборы и подают питающее напряжение на усилитель. Со звукового генератора через делитель напряжения на резисторах R 1 , R 2 на вход усилителя подают синусоидальное напряжение частотой 1000 Гц. Постепенно увеличивают синусоидальное напряжение на входе усилителя и одновременно измеряют коэффициент гармоник сигнала на выходе усилителя. Как только коэффициент гармоник достигнет заданного значения, измеряют напряжение на выходе усилителя U Н.ВЫХ и определяют напряжение на входе усилителя U Н.ВХ. Если отсутствует чувствительный электронный вольтметр, то напряжение на входе усилителя определяют после измерения электронным вольтметром 1 напряжения U 1 на входе делителя напряжения (на резисторах R 1 и R 2 — рис. 6.9 ).

(6.1)

При небольшой чувствительности усилителя можно обойтись без делителя напряжения, так как мешающие напряжения, возникающие при подключении к входной цепи усилителя измерительных проводов, не окажут существенного влияния на результаты измерений.

Входное напряжение U н.вх характеризует чувствительность усилителя при заданном коэффициенте гармоник на выходе усилителя. Номинальную выходную мощность на нагрузке R н определяют по формуле:

(6.2)

Коэффициент гармоник 5-8 % можно примерно определить с помощью осциллографа. При таком коэффициенте гармоник заметно искажение синусоиды на экране осциллографа. Искажение синусоиды обнаружить проще, если воспользоваться двухлучевым осциллографом и сигнал на выходе усилителя сравнивать с сигналом на входе.

Таким образом, измерить чувствительность и определить номинальную выходную мощность усилителя низкой частоты при коэффициенте гармоник сигнала на выходе усилителя 5-8 % можно приблизительно без измерителя коэффициента гармоник. Максимальную выходную мощность усилителя определяют при коэффициенте гармоник 10 %.

Измерение входного сопротивления усилителя

Входное сопротивление усилителя низкой частоты обычно измеряют на частоте 1000 Гц. Если входное сопротивление усилителя R вх значительно меньше внутреннего сопротивления используемого вольтметра, то для определения входного сопротивления усилителя последовательно с его входом включают резистор, сопротивление которого примерно равно входному сопротивлению усилителя. Два электронных вольтметра подключают так, как показано на рисунке 6.10 , где R вх — входное сопротивление усилителя. Определение входного сопротивления усилителя сводится к решению следующей задачи: известны напряжения U 1 и U 2 , показываемые вольтметрами V 1 и V 2 , сопротивление резистора R; требуется определить R вх. Так как внутреннее сопротивление вольтметра V 2 значительно больше входного сопротивления усилителя, то:

(6.3)

Если входное сопротивление усилителя окажется соизмеримым с внутренним сопротивлением вольтметра, то определять R вх таким образом нельзя.

В этом случае для определения входного сопротивления усилителя собирают приборы по схеме рисунка 6.9 , но только без измерителя коэффициента гармоник. На вход усилителя подают синусоидальное напряжение частотой 1000 Гц, не превышающее по величине номинальное входное напряжение. Измеряют входное U вх1 и выходное U вых1 напряжения усилителя и определяют коэффициент усиления напряжения К = U вых1 /U вх1 . Затем последовательно со входом усилителя включают резистор R и, не изменяя напряжения на выходе звукового генератора, измеряют напряжение на выходе усилителя U вых2 . Напряжение на выходе усилителя уменьшилось, так как при включении резистора R последовательно со входом усилителя часть напряжения с выхода генератора падает на резисторе R, а часть — на входном сопротивлении R вх. На основании законов последовательного соединения можно записать:

U вх1 = U R + U R вх (6.4)

(6.5)

Выразим U Rвх и U вх1 через напряжения на выходе усилителя

(6. 6) (6.7)

Подставив (6.6) и (6.7) в (6.5) получим:

(6.8)

Из (6.8) получим выражение для входного сопротивления усилителя:

(6.9)

Для повышения точности определения R вх необходимо, чтобы сопротивление резистора R было одного порядка с входным сопротивлением усилителя R вх.

Измерение выходного сопротивления усилителя

Выходное сопротивление усилителя определяют из закона Ома для полной цепи

(6.10)

где R н — сопротивление нагрузки, R вн — внутреннее (выходное) сопротивление источника. Учитывая, что напряжение на зажимах источника U = I × R н из (6.10) получим

U = e — I × R вн (6.11)

Отключим R н, тогда ток I будет очень маленьким, следовательно, напряжение на зажимах источника U будет равно электродвижущей силе e . Подключим R н. Тогда падение напряжения внутри источника (e — U Rн) будет относиться к падению напряжения на нагрузке U Rн как внутреннее сопротивление источника относится к сопротивлению нагрузки

(6. 12) (6.13)

Для более точного определения внутреннего (выходного) сопротивления усилителя необходимо взять сопротивление R н одного порядка с внутренним.

Выходное сопротивление усилителя измеряют обычно на частоте 1000 Гц. От звукового генератора на вход усилителя подают синусоидальное напряжение 1000 Гц такое, чтобы при отключенной нагрузке коэффициент гармоник сигнала на выходе усилителя не превышал заданного для данного усилителя значения.

Для определения выходного сопротивления R вых измеряют выходное напряжение усилителя дважды. При отключенной нагрузке выходное напряжение будет равно ЭДС, а при подключенной — U Rн.

Выходное сопротивление усилителя определяют по формуле

(6.14)

Построение амплитудной характеристики

Важную информацию о качестве усилителя можно получить из амплитудной характеристики. Для снятия амплитудной характеристики собирают приборы по схеме рис. 6.9 , исключив измеритель гармоник. Со звукового генератора на вход усилителя подают синусоидальное напряжение частотой 1000 Гц такое, чтобы стало заметным отличие сигнала на выходе усилителя от синусоидального. Полученное значение входного напряжения увеличивают примерно в 1,5 раза и измеряют выходное напряжение усилителя электронным вольтметром. Полученные значения входного и выходного напряжения усилителя дадут одну из точек (крайнюю) амплитудной характеристики усилителя. Затем, уменьшая входное напряжение, снимают зависимость выходного напряжения от входного. Из амплитудной характеристики усилителя легко определяется коэффициент усиления по напряжению К=U вых /U вх. Входное и выходное напряжения усилителя для определения коэффициента усиления необходимо выбирать на линейном участке амплитудной характеристики. В этом случае коэффициент усиления усилителя не будет зависеть от входного напряжения.

Измерение уровня собственных шумов усилителя

Для определения уровня собственных шумов усилителя измеряют выходное напряжение усилителя, подключив к входу усилителя резистор, сопротивление которого равно входному сопротивлению усилителя. Уровень собственных шумов усилителя выражают в децибелах – формула (5.6). Для уменьшения влияния наводок от внешних электромагнитных полей входные цепи усилителя тщательно экранируют.

Определение коэффициента полезного действия усилителя

Коэффициент полезного действия усилителя определяют при подаче на вход синусоидального напряжения частотой 1000 Гц соответствующего номинальной выходной мощности. Определяют номинальную выходную мощность по формуле (6.2)

Мощность, потребляемую усилителем от источников (источника), определяют по формуле P 0 =I × U , где I — ток, потребляемый от источника, U — напряжение на клеммах усилителя, предназначенных для подключения источника питания (схему подключения амперметра и вольтметра выбирают с учетом минимальной погрешности определения потребляемой усилителем мощности в зависимости от имеющихся в наличии амперметра и вольтметра).

Определение диапазона усиливаемых частот

Для определения диапазона усиливаемых частот и коэффициента частотных искажений строят частотную (амплитудно-частотную) характеристику.

Из определения амплитудно-частотной характеристики усилителя следует, что для ее построения на вход усилителя можно подавать любое напряжение, соответствующее линейному участку амплитудной характеристики. Однако при слишком маленьких входных напряжениях могут появиться погрешности, обусловленные шумами и фоном переменного тока. При больших входных напряжениях могут проявиться нелинейности элементов усилителя. Поэтому амплитудно-частотную характеристику обычно снимают при входном напряжении, соответствующем выходной мощности, равной 0,1 от номинальной.

Приборы для снятия амплитудно-частотной характеристики собирают по схеме рис. 6.9 , причем измеритель гармоник и осциллограф можно не подключать.

Диапазон усиливаемых частот определяется из амплитудно-частотной характеристики с учетом допустимых частотных искажений. Амплитудно-частотная характеристика усилителя — это зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты. Из рис. 5.5 видно, как определить диапазон усиливаемых усилителем частот (полоса пропускания) при уменьшении коэффициента усиления на граничных частотах до 0,7 от максимального, что соответствует коэффициенту частотных искажений 3 дБ.

Важнейшими техническими показателями усилителя являются :

коэффициенты усиления (по напряжению, току и мощности), входное и выходное сопротивления, выходная мощность, коэффициент полезного действия, номинальное входное напряжение (чувствительность), диапазон усиливаемых частот, динамический диапазон амплитуд и уровень собственных помех, а также показатели, характеризующие нелинейные, частотные и фазовые искажения усиливаемого сигнала.

Коэффициенты усиления . Коэффициентом усиления по напряжению или просто коэффициентом усиления К , называется величина, показывающая, во сколько раз напряжение сигнала на выходе усилителя больше, чем на его входе:

К = .

Значение коэффициента усиления К у различных усилителей напряжения может иметь величину порядка десятков и сотен. Но и этого в ряде случаев недостаточно для получения на выходе усилителя сигнала требуемой амплитуды. Тогда прибегают к последовательному включению ряда усилительных каскадов:

К = К 1К 2 ∙ К n.

Коэффициент усиления представляет собой безразмерную величину. Учитывая, что в современных усилительных схемах коэффициент, выраженный в безразмерных единицах, получается довольно громоздким числом, в электронике получил распространение способ выражения усилительных свойств в логарифмических единицах – децибелах (дБ ). Коэффициент усиления, выраженный в децибелах, равен

К = 20lg = 20lg К

Обратный переход от децибел к безразмерной величине производится при помощи выражения

К =
.

Если принять К= 1, то

К =
=
10= 1,12.

Следовательно, усиление равно одному децибелу, если напряжение на выходе усилителя в 1,12 раза (на 12%) больше, чем напряжение на входе. Коэффициент усиления многокаскадного усилителя, выраженный в децибелах, представляет собой сумму коэффициентов усиления отдельных каскадов усиления, выраженных в тех же единицах:

20lg К = 20lg К 1 + 20lg К 2 + …+20lg К n

Кроме коэффициента усиления по напряжению, пользуются коэффициентами усиления по току и по мощности, которые также могут быть выражены в децибелах. Например, если мощность сигнала на входе усилителя имела значение Р вх, а затем повысилась до Р вых, то коэффициент усиления по мощности в децибелах можно найти по формуле

.

Следует помнить, что для перехода к децибелам при логарифме отношения мощностей ставится множитель 10, а при логарифме отношения напряжений или токов ставится множитель 20. Это объясняется тем, что мощность пропорциональна квадрату напряжения или квадрату тока

.

Входное и выходное сопротивления

Усилитель можно рассматривать как активный четырехполюсник, к входным зажимам которого подключается источник усиливаемого сигнала, а к выходным сопротивление нагрузки. На рисунке показана одна из возможных эквивалентных схем усилительного каскада. Источник входного сигнала показан в виде генератора напряжения с э.д.с. Е вх, имеющего внутреннее сопротивление R г. Со стороны выхода усилитель представлен в виде генератора напряжения с э.д.с. Е вых и внутренним сопротивлением R вых. Усилитель одновременно является нагрузкой для источника сигнала и источником сигнала для внешней нагрузки R н, причем нагрузкой усилителя может быть не только оконечное устройство (потребитель), но и вход следующего каскада усилителя.

Входное сопротивление усилителя в любом случае представляет собой сопротивление между входными зажимами усилителя. Оно равно

Выходное сопротивление R вых определяют между выходными зажимами усилителя при отключенном сопротивлении нагрузки R н.

В зависимости от соотношения внутреннего сопротивления источника R г и входного сопротивления усилителя R вх источник сигнала может работать в режиме:

холостого хода (R вх >> R г), короткого замыкания (R вх R г), согласования (R вх ≈ R г).

Аналогичные режимы работы возможны и для выходной цепи:

(R н >> R вых) – холостой ход; (R н R вых) – короткое замыкание; (R н >> R вых) – согласование.

В соответствии с этим различают как для входной, так и для выходной цепи режимы усиления напряжения, тока и мощности.

Каким образом можно получить большое входное сопротивление усилителя?

Входное сопротивление усилителя является одним из важнейших параметров усилителя. Очень часто оказывается важным, чтобы входное сопротивление было максимально большим (высоким). Условием большого входного сопротивления является большое сопротивление и малая входная емкость усилительного каскада, а также малое влияние входных цепей питания активного элемента.

Для ламповых усилителей с заземленным катодом входное сопротивление определяется максимально допустимым сопротивлением утечки сетки (составляющего максимально несколько мегом). Входная емкость зависит от емкости между сеткой и катодом Сс. к, а также емкости, вносимой за счет эффекта Миллера и равной Са. с(1 + Кu). На практике минимальная входная емкость составляет от единиц до 10–20 пФ. В большинстве случаев такое значение входного сопротивления вполне достаточно. В отдельных случаях, когда требуется значительно большее входное сопротивление, на входе усилителя можно использовать каскад с заземленным анодом или катодный повторитель (рис. 7.28, а). Характерными чертами-такой схемы являются: усиление по напряжению меньше единицы, малое выходное сопротивление, а также очень большое входное сопротивление и малая входная емкость. На практике получают входное со противление около десятков мегом, а емкость — нескольких пикофарад.

В транзисторных схемах, кроме схем на полевых транзисторах, характеризующихся высоким входным сопротивлением, получить большое входное сопротивление значительно труднее. Входное сопротивление усилителя, работающего по схеме с ОЭ, не превышает нескольких десятков килоом. Поэтому для получения больших входных сопротивлении приходится использовать специальные схемы. Одной из них является аналог лампового катодного повторителя — эмиттерный повторитель (рис.  7.28, б).

Рис. 7.28. Катодный (а) и эмиттерный (б) повторители

Входное сопротивление эмиттерного повторителя выражается формулой Zвх ~= h21эRэ, из которой следует, что оно равно сопротивлению в цепи эмиттера, умноженному на коэффициент передачи по току транзистора. Это не означает, что входное сопротивление может достигать произвольно большого значения за счет увеличения значения Rэ. Максимальное входное сопротивление не может превышать сопротивления база — коллектор, равного 1/h22б. Кроме того, делитель в цепи смещения базы, вносящий на вход сопротивление Rб = R1R2(R1 + R2), также уменьшает эффективное входное сопротивление повторителя.

Одним из эффективных методов увеличения входного сопротивления эмиттерного повторителя является увеличение коэффициента передачи транзистора по току h21э. В транзисторных схемах благодаря токовому характеру возбуждения (управления) транзистора это оказывается возможным в схеме «супер-альфа», называемой также схемой Дарлингтона. В этой схеме (рис. 7.29) ток эмиттера первого транзистора управляет базой второго транзистора, в связи с чем результирующий коэффициент передачи тока h21э равен произведению h’21э21э отдельных-транзисторов: h21э = h’21э21э. Для большего числа транзисторов, работающих в схеме Дарлингтона, h21э = h’21э21эh»’21э… На рис. 7.29 представлен эмиттерный повторитель, собранный по подобной схеме.

Рис.  7.29. Эквивалентная схема (а) и эмиттерный повторитель (б) схемы «суперальфа»

В соответствии с предыдущими рассуждениями его входное сопротивление выражается следующей формулой:

Zвх = h’21э21эh21к

Согласование сопротивлений | Основы электроакустики

Обычно вопросу согласования сопротивлений уделяют недостаточно внимания. Цель этого раздела состоит в том, чтобы описать в общих чертах принципы и практику согласования сопротивлений.

Входное сопротивление.У любого электрического устройства, для работы которого требуется сигнал, имеется входное сопротивление. Точно так же, как и любое другое сопротивление (в частности, сопротивление в цепях постоянного тока), входное сопротивление устройства есть мера тока, текущего по входной цепи, когда ко входу приложено определенное напряжение.

Например, входное сопротивление 12-вольтовой осветительной лампы, потребляющей 0,5 А, равно 12/0,5 = 24 Ом. Лампа является простым примером сопротивления, так как нам известно, что в ней нет ничего, кроме нити накаливания. С этой точки зрения входное сопротивление такой схемы, как усилитель на биполярном транзисторе, может казаться чем-то более сложным. На первый взгляд, наличие в схеме конденсаторов, резисторов и полупроводниковых p-n переходов делает определение входного сопротивления трудным. Однако любую входную цепь, какой бы сложной она не была, можно представить в виде простого импеданса, как это сделано на рис.2.18. Если UВХ – напряжение переменного входного сигнала, а IВХ – переменный ток, текущий по входной цепи, то входной импеданс равен    ZВХ = UВХ/ IВХ[Ом]. 

У большинства схем входной импеданс имеет резистивный (омический) характер в широком диапазоне частот, в пределах которого сдвиг по фазе между входным напряжением и входным током пренебрежимо мал. В этом случае входная цепь выглядит так, как показано на рис. 2.19, справедлив закон Ома и нет необходимости в алгебре комплексных чисел и в векторных диаграммах,  применяемых  к  цепям  с  реактивными  элементами.

Рис.2.18. Схема с парой входных клемм, иллюстрирующая понятие входного импедансаZВХ 

Важно отметить, однако, что из омического характера входного импеданса не обязательно следует возможность его измерения на постоянном токе; на пути входного сигнала могут находиться реактивные компоненты (например, разделительный конденсатор), которые несущественны в отношении переменного сигнала на средних частотах, но не позволяют проводить измерения во входной цели на постоянном токе. Исходя из сказанного, при дальнейшем рассмотрении будем считать, что импеданс носит чисто омический характер и Z=R.

Измерение входного сопротивления. Напряжение на входе легко измерить с помощью осциллографа или вольтметра переменного напряжения. Однако так же легко измерить переменный ток нельзя, в частности, в случае, когда входное сопротивление велико. Самый подходящий способ измерения входного сопротивления показан на рис.2.19.

Рис.2.19. Измерение входного сопротивления

 

Резистор с известным сопротивлением R включают между генератором и входом исследуемой схемы. Затем с помощью осциллографа или вольтметра переменного напряжения с высокоомным входом измеряются напряжения U1 и U2по обе стороны резистора R. Если IВХ – переменный входной ток, то, согласно закону Ома, на резисторе падает напряжение, равное U1 – U2 = RIВХ. Отсюда I ВХ = (U1 – U2)/R, R ВХ = U2 / R. Следовательно        Если исследуемая схема является усилителем, то часто удобнее всего определять U1 и U2, выполняя измерения на выходе усилителя: U1измеряется при непосредственном подключении генератора ко входу, а U2 – при последовательном включении со входом резистора R. Поскольку в выражении для RВХ присутствует только отношение U1/U2, коэффициент усиления не играет никакой роли. Предполагается, что при выполнении этих измерений напряжение на выходе генератора остается неизменным. Вот очень простой пример: если включение последовательно со входом резистора с сопротивлением 10 кОм вызывает уменьшение напряжения  на  выходе  усилителя наполовину, то U1 /U2 = 2 и RВХ = 10 кОм.

Выходное сопротивление. Пример, дающий представление о выходном сопротивлении, такой: свет фар автомобиля чуть тускнеет при работе стартера. Большой ток, потребляемый стартером, вызывает падение напряжения внутри аккумулятора, в результате чего напряжение на его клеммах уменьшается и свет фар становится менее ярким. Это падение напряжения происходит на выходном сопротивлении аккумулятора, возможно, более известном как внутреннее сопротивление или сопротивление источника.

Расширим это представление, распространив его на все выходные цепи, включая цепи постоянного и переменного тока, у которых всегда имеется определенное выходное сопротивление, соединенное с источником напряжения. В применимости такого простого описания даже к самым сложным схемам убеждает правило, говорящее о том, что любую цепь с сопротивлениями и источниками, имеющую две выходные клеммы, можно заменить на последовательно включенные одно сопротивление и один источник. Здесь под словом «источник» нужно понимать идеальный компонент, вырабатывающий напряжение и продолжающий поддерживать это напряжение неизменным даже тогда, когда от него потребляется ток. Описание выходной цепи показано на рис. 2.20, где RВЫХ  – выходной импеданс, а U – выходное напряжение холостого хода, то есть напряжение на выходе разомкнутой цепи.

Рис.2.20. Эквивалентная схема выходной цепи 

Обсуждая вопрос о входном и выходном сопротивлении, уместно обратить внимание на впервые появляющееся понятие: эквивалентная схема. Все схемы на рис. 2.18, 2.19 и 2.20 являются эквивалентными схемами. В них не обязательно отражены реальные компоненты и соединения в рассматриваемых устройствах; эти схемы являются удобным способом представления, который полезен для понимания того, как ведет себя то или иное устройство.

Рис. 2.20, показывает, что в случае, когда к выходным клеммам подключается резистор или входные клеммы другого устройства, часть напряжения источника U падает на внутреннем сопротивлении источника.

Измерение выходного сопротивления. Простой метод измерения выходного сопротивления следует из схемы на рис.2.20. Если выходные клеммы замкнуть накоротко, изменить текущий при этом ток короткого замыкания IКЗ и учесть, что он совпадает с током, текущим по сопротивлению RВЫХ в результате приложения к нему напряжения U, то получим: RВЫХ = U/IКЗ. Напряжение U, поставляемое в схему источником, измеряется на выходных клеммах в режиме «холостого хода», то есть при пренебрежимо малом выходном токе. Таким образом, выходное сопротивление легко можно получить как отношение напряжения холостого хода к току короткого замыкания.

Рассмотрев этот принципиальный метод определения выходного сопротивления, необходимо сказать, что на этом пути имеются препятствия, присущие измерению выходного тока короткого замыкания в большинстве случаев. Обычно при коротком замыкании нарушаются условия функционирования схемы и нельзя получить достоверные результаты; в отдельных случаях могут выйти из строя те или иные компоненты, не выдержав ненормально большую нагрузку. Простая иллюстрация неприменимости метода короткого замыкания: попробуйте измерить выходное сопротивление сети переменного тока! Несмотря на эти недостатки с практической точки зрения, использование этого метода оправдано при теоретическом выводе выходного сопротивления схемы и в дальнейшем он применяется в этой главе.

Практический способ измерения выходного сопротивления показан на рис.2.21. Здесь выходное напряжение холостого хода измеряется вольтметром или осциллографом с высокоомным входом, а затем выходные клеммы шунтируются нагрузкой с известным сопротивлением R. Уменьшенное выходное напряжение при подключенной нагрузке непосредственно определяется тем же измерительным прибором. Значение RВЫХ можно вычислить как отношение величины, на которую упало напряжение, к выходному току. 

Рис.2.21. Измерение выходного сопротивления с использованием шунтирующего резистора 

Если U – это выходное напряжение холостого хода, а U1– выходное напряжение на нагрузке R, то падение напряжения на RВЫХпри наличии нагрузки равно U- U1, выходной ток при наличии нагрузки равен U1/R, поэтому RВЫХ= R(U – U1) /U1   Согласование сопротивлений для оптимальной передачи напряжения. В большинстве электронных схем рассматриваются сигналы, являющиеся напряжениями. В большинстве случаев, когда подключается одна часть схемы к другой, необходимо в максимальной степени передать напряжение при минимуме потерь. В этом и состоит требование максимальной передачи напряжения, обычно выполняющееся при согласовании сопротивлений. Рассмотрим с учетом этого критерия принцип согласования сопротивлений.

На рис.2.22 показаны два блока, соединенные друг с другом: для оптимальной передачи напряжения нужно, чтобы UВХ было почти равно U, насколько это возможно. Напряжение UВХ равно: UВХ = URВХ / RВЫХ + RВХ и          UВХ≈U, RВХ >> RВЫХ     

Рис.2.22. Иллюстрация согласования сопротивлений между двумя устройствами

Другими словами, для возможно лучшей передачи напряжения от одной схемы к другой выходное сопротивление первой схемы должно быть много меньше, чем входное сопротивление второй схемы; как правило, нужно, чтобы RВХ> 10RВЫХ. Именно по этой причине применяемые для тестирования приборы, такие как генератор, проектируются с малым выходным сопротивлением (типичное значение 1 МОм).

Рис.2.23. Зависимость выходного напряжения схемы от сопротивления нагрузки 

Если условия оптимального согласования сопротивлений не соблюдаются и сигнал поступает на вход схемы с входным сопротивлением, сравнимым с выходным сопротивлением источника, то в самом общем случае будут происходить просто потери напряжения. Такая ситуация возникает, когда два усилительных каскада на биполярных транзисторах, подобные изображенному на рис. 11.5, соединены один вслед за другим (каскадно). Как входное, так и выходное сопротивление у такого каскада на биполярном транзисторе одного порядка (обычно несколько тысяч Ом), и это значит, что около 50% напряжения сигнала теряется на связи между каскадами. С другой стороны, усилитель на полевом транзисторе (рис.11.13) много лучше с точки зрения согласования сопротивлений: у него очень большое входное сопротивление и среднее по величине выходное сопротивление; при соединении таких каскадов один за другим потери сигнала ничтожно малы.

Имеются один или два случая, когда согласование сопротивлений нуждается в особом внимании, так как слишком малое сопротивление нагрузки влияет не только на коэффициент усиления напряжения, но также и на частотную характеристику. Это происходит, когда выходной импеданс источника не является чисто резистивным, а наоборот, представляет собой реактивное сопротивление, и поэтому частотная характеристика изменяется. Простым примером служит конденсаторный микрофон, у которого выходной импеданс выражается не в омах, а в пикофарадах, с типичным значением в районе 50 пФ. Для хорошего воспроизведения низких частот нужно, чтобы входное сопротивление усилителя было большим по сравнению с реактивным сопротивлением емкости 50 пФ на частотах вплоть до 20 Гц. Практически для этого требуется, чтобы входное сопротивление было порядка 200 МОм, что обычно обеспечивается усилителем на полевом транзисторе, смонтированным в корпусе микрофона.

Согласование сопротивлений для оптимальной передачи мощности. Хотя, как правило, критерием при согласовании сопротивлений служит максимальный перенос напряжения, бывают случаи, когда требуется передать максимум мощности. Не приводя математических расчетов, сообщим, что для схемы 2.22 максимум мощности в RВХдостигается при RВХ = RВЫХ. Этот результат известен как теорема о максимальной мощности: максимум мощности передается от источника в нагрузку, когда сопротивление нагрузки равно выходному сопротивление источника. Эта теорема справедлива не только для резистивных компонентов, но и для комплексных компонентов ZВХ и ZВЫХ. В этом случае требуется, чтобы помимо условия RВХ = RВЫХ, выполнялось также условие XВХ = –XВЫХ, то есть при емкостном характере одного импеданса другой импеданс должен иметь индуктивный характер.

Согласование сопротивлений для оптимальной передачи тока. Иногда требуется согласование сопротивлений, обеспечивающее максимальный ток во входной цепи. Обращаясь снова к рис. 2.22, можно увидеть, что максимум входного тока IВХ достигается в том случае, когда полное сопротивление в цепи выбирается возможно меньшим. Поэтому, при фиксированном RВЫХ следует стремиться к возможно меньшему значению RВХ. Эта довольно нестандартная ситуация прямо противоположна обычному случаю, когда требуется передавать напряжение.

Что такое сопротивление (Impedance) микрофона и его типы?

Что такое сопротивление микрофона и его типы (Microphone Impedance)?

ЧТО ТАКОЕ ИМПЕДАНС (Сопротивление/Impedance)?
Микрофоны обычно поставляются с двумя характеристиками импеданса: выходным сопротивлением и сопротивлением нагрузки. Но какая разница? И что такое импеданс в первую очередь?

ВЫХОДНОЙ ИМПЕДАНС (Output Impedance).
Как вы, возможно, знаете, электрические аудиосигналы — это переменные напряжения. Проще говоря, импеданс — это своего рода сопротивление переменному току. Микрофоны обычно имеют выходное сопротивление менее 200 Ом (200 Ohm). Такие низкие импедансы позволяют прокладывать очень длинные кабели без ухудшения качества звука. Это значительный шаг вперед по сравнению, скажем, с электрогитарой, у которой звукосниматели с высоким импедансом теряют довольно много высоких частот при длине кабеля всего 9 метров.

ИМПЕДАНС НАГРУЗКИ (Load Impedance).
Импеданс нагрузки не является свойством самого микрофона; это входное сопротивление следующего устройства, в данном случае микрофонного предусилителя или аудио интерфейса. Говоря техническим языком, низкий входной импеданс означает высокую нагрузку на предыдущую часть оборудования. Это потому, что его выходная цепь должна работать сильнее, чтобы управлять входом с низким импедансом. В результате может быть слышимое искажение, особенно на высоких уровнях. Чтобы избежать этого, нам нужны низкие выходные сопротивления, управляющие небольшими нагрузками, то есть высокие входные сопротивления.

Для получения оптимальных результатов полное сопротивление нагрузки должно быть как минимум в пять раз выше выходного сопротивления. Таким образом, если микрофон имеет выходное сопротивление 200 Ом, предусилитель должен иметь входное сопротивление не менее 1000 Ом. И это именно та цифра, которую вы найдете в большинстве технических характеристик микрофонов как «рекомендуемое сопротивление нагрузки» или «номинальное сопротивление нагрузки». Это минимальное сопротивление нагрузки, при котором производитель гарантирует все остальные характеристики.

РЕЗЮМЕ.
Итак, что мы делаем с этими характеристиками импеданса? Почти ничего. Практически любой студийный микрофон имеет выходное сопротивление 200 Ом или меньше. Точное значение может иметь значение для инженеров классической музыки или для FOH инженеров, которым часто приходится работать с очень длинными микрофонными кабелями. Но в домашней студии это не имеет значения. Кроме того, практически любой студийный предусилитель имеет входное сопротивление выше рекомендованного (минимального) сопротивления нагрузки. И нет проблем.

Но есть одно исключение! Некоторые новые предусилители предлагают переменное входное сопротивление. Если в вашем предусилителе есть такой переключатель, просто установите его на максимальное значение и забудьте об этом.

Если у вашего предусилителя более высокое входное сопротивление, это не проблема. Но если вы подключите свой микрофон к предусилителю, входной импеданс которого значительно ниже, вы можете потерять некоторые верхние и / или нижние частоты, а также снизить уровень звукового давления. Однако это не повредит вашему микрофону.

Серия теоретических статей включает:
-Что такое чувствительность микрофона (sensitivity)?
-Что означает Max SPL у микрофона?
-Как частотная характеристика микрофона соотносится со звуком? 
-Что такое сопротивление (Impedance) микрофона и его типы?
-Что такое собственный шум микрофона (Self-Noise)?

Входное сопротивление

Что такое Импеданс или входное сопротивление (или сопротивление излучения)?

Умное слово Импеданс обозначает комплексное (суммарное) сопротивление антенны и оно изменяется вдоль ее длины. Точка максимального тока и минимального напряжения соответствует наименьшему импедансу и называется точкой возбуждения. Импеданс в этой точке называется входным импедансом. Реактивная составляющая входного импеданса на резонансной частоте теоретически равна нулю. На частотах выше резонансной, импеданс носит индуктивный характер, а на частотах ниже резонансной — емкостной. На практике реактивная составляющая в большинстве случаев меняется от 0 до +/-100 Ом. Импеданс антенны может зависеть и от других факторов, например, от близости расположения к поверхности Земли или каким-либо токопроводящим поверхностям. В идеальном случае симметричный полуволновой вибратор имеет сопротивление излучения 73 Ом, а четвертьволновый несимметричный вибратор (читай штырь) — 35 Ом. В реальности влияние Земли или проводящих поверхностей может изменить эти сопротивления от 50 до 100 Ом для полуволновой и от 20 до 50 Ом для четвертьволновой антенны. Известно, что такая антенна, как Инвертед V, из-за влияния Земли и других объектов никогда не получается строго симметричной. И чаще всего сопротивление излучения в 50 Ом оказывается смещено от середины. (Следует одно плечо укоротить, а другое увеличить на эту же величину.) Так, например, три противовеса чуть короче четверти волны расположенные под углом в 120 градусов в горизонтальной и вертикальной плоскостях, превращают сопротивление GP в очень удобные для нас 50 Ом. И вообще сопротивление антенны чаще «подгоняют» под сопротивление линии передачи, чем наоборот, хотя известны и такие варианты. Этот параметр очень важен при конструировании узла питания антенны. Не специалисты и не очень опытные радиолюбители, я, например, даже не догадываются, что активные элементы во многодиапазонных антеннах можно подключать физически не все! Например, очень распространенная конструкция, когда непосредственно к фидеру подключается только два, а то и один элемент, а остальные возбуждаются переизлучением. Даже жаргонное слово такое есть – «переопылением». Конечно это не лучше чем прямое возбуждение вибраторов, но очень экономно и сильно упрощает конструкцию и вес. Пример – многочисленные конструкции трехдиапазонных антенн типа Уда-Яги. Русские Яги в том числе. Это конструкции линейки XL222, XL335 и XL347. Активное питание всех элементов – это классика, так сказать. Всё по науке, максимальная полоса пропускания без завалов, намного лучше диаграммы направленности и соотношения Front/Back. Но всё хорошее всегда дороже. И тяжелее : -) Поэтому за этим тянется более могучая мачта, такая же поворотка, площадь под растяжки и т.д. и т.п. Для нас, потребителей, стоимость – не последний аргумент : — ). Не следует забывать и о таком приёме как симметрирование. Оно необходимо для устранения «перекоса» при питании симметричной антенны несимметричной линией питания (в нашем случае коаксиальный кабель) и вносит значительные изменения в реактивную составляющую сопротивления приближая его к чисто активному.

Входное и выходное сопротивление — Course Wiki

Что происходит, когда мы соединяем один компонент схемы с другим? Иногда компонент схемы ведет себя по-разному, когда он сам по себе, и когда он подключен к другому компоненту. Чтобы понять, как будет вести себя схема, мы должны рассмотреть входное и выходное сопротивление различных частей. Выходной импеданс относится к импедансу или противодействию протеканию тока компонента, который часто имеет источник электричества для «привода» в действие компонента нагрузки. Между тем, входной импеданс относится к сопротивлению компонента нагрузки току, протекающему от источника электрического тока. Во многих случаях вам понадобится высокое входное сопротивление по сравнению с выходным сопротивлением, и в следующих разделах вы поймете, почему.

Компонент источника имеет выходной импеданс, а компонент нагрузки имеет входной импеданс. Что происходит, когда мы соединяем вещь 1 с вещью 2?

Давайте рассмотрим пример подключения батареи к резистору.Когда мы видим батарею на 9 В, мы часто думаем, что она должна выдавать 9 В на своих клеммах. Это действительно так, но только тогда, когда он не получает никакого тока. Оказывается, внутри батареи есть некоторый внутренний импеданс, который не позволяет выходному напряжению оставаться на уровне 9 В, когда начинает течь ток. Таким образом, мы можем смоделировать батарею как источник чистого напряжения, соединенный последовательно с резистором, где значение сопротивления $ R_{out} $ равно выходному сопротивлению батареи. Вот пример кривой вольтамперной характеристики 9-вольтовой батареи (отношение ток-напряжение).

Модель 9-вольтовой батареи, показывающая внутреннее сопротивление в виде резистора со значением $ R_{out} $. $ I_{SC} $ относится к току короткого замыкания (если провод был помещен между выходными клеммами), а $ V_{OC} $ относится к напряжению холостого хода (напряжение, измеренное между выходными клеммами при отсутствии тока). течет)

Теперь подключим нагрузку к этому источнику. Для простоты подключим резистор сопротивлением $R_{in}$. Следовательно, входное сопротивление этой нагрузки равно $R_{in}$.Когда мы строим ВАХ нагрузки с источником, пересечение двух линий является рабочей точкой.

Нагрузка имеет выходное сопротивление, равное $R_{out}$. Когда нагрузка подключена к источнику, рабочая точка определяется пересечением двух линий на графике ВАХ. Рабочая точка дает напряжение, приложенное к нагрузке, а также количество тока, протекающего через нее.

Здесь мы видим, что после подключения нагрузки к источнику выходное напряжение больше не равно 9 В; скорее это задается рабочей точкой. В приведенном выше примере показана батарея 9 В, имеющая выходное сопротивление 1,5 Ом, и нагрузка, имеющая входное сопротивление 3 Ом. Если вы используете соотношения делителя напряжения для расчета напряжения, приложенного к нагрузке, и тока, протекающего через нее, вы обнаружите, что оно составляет 6 В и 2 Ом соответственно, как указано в рабочей точке графически. Это показывает нам, что хотя батарея 9 В выдает 9 В, когда ток отсутствует, как только мы применяем нагрузку, выходное напряжение падает до 6 В, чтобы учесть увеличение тока.

Что произошло бы, если бы сопротивление нагрузки было очень высоким? Подумайте, как изменение наклона ВАХ для нагрузки повлияет на рабочую точку.

Изучив предыдущий пример, вы можете видеть, что нагрузка на источник, входное сопротивление которого аналогично выходному сопротивлению источника, приводит к падению выходного напряжения. Как можно нагрузить источник таким образом, чтобы поддерживать выходное напряжение?

Если $ Z_{in} >> Z_{out} $ (входной импеданс нагрузки >> выходной импеданс источника), , то выходное напряжение источника может быть достаточно близко к его напряжению холостого хода, что мы можем игнорировать изменения, вызванные Загрузка. Один из способов думать об этом состоит в том, что если входное сопротивление нагрузки очень велико по сравнению с выходным сопротивлением источника, то он не будет потреблять много тока от источника, и напряжение в точке подключения будет поддерживаться. Это хороший принцип, которому следует следовать при соединении различных компонентов вместе.

1. Каково выходное сопротивление $ Z_{out} $ следующей схемы? Мы хотим подключить еще один контур к синим узлам.

Решение: При нахождении выходного импеданса мы «заглядываем» в синие выходные узлы схемы.Помните из показанной ранее кривой ВАХ, что $ Z_{out} = {V_{oc} \over I_{sc}} $, где $ V_{oc} $ — напряжение холостого хода (когда синие узлы остаются открытыми). , $V_{oc}=V_{in}{Z_2 \over Z_1 + Z_2}$) и $I_{sc}$ — ток короткого замыкания (при замыкании синих узлов $I_{sc}={V_ {in}\over Z_1}$). Другими словами, выходное сопротивление аналогично эквивалентному сопротивлению Thevenin. Кратчайший способ найти $Z_{out}$ — заменить источник напряжения проводом и найти эквивалентное сопротивление или импеданс. Здесь, если мы заменим источник напряжения проводом, схема будет выглядеть как параллельные резистор и конденсатор, где $ Z_{out} = {Z_1 Z_2 \over Z_1 + Z_2} $ .

2. Если мы хотим подключить еще один фильтр нижних частот (контур 2) последовательно со схемой из вопроса 1 (контур 1), какой критерий должен выполняться, чтобы мы могли игнорировать влияние нагрузки второго контура? Запишите ответ в виде $Z_1, Z_2, Z_3, Z_4$.

Решение: Мы знаем, что для игнорирования нагрузки нам нужно $ Z_{out} << Z_{in} $.Поскольку мы уже нашли $ Z_{out} $ в вопросе 1, теперь нам нужно найти $ Z_{in} $. Глядя на узлы схемы 2, она выглядит как последовательно соединенные резистор и конденсатор. Здесь нет источников напряжения, которые можно заменить проводами, у нас есть просто разомкнутая цепь с резистором, подключенным к конденсатору. Таким образом, $ Z_{in} = Z_3 + Z_4 $. Заменяя $ Z_{out} $ и $ Z_{in} $, критерий для нас, чтобы игнорировать эффекты загрузки схемы 2, если: $ {Z_1 Z_2 \over Z_1 + Z_2} << Z_3 + Z_4 $ .

3. Если мы обнаружим, что критерий из вопроса 2 не выполняется, и контур 2 загружает контур 1, что мы можем поместить между двумя контурами, чтобы изолировать их эффекты?

Решение: Буфер, состоящий из операционного усилителя. Мы моделируем операционный усилитель как имеющий очень низкий или пренебрежимо малый выходной импеданс и очень высокий или бесконечный входной импеданс. Таким образом, он может буферизовать эффекты между двумя цепями, как показано ниже.

Входное сопротивление — электрическое 101

Когда счетчик подключен к цепи, он действует как нагрузка с током, проходящим через него.

Счетчики с высоким входным сопротивлением почти не потребляют ток через счетчик при тестировании цепи. Мультиметры имеют высокое входное сопротивление (можно измерять низкое напряжение на логических цепях). Они дают точные измерения, но могут давать ложные показания напряжения из-за фотоэлементов, диммеров, плохого соединения или параллельных проводов (напряжение может присутствовать, но не может управлять нагрузкой).

Счетчики с низким входным импедансом потребляют небольшой ток через счетчик, создавая небольшую нагрузку на цепь.Вы получите ложные показания на логических схемах низкого напряжения с измерителем низкого входного импеданса. Тестеры соленоидов имеют низкий входной импеданс. Они дают приблизительные измерения напряжения и точные (но не точные) показания напряжения с помощью фотоэлементов, диммерных переключателей или параллельных проводов. Когда напряжение присутствует, но не может работать с нагрузкой, тестер соленоидов поглощает напряжение и показывает, что напряжения нет.

Мультиметр с высоким входным импедансом слева показывает 48,2 В в розетке на 120 В, где питание отключено.Эта розетка питается от одного из линейных проводов кабеля 12- 3 NM. Другой линейный провод включен. Электромагнитный измеритель низкого входного импеданса покажет 0 вольт в отключенной цепи.

Этот кабель 12- 3 NM содержит четыре провода, два линейных провода (черный и красный), один нулевой провод (белый) и один провод заземления (оголенный). Все четыре провода уложены близко друг к другу внутри кабелей NM от этой розетки до электрического щита.

Прибор слева измеряет напряжение черного провода при отключенном питании.Красный провод, идущий рядом с черным проводом, имеет включенное питание.

Магнитное поле от красного провода наводит напряжение на черный провод. Это напряжение не может обеспечить нагрузку или привести к поражению электрическим током.

При измерении выходного сигнала некоторых фотоэлементов или переключателей диммера с помощью мультиметра с высоким импедансом он может показать показание 120 вольт, когда они выключены или вышли из строя.

Магнитное поле присутствует, когда на проводе есть напряжение.

Напряжение, наведенное соседним проводом 120В. 48,2 вольта, измеренные высокоимпедансным мультиметром.

0 вольт, измеренный низкоимпедансным электромагнитным измерителем.

Счетчик подключается к розетке, в которой отключено питание.

Наведенное напряжение

Показания входного импеданса и напряжения

Входной импеданс

— какое значение имеет номинал в Омах?

Мы — «дурные омические гуру»*, и поэтому мы разбили объяснения на две статьи: Устройства ввода , такие как инструменты и предусилители, и Устройства вывода , обычно кабинеты динамиков или наушники.Эта статья о стороне ВХОДА, о том, что вы подключаете к усилителю. Есть еще один FAQ, в котором говорится об импедансе с точки зрения динамика или выхода.

Что такое импеданс и Ом?
Когда вы подключаете микрофон, инструмент или предусилитель ко входу усилителя, это устройство становится частью схемы. При разработке усилителя тщательно подбирались все его компоненты, и их значения и характеристики имеют решающее значение для получения желаемых результатов. Вполне логично, что если вы подключите что-то, что не соответствует тому, на что рассчитан усилитель или предусилитель, могут произойти странные и/или опасные вещи. Эта статья представляет собой краткий обзор, который должен помочь вам понять, что с чем работает, а что нет и почему.

Какое мне дело?
Потому что это может заставить вас звучать ПЛОХО или означает, что вы можете купить что-то, что не будет работать должным образом с оборудованием, которое у вас уже есть.

Полное сопротивление выражается в омах,  что обычно является мерой сопротивления, но импеданс включает в себя больше, чем просто сопротивление.Вы увидите значения, выраженные в «Омах» или представленные символом омега: «». Вы также увидите «K» (представляющий тысячу) и «M» (представляющий миллион) с числовым значением. Таким образом, 100 К выражает 100 000 Ом, 1 М – один миллион Ом или 1 МОм.

Вещи, которые вы подключаете к усилителю:
Мы можем сгруппировать значения импеданса устройства ввода в три основные категории. Они идентифицируются не по конкретному импедансу устройства, а по значению импеданса, совместимому с входным разъемом.Конкретные разъемы не всегда определяют импеданс; невероятно распространенный ¼-дюймовый разъем может быть практически любым, включая подключение динамиков! Проверьте документацию по продукту.

НИЗКИЙ Импеданс , например многие микрофоны (некоторые могут быть с высоким импедансом, проверьте характеристики) и выходы от DI (прямой впрыск, прямой). Обычно это устройства со штекерными выходами XLR. Приблизительное сопротивление составляет 600 Ом, но может варьироваться в этом диапазоне. Входы на устройствах обычно представляют собой разъемы XLR, хотя в некоторых случаях могут быть разъемы TRS (стерео, трехпроводные) ¼ дюйма (хотя соединения TRS также могут быть с высоким или сверхвысоким импедансом).

Устройства с низким импедансом обычно (но не только) подключаются к платам громкой связи, инструментальным усилителям и предусилителям с входными разъемами XLR 150–600. Тем не менее, вы также найдете некоторые случаи, когда используются ¼-дюймовые TRS и моноджеки, но обычно в сочетании с источником питания (фантомное питание)

HIGH Impedance , например, большинство звукоснимателей и инструментов для электрогитар и бас-гитар, некоторые ( обычно более низкие цены) Микрофоны (некоторые могут быть с низким импедансом, проверьте характеристики), большинство блоков эффектов, большинство предусилителей и инструментальных «процессоров» (педальные эффекты), некоторые из которых могут иметь выходные разъемы как с низким, так и с высоким импедансом.«Высокий», вероятно, является наиболее распространенным значением входного импеданса в нашем музыкальном мире ввода, и общий термин «высокий импеданс» используется довольно часто.

Устройства с высоким импедансом чаще всего (но не только) подключаются к разъемам с высоким импедансом ¼ дюйма в инструментальных усилителях, платах звукоусиления, блоках эффектов, предусилителях и т. д. Значения входного импеданса различаются, но некоторые типичные значения составляют 44 К, 220 К. , 60 K (обычно активный) и 800 K, 100 K (обычно пассивный). Можно подключать приборы и устройства с высоким импедансом к входам со сверхвысоким импедансом (1 МОм и выше).

СВЕРХВЫСОКОЕ Сопротивление  является наименее распространенным в общем использовании, но чаще всего встречается с пьезодатчиками (датчиками), которые воспринимают вибрацию, такими как большинство звукоснимателей Upright Bass и преобразователи под седлом в электроакустических гитарах и бас-гитарах. Если у инструмента есть предусилитель (с батареей, а не только с пассивным управлением), он, скорее всего, будет иметь высокий импеданс (выходной разъем ¼ дюйма) или низкий импеданс, если есть разъем XLR. Если пассивный, усилитель или предусилитель должен иметь входное сопротивление в один МОм (один миллион Ом, также выражается как 1 МОм или 1 МОм) или выше.

Датчики со сверхвысоким сопротивлением чаще всего подключаются к инструментальным усилителям и предусилителям с входным сопротивлением 1 МОм или выше. Хотя вы можете подключить их к входам с высоким импедансом, вы часто будете слышать нежелательные характеристики из-за разницы (см. ниже).

Что произойдет в случае несоответствия?
Это зависит от устройства ввода и характеристик разъема усилителя. Во многих случаях вы ничего не получите, очень низкий уровень сигнала, искажения или, возможно, гудение или гудение.В случае со сверхвысоким пьезодатчиком (как и у большинства вертикальных басовых звукоснимателей) и в усилителе с высоким импедансом «бас-гитары» (который предполагает высокие импедансы в диапазоне бас-гитары), вы обычно услышите артефакты несоответствия в Это тонкая, своего рода «шарлатанская» басовая характеристика, что сделает нас, басистов, очень несчастными — несоответствие импеданса на самом деле создает своего рода «фильтр», отсекающий определенные частоты. Это не так заметно на инструментах с более высоким тоном, эти артефакты сильнее всего влияют на низкие частоты.К вашему сведению: можно подключать инструменты и устройства с высоким импедансом к входам со сверхвысоким импедансом.

Как избежать несоответствия?
Наиболее распространенным решением является использование предусилителя с буферизацией импеданса, который обычно предназначен для акустических инструментов и имеет входное сопротивление 1 мегаом (1 мегаом или 1 миллион ом) или выше. Существует множество устройств, от простых базовых предусилителей, которые мало что предлагают, до тех, которые имеют широкий спектр функций для управления звуком. Существует также множество усилителей с входным сопротивлением, подходящим для преобразователей пьезоэлектрического типа, поэтому внешний предусилитель не требуется.

Часто задаваемые вопросы о входах усилителя:

Могу ли я просто использовать адаптер, который заменяет кабель XLR на штекер ¼ дюйма?
Нет. Ну, вы можете, но этого недостаточно, единственный способ сделать их по-настоящему совместимыми — использовать адаптер/трансформатор. В противном случае это, вероятно, будет craptastic.

У моего усилителя два входа, один помечен как высокий, другой низкий, это импеданс?
Вероятно, нет. Наиболее распространенным значением этих меток является уровень сигнала, например, для активного (например, бас-гитара с предусилителем на борту) или пассивного инструмента (без встроенной батареи или предусилителя).К сожалению, это не универсальное значение, поэтому опыт подскажет, что для чего. Вам нужно будет обратиться к разделу «Технические характеристики» руководства по эксплуатации вашего усилителя, чтобы узнать фактическое значение импеданса — , если — оно задокументировано.

Могу ли я подключить выход одного усилителя ко входу другого, чтобы сделать его громче?
Кабели могут позволить вам, но, пожалуйста, не делайте этого — вы, скорее всего, взорвете один или оба усилителя. Даже не думай об этом.

Мой усилитель работает недостаточно громко.Если я куплю предусилитель, будет ли это громче?
Возможно, если то, что вы усиливаете, имеет низкий уровень сигнала, но более вероятно, что этого не произойдет. Например, если у вас есть усилитель мощностью 100 Вт, это все, что вы от него получите, что бы вы ни делали. У большинства усилителей есть два регулятора громкости: один для входного усиления, а второй — мастер-громкость. Как вы, возможно, уже выяснили, если вы выкрутите их оба на максимум (или единственный регулятор громкости на усилителе, если он есть), это будет звучать довольно ужасно.Добавление предварительного усилителя только увеличит уровень входной громкости, что только увеличит его уровень ужаса.

Я использую предусилитель, но он искажает звук; или сделать звук мутным; или…
Типичный усилитель для музыкальных инструментов (только усилитель, без динамика) или комбо (усилитель и динамик) имеет внутри предусилитель. Функция предварительного усилителя состоит в том, чтобы увеличить уровень сигнала от уровня инструмента (от вашего баса), чтобы он был достаточно высоким, чтобы управлять усилителем.Когда мы добавляем «внешний» предусилитель, можно перегрузить предусилитель усилителя, а также перегрузить секцию усилителя слишком сильным сигналом от предусилителя усилителя. Обычно это приводит к искажению или иному перенасыщению звука. Уменьшите громкость на одном или обоих внешних и встроенных предусилителях, пока звук не улучшится.

* «Больные омические гуру» — это анаграмма для «Gollihur Music». Разве это не набухание?

Что это такое и как его рассчитать

Во-первых, давайте проясним, Op-Amp означает операционный усилитель.И устройство представляет собой электронный усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления (по постоянному току). Кроме того, он имеет несимметричный выход и характерный входной резистор. Кроме того, это основной строительный блок аналоговой электронной схемы. Кроме того, импеданс показывает корреляцию между напряжением и входным током. Тем не менее, когда вы говорите о входном сопротивлении операционного усилителя, важно четко понимать, что вы выбираете: схему или основной чип.

Так какая разница? В первом речь идет о самой схеме операционного усилителя, а во втором — о схеме в микросхеме.

Хотите узнать больше? Не беспокойтесь, вы узнаете, почему выходное сопротивление операционного усилителя низкое, как его рассчитать и многое другое.

Каково типичное входное сопротивление операционного усилителя на интегральной схеме?

Операционный усилитель входного сопротивления

Несомненно, вы можете изменить импеданс дифференциального входного напряжения, поместив схему вокруг операционного усилителя. Кроме того, способ применения обратной связи и внешних электронных компонентов может повлиять на общее входное сопротивление схемы и источник сигнала.

При этом у нас есть два входных импеданса: синфазный (Z см+ и Z см-) и дифференциальный (Ziff). Первый относится к импедансу, который поступает от входных каскадов к земле. В то же время последний касается импеданса между двумя входами.

Кроме того, полное сопротивление обычно высокое и активное (10 5 – 10 12 Ом). Другими словами, это входное устройство с высоким импедансом. И у него есть некоторая шунтирующая емкость, которая может достигать 20-25 пФ.

Таким образом, вы можете уменьшить инвертирующий и неинвертирующий входной импеданс в большинстве схем операционных усилителей до низкого значения. И вы можете сделать это с помощью отрицательной обратной связи, учитывая, что (дифференциальное и синфазное входное сопротивление) важнее. Кроме того, инвертирующие и неинвертирующие входные клеммы также имеют решающее значение.

Кроме того, обычно высокое входное сопротивление схемы операционного усилителя. И это потому, что операционные усилители работают как делитель напряжения.

Следовательно, чем выше импеданс, тем больше падение напряжения на входах операционного усилителя.Но если входное сопротивление низкое, в вашей схеме не будет падения напряжения. В результате вы не получите сигналов.

Выходное сопротивление операционного усилителя

Выходное сопротивление операционного усилителя аналогично входному сопротивлению. Но это относится к тому, насколько сильно изменяется кажущееся напряжение источника, когда ему нужно подавать больший ток. Например, вы можете определить импеданс источника тока при работе, когда батарея, которая не находится под нагрузкой, имеет более высокое напряжение, чем батарея под нагрузкой.

Операционный дифференциальный усилитель

Источник: Wikimedia Commons

Так, например, ваш операционный усилитель имеет выходной сигнал 6 В, и вы используете разомкнутую цепь для измерения напряжения разности потенциалов. Поскольку ваша цепь разомкнута, ваш ток будет 0А. Напряжение, с другой стороны, будет 6V. На этом этапе вы можете подключить свой выход к резистору обратной связи. И вы можете сделать это таким образом, чтобы выходной ток цепи обратной связи операционного усилителя составлял 60 мА.

Также можно измерить напряжение на резисторе и получить примерно 5,99В.

Таким образом, вы можете получить выходное сопротивление операционного усилителя:

 -6 В/0 мА – 5,99 В/60 мА = 0,2 Ом.

Почему единица измерения результата изменилась? Во-первых, низкий импеданс источника указывает на то, что операционный усилитель может потреблять большой ток без значительного изменения напряжения. Кроме того, из результата вы заметите, что входной импеданс операционного усилителя напоминает импеданс нагрузки того, что показывает сигнал выходного диапазона операционного усилителя.

Кроме того, выходной импеданс операционного усилителя и выходной потенциал напоминают импеданс источника того, на что поступает сигнал операционного усилителя. Таким образом, он сильно нагружен, когда источник направляет нагрузку с умеренно низким импедансом нагрузки и током питания. Кроме того, для сигнала напряжения потребуется большой ток и большее усиление.

Тем не менее, даже если сопротивление вашего источника низкое, источник сможет отдавать ток без просадки напряжения. Таким образом, если вы хотите уменьшить падение напряжения, убедитесь, что импеданс нагрузки больше, чем импеданс источника.

Таким образом, высокий импеданс нагрузки приводит к меньшему току и мощности при высоком импедансе нагрузки.

Идеальный импеданс операционного усилителя

Одной из характеристик идеального импеданса операционного усилителя является то, что он имеет бесконечный входной импеданс и бесконечный коэффициент усиления. Кроме того, это означает, что ток, протекающий через входные выводы, равен нулю. И это происходит потому, что ток не поступает и не выходит из входных клемм (неинвертирующих и инвертирующих). Следовательно, будет более высокий прирост единства.

Кроме того, идеальный операционный усилитель имеет нулевой выходной импеданс. Таким образом, это означает, что выходной ток не зависит от выходного напряжения. Следовательно, идеальный операционный усилитель не нуждается в выходном импедансе, чтобы направить нагрузку для подачи напряжения на него.

Короче говоря, можно сказать, что выходное сопротивление равно нулю или мало. Напротив, входной импеданс бесконечен или имеет высокий входной импеданс.

Как рассчитать входное сопротивление и выходное сопротивление?

Поскольку импеданс показывает взаимосвязь между напряжением и током, мы можем представить его как отношение ΔI к ΔV.ΔI обозначает изменение тока, а ΔV представляет изменение напряжения.

Также можно измерить разницу входного тока смещения в сравнении с разницей в диапазоне входного синфазного напряжения.

Было бы неплохо, если бы у вас были такие параметры, как выходной импеданс, уравнение усиления без обратной связи и импеданс источника. При этом вы можете использовать принцип делителя напряжения, чтобы получить выходное и входное напряжения.

(Zin/(Rs + Zin)) Vin = Vsource—(1)

Где:
  • Rs — импеданс источника
  • Zin — входное сопротивление
  • Vin — опорное напряжение усилителя
  • Vsource — входное напряжение

При этом можно также рассчитать выходное напряжение нагрузки по формуле ниже:

Ввых.(Перезагрузка/(Перезагрузка + Zout) = Влад — (2)

Где:
  • Rload — сопротивление нагрузки
  • Zout — выходное сопротивление усилителя
  • Vload — напряжение на нагрузке
  • Vout — выход усилителя

Также можно заменить Vout временем усиления входного напряжения.

Можно ли измерить выходное сопротивление? Конечно вы можете. Но вы должны измерить это как эквивалентную схему Thevenin:

  • Vo/Is = Zout—(3)
  • Где:
  • I—выходной ток при коротком замыкании на выходе
  • Vo—выходное напряжение при разомкнутой цепи на выходе

Важно отметить, что формула выше из линейной зависимости между током и выходным напряжением.

Операционный усилитель Усилитель напряжения

Источник: Викимедиа

Почему входное сопротивление операционного усилителя бесконечно

Обычно импеданс показывает цепь, противодействующую протеканию тока (постоянного или переменного). Итак, у нас есть два входа импеданса в идеальном операционном усилителе, который бесконечен. И это бесконечно, потому что ток не поступает в операционный усилитель с входных клемм.

Следовательно, он позволяет входу просматривать напряжение и реагировать на него.Но напряжение не будет направлять ток в операционный усилитель.

Другими словами, операционный усилитель не повлияет на входное напряжение. Но на практике вы заметите небольшую утечку тока во входных цепях операционного усилителя (обычно менее нескольких миллиампер).

Почему выходное сопротивление операционного усилителя низкое

Выходное сопротивление операционного усилителя низкое, так как выходное напряжение постоянно. И он остается постоянным, даже если выход подключается к цепи, увеличивающей нагрузку.

Но на практике вы увидите, что операционные усилители обычно имеют выходное сопротивление в несколько Ом. Следовательно, фактическое напряжение выходного терминала будет отличаться в зависимости от нагрузки, которую вы подключаете к выходу.

Подведение итогов

Обычно входное сопротивление операционного усилителя высокое. В конце концов, операционный усилитель — это устройство усиления по напряжению. Кроме того, высокий импеданс допускает падение напряжения на входе. Кроме того, это помогает поддерживать низкое потребление тока и избежать эффекта нагрузки.

Что вы думаете об этой теме? Вам нужна помощь с расчетами? Или у вас есть вопросы или предложения? Пожалуйста, не стесняйтесь связаться с нами.

Выходное сопротивление — PS Audio

Я собирался продолжить объяснение выходного аналогового каскада ЦАП или предусилителя, но один из моих читателей попросил меня объяснить выходное сопротивление, о котором я упоминал несколько дней назад. Это предмет, который люди должны понимать хотя бы на каком-то уровне, потому что он затрагивает так много вещей в высококачественном аудио.

Выходной импеданс относится к способности устройства подавать неограниченный ток или мощность при передаче музыкального сигнала — он измеряет степень ограничения или удержания этого сигнала. Важно понимать выходной импеданс только по отношению к входному импедансу того, на что работает усилитель. Другими словами, выходное сопротивление ЦАП имеет смысл только тогда, когда вы рассматриваете, на что этот выход будет подаваться (предусилитель или усилитель, к которому он подключен).

Самый простой способ представить, что означает выходной импеданс, — изобразить резистор, включенный последовательно с выходом усилителя.Этот резистор присутствует всегда, независимо от того, насколько низким является выходной импеданс, потому что идеального источника или выхода не существует. Идеальный выход будет иметь нулевое выходное сопротивление — это означает, что значение этого мифического резистора равно нулю и, следовательно, не повлияет на проходящий через него музыкальный сигнал.

Поскольку идеальных усилителей с нулевым выходным сопротивлением не существует, мы должны присвоить номер этому резистору в сигнальном выходе усилителя. Самый простой способ вычислить это значение — подать музыку через усилитель на другой резистор, подключенный к земле, и измерить, какая часть музыкального сигнала теряется на стыке двух резисторов (помните, что когда мы пропускаем музыку через резистор, мы преобразуем некоторые этой музыкальной энергии нагревается и теряется).По мере того, как сопротивление резистора к земле становится все меньше и меньше (сопротивление меньше), уровень на стыке будет продолжать уменьшаться, и в какой-то момент этот уровень будет составлять 1/2 от того, с чего вы начали. Именно в этот момент мы можем сказать, каково выходное сопротивление усилителя, которое будет точно таким же, как значение нагрузочного резистора, идущего на землю.

Вот что важно: независимо от того, что вы пытаетесь заставить работать выходной усилитель, импеданс должен быть как минимум в 10 раз выше, а лучше в 100 и более раз.Почему? Потому что вы не хотите терять музыкальную энергию, отправляемую на принимающее устройство, и не хотите нагружать усилитель, который в первую очередь отправляет музыку.

Вот несколько практических примеров. Если входное сопротивление вашего усилителя мощности равно 10 кОм, то выходное сопротивление питающего его ЦАП или предусилителя должно быть не менее 1 кОм, а лучше 100 Ом или меньше. Если это 100 Ом, вы потеряете только небольшое количество сигнала на стыке между предусилителем и усилителем — сотая часть того, что вы отправляете, просто для понимания (не совсем точно, но вы поняли).

Вот еще пример: громкоговоритель. Допустим, ваш громкоговоритель представляет собой 8-омный громкоговоритель, сопротивление которого падает до 3 Ом в самой нижней точке (у громкоговорителей нет плоского импеданса). Это означает, что выходное сопротивление вашего усилителя мощности должно быть не менее 0,3 Ом и, возможно, лучше 0,03 Ом, чтобы действительно иметь очень небольшое влияние.

Лампы

обычно имеют более высокое выходное сопротивление, чем полупроводниковые. Одним из доказательств, которые вы видите в большинстве ламповых усилителей мощности, является выходной трансформатор лампового усилителя.Это сделано для того, чтобы более точно согласовать высокое выходное сопротивление усилителя с низким входным сопротивлением громкоговорителя.

Итог: выходное сопротивление всегда лучше понизить.

Входное сопротивление антенны — Electronics Desk

Определение : Входной импеданс антенны — это в основном импеданс антенны на ее клеммах. Он определяется как отношение напряжения к току на двух входных клеммах антенны. Обычно импеданс антенны задается как:

Мы уже обсуждали в нашей предыдущей статье, что антенны используются в беспроводной связи для передачи сигнала в виде волн.Он предназначен для преобразования электрической энергии в электромагнитные сигналы на передающем конце. В то время как электромагнитный сигнал возвращается к электрическому на приемном конце.

Таким образом, он в основном объединяет электрическое поле и магнитное поле, чтобы генерировать напряжение и ток для приведения в действие электрических устройств. Таким образом, импеданс антенны в точке также определяется как отношение электрического поля к магнитному полю в этой конкретной точке.

Следовательно, мы можем сказать, что импеданс, обеспечиваемый антенной на ее входном разъеме, известен как импеданс антенны.

Мы знаем, что когда на любую передающую антенну подается определенное напряжение, она генерирует ток в соответствии с законом Ома.

Здесь R представляет собой сопротивление входного разъема антенны.

Далее при рассмотрении мнимой части будем иметь

Итак, если у нас есть передающая антенна, излучающая некоторую мощность, то за ней будет присутствовать импеданс Z. Это известно как импеданс антенны .

Этот импеданс представляет собой слияние сопротивления и реактивного сопротивления, образуя комплексное значение.

Сопротивление антенны

Предположим, у нас есть антенна с входными клеммами x и y:

Мощность, излучаемая входным разъемом антенны, определяется как:

Поскольку общая входная мощность представляет собой сумму излучаемой мощности и мощности потерь,

Таким образом, мы можем записать это как:

Это происходит потому, что вся подаваемая мощность не излучается, так как часть мощности теряется.

Следовательно, излучаемая мощность будет:

При этом потери/рассеиваемая мощность будут:

Подставив полученные значения P r и P L в уравнение 1, мы получим:

Также подставив значение P в мы получим

Так как общий ток будет суммой тока излучения и тока потерь. Следовательно, записав приведенное выше уравнение как:

Об упрощении

Таким образом, мы можем сказать, что входное сопротивление будет суммой сопротивления излучения и сопротивления потерь.Поэтому на рисунке ниже представлен входной импеданс антенны:

Получение мощности, подаваемой на Антенну

Предположим, у нас есть конфигурация, приведенная ниже:

Здесь две входные клеммы x и y антенны подключены к генератору.

Здесь следует отметить, что генератор также будет иметь некоторое внутреннее сопротивление. Итак, рассмотрим полное сопротивление генератора Z г .

Мы знаем, что полное сопротивление задается как:

Поэтому

  • Здесь R г обозначает сопротивление генератора
  • В то время как X г обозначает реактивное сопротивление генератора

Итак, рисуя эквивалентную схему приведенной выше конфигурации антенны генератора:

Для передающей антенны импеданс будет равен

.

  • Здесь Z A — импеданс антенны,
  • R A — сопротивление антенны,
  • X A обозначает реактивное сопротивление антенны

Резистивная часть антенны, которую мы уже вычислили, имеет вид:

Теперь рассмотрим приведенную выше эквивалентную схему Тевенина, чтобы определить мощность, переданную R r для излучения, и мощность, рассеянную в виде тепла в R L .

Итак, сначала нам нужно определить ток внутри самой петли,

Следовательно, по закону Ома

Здесь V g — максимальное напряжение генератора, а Z t — полное сопротивление контура. Таким образом,

Далее по упрощению,

Начиная с R A = R R + R L

Следовательно, у нас будет

Далее

Итак, учитывая величину формы

Таким образом, мы можем сказать, что мощность излучения P r будет равна

Итак, при подстановке значения I г


Таким образом мощность генератора на антенну для излучения будет

Рассеиваемая мощность

Поэтому

Также мощность, рассеиваемая на внутреннем сопротивлении генератора, будет равна:

  Условие максимальной подводимой мощности к антенне достижимо при сопряженном согласовании.Это означает

Итак, у нас будет

Аналогично

и

Здесь следует отметить, что генерируемая мощность должна быть равна сумме излучаемой мощности и рассеиваемой мощности в виде тепла.

Итак, при замене

Мощность, подаваемая генератором

Следовательно,

Таким образом, можно сказать, что общая мощность, вырабатываемая генератором, представляет собой сумму мощности, рассеиваемой на внутреннем сопротивлении генератора, и мощности, подводимой к антенне, в случае сопряженного согласования.

При этом из общей мощности, подводимой к антенне генератором, часть излучается с использованием сопротивления излучения, а остальная часть рассеивается в виде тепла. Эта рассеиваемая мощность в виде тепла изменяет эффективность антенны.

Входное сопротивление вики | TheReaderWiki

Входной импеданс электрической сети является мерой противодействия току (импеданс), как статическому (сопротивление), так и динамическому (реактивное сопротивление) в сети нагрузки, которая является внешней по отношению к источнику электроэнергии.Входная проводимость (1/импеданс) является мерой склонности нагрузки потреблять ток. Исходная сеть — это часть сети, которая передает энергию, а нагрузочная сеть — это часть сети, которая потребляет энергию.

Схема слева от центрального набора незакрашенных кружков моделирует схему источника, а схема справа моделирует подключенную схему. Z S — выходное сопротивление нагрузки, а Z L — входное сопротивление источника.

Полное входное сопротивление

Если бы сеть нагрузки была заменена устройством с выходным полным сопротивлением, равным входному сопротивлению сети нагрузки (эквивалентной цепи), характеристики сети источник-нагрузка были бы такими же с точки зрения соединения точка. Таким образом, напряжение на входе и ток на входных клеммах будут идентичны для выбранной сети нагрузки.

Таким образом, входной импеданс нагрузки и выходной импеданс источника определяют, как изменяются ток и напряжение источника.

Эквивалентная схема электрической сети Тевенена использует концепцию входного импеданса для определения импеданса эквивалентной схемы.

Расчет

Если создать цепь с эквивалентными свойствами на входных клеммах, подключив входной импеданс к нагрузке цепи, а выходной импеданс последовательно с источником сигнала, закон Ома можно будет использовать для расчета передачи функция.

Электрический КПД

Значения входного и выходного импеданса часто используются для оценки электрического КПД сетей путем разбиения их на несколько стадий и независимой оценки эффективности взаимодействия между каждой стадией.Для минимизации электрических потерь выходное сопротивление сигнала должно быть незначительным по сравнению с входным сопротивлением подключаемой сети, поскольку усиление эквивалентно отношению входного сопротивления к общему сопротивлению (входное сопротивление + выходное сопротивление). В данном случае

Z я н ≫ Z о ты т {\ displaystyle Z_ {in} \ gg Z_ {out}} (или Z л ≫ Z С {\ Displaystyle Z_ {L} \ gg Z_ {S}} )
Входное сопротивление ведомого каскада (нагрузки) намного больше, чем выходное сопротивление ведомого каскада (источника).

В цепях переменного тока потери энергии в проводниках из-за реактивной составляющей импеданса могут быть значительными. Эти потери проявляются в явлении, называемом дисбалансом фаз, когда ток не совпадает по фазе (отстает или опережает) напряжение. Следовательно, произведение тока и напряжения меньше, чем было бы, если бы ток и напряжение были в фазе. В источниках постоянного тока реактивные цепи не влияют, поэтому коррекция коэффициента мощности не требуется.

Для моделируемой цепи с идеальным источником, выходным и входным сопротивлениями; входное реактивное сопротивление схемы может быть рассчитано как отрицательное значение выходного реактивного сопротивления в источнике. В этом сценарии реактивная составляющая входного импеданса отменяет реактивную составляющую выходного импеданса в источнике. Полученная эквивалентная схема носит чисто резистивный характер, и в ней отсутствуют потери из-за перекоса фаз в источнике или нагрузке.

Z я н знак равно Икс − Дж Я ⁡ ( Z о ты т ) {\ displaystyle {\ begin {align} Z_ {in} & = Xj \ operatorname {Im} (Z_ {out}) \\\ end {align}}}
Передача мощности

Условие передачи максимальной мощности гласит, что для данного источника максимальная мощность будет передаваться, когда сопротивление источника равно сопротивлению нагрузки, а коэффициент мощности корректируется путем компенсации реактивного сопротивления.Когда это происходит, цепь считается комплексно-сопряженной , согласованной с импедансом сигналов. Обратите внимание, что это максимизирует только передачу мощности, а не эффективность схемы. Когда передача мощности оптимизирована, схема работает только с эффективностью 50%.

Формула комплексного сопряжения соответствует

Z я н знак равно Z о ты т * знак равно | Z о ты т | е − Дж Θ о ты т знак равно Ре ⁡ ( Z о ты т ) − Дж Я ⁡ ( Z о ты т ) .{-j\Theta _{out}}\\&=\operatorname {Re} (Z_{out})-j\operatorname {Im} (Z_{out}).\\\end{выровнено}}}

При отсутствии реактивного компонента это уравнение упрощается до Z я н знак равно Z о ты т {\ displaystyle Z_ {in} = Z_ {out}} как мнимая часть Z о ты т {\ Displaystyle Z_ {из}} равен нулю.

Согласование импеданса

Когда волновое сопротивление линии передачи Z л я н е {\ Displaystyle Z_ {строка}} , не соответствует импедансу сети нагрузки, Z я н {\ Displaystyle Z_ {в}} , нагрузочная сеть будет отражать часть исходного сигнала. Это может создать стоячие волны на линии передачи.Чтобы свести к минимуму отражения, волновое сопротивление линии передачи и полное сопротивление цепи нагрузки должны быть равными (или «согласованными»). Если импеданс совпадает, соединение называется согласованным соединением , а процесс исправления несоответствия импеданса называется согласованием импеданса . Поскольку характеристическое сопротивление однородной линии передачи основано только на геометрии и поэтому является постоянным, а полное сопротивление нагрузки можно измерить независимо, условие согласования выполняется независимо от размещения нагрузки (до или после линии передачи).

Z я н знак равно Z л я н е {\ displaystyle Z_ {in} = Z_ {line}}

Применение

Обработка сигналов

В современной обработке сигналов такие устройства, как операционные усилители, имеют входное сопротивление, на несколько порядков превышающее выходное сопротивление устройства-источника, подключенного к этому входу.Это называется импедансным мостом. Потери из-за входного сопротивления (потери) в этих цепях будут минимизированы, а напряжение на входе усилителя будет близким к напряжению, как если бы цепь усилителя не была подключена. Когда используется устройство, входной импеданс которого может привести к значительному ухудшению сигнала, часто используется устройство с высоким входным импедансом и низким выходным импедансом, чтобы свести к минимуму его влияние. Для этих эффектов часто используются повторители напряжения или согласующие трансформаторы импеданса.

Входной импеданс для усилителей с высоким импедансом (таких как электронные лампы, усилители на полевых транзисторах и операционные усилители) часто указывается как сопротивление параллельно с емкостью (например, 2,2 МОм ∥ 1 пФ). Предварительные усилители, разработанные для высокого входного импеданса, могут иметь несколько более высокое эффективное шумовое напряжение на входе (при низком эффективном шумовом токе) и поэтому немного более шумные, чем усилитель, предназначенный для конкретного источника с низким импедансом, но в целом конфигурация источника с относительно низким импедансом будет более устойчива к шуму (особенно фону сети).

Высокочастотные энергосистемы

Отражения сигналов, вызванные несоответствием импеданса на конце линии передачи, могут привести к искажению и потенциальному повреждению управляющей схемы.

В аналоговых видеоцепях несоответствие импеданса может вызвать «двоение», когда эхо-сигнал основного изображения с временной задержкой проявляется как слабое и смещенное изображение (обычно справа от основного изображения). В высокоскоростных цифровых системах, таких как HD-видео, отражения приводят к помехам и потенциальному искажению сигнала.

Стоячие волны, создаваемые несоответствием, представляют собой периодические области напряжения выше нормального. Если это напряжение превышает электрическую прочность на пробой изоляционного материала линии, возникает дуга. Это, в свою очередь, может вызвать реактивный импульс высокого напряжения, который может вывести из строя оконечный выходной каскад передатчика.

В радиочастотных системах типичные значения импеданса линии и оконечной нагрузки составляют 50 Ом и 75 Ом.

Для максимизации передачи мощности [ требуется уточнение ] для радиочастотных энергосистем цепи должны быть комплексно-сопряженными, согласованными по всей цепи питания, от выхода передатчика, через линию передачи (симметричная пара, коаксиальный кабель , или волновод), к антенне , системе , которая состоит из устройства согласования импеданса и излучающего элемента(ов).

См. также

Ссылки

  • Искусство электроники , Winfield Hill, Paul Horowitz, Cambridge University Press, ISBN 0-521-37095-7
  • «Входной импеданс аорты у нормального человека: связь с формами волн давления», JP Murgo, N Westerhof, JP Giolma, SA Altobelli pdf
  • Отличное введение в важность импеданса и согласования импедансов можно найти в Практическое введение в электронные схемы , M H Jones, Cambridge University Press, ISBN 0-521-31312-0

Внешние ссылки

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.