Site Loader

Содержание

Как влияет сопротивление усилителя на звук? / Хабр

Как и наушники, усилитель имеет свое собственное сопротивление. Очень часто, пропуская этот параметр, оценивая одни и те же наушники, слушатели приходят к противоположным мнениям относительно их звучания, касаемо их громкости и частотного баланса.

Рассмотрим подробно влияние сопротивления усилителя но общее звучание.

В упрощенном виде электрическая схема выглядит так:

Условно, мы имеем дело с дополнительным сопротивлением R(Amplifier), которое многие не учитывают и потом удивляются, почему их ожидания от звучания наушников не оправдываются. В зависимости от величины сопротивления, усилители делятся на усилители напряжения (низкое значение сопротивления) и усилители тока (высокое сопротивление).

Само сопротивление принято называть импедансом или полным выходным сопротивлением усилителя. Более сложное название подчеркивает, что сопротивление может быть непостоянным и меняться в зависимости от частоты.

Из результатов измерений более 100 усилителей в проекте Reference Audio Analyzer можно выделить основные типы импедансов: равномерные и с повышением сопротивления в области низких частот.

Зависимость импеданса наушников и полного выходного сопротивления усилителя

Из прошлых материалов уже знаем, что когда наушники подключаются к усилителю, то их АЧХ меняется из-за индивидуального согласования импеданса наушников, сопротивления проводов и полного выходного сопротивления усилителя.

Закономерный вопрос, а от чего же меняется АЧХ наушников? Возвращаясь в электрической схеме и школьному курсу физики, можно увидеть, что из-за сопротивления усилителя будет дополнительное падение напряжения в цепи, зависящее от сопротивления нагрузки (в данном случае наушников). Чем ниже будет сопротивление нагрузки, тем выше будет падение напряжения на нагрузке.

Условно говоря, включаем усилитель, выставляем уровень равный 1 В. Если у усилителя выходное сопротивление 300 Ом, то при подключении наушников с сопротивлением в 32 Ом на выходе будет не 1 В, а всего 0.096 В (или -20 dBV).

У наушников зачастую импеданс неравномерный. Например, у Grado GR 10 сопротивление в области низких и средних частот равно 16 Ом, а в области высоких частот достигает 150 Ом.

При подключению к усилителям с разным выходным сопротивлением, АЧХ снижается по уровню, однако просадка неравномерна, в области низких частот снижение максимально, а в области высоких не так значительно.

Пользователь обычно никогда не знает, какой уровень 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 при выравнивании громкости разница наблюдается в области высоких частот и достигает 12 дБ.

Усилители с характерными графиками полного выходного сопротивления


Усилители с ровным выходным сопротивлением


На графике показаны типовые линии импедансов с сопротивлением в 20, 50, 100 и 300 Ом.

При сопротивлении менее 3 Ом сопротивление называется «нулевым». К усилителям с «нулевым» сопротивлением относятся усилители Violectric.

К токовым усилителям можно отнести усилители Erzetich, где выходное сопротивление выше 60 Ом.

Близкое к нулю с повышением в области низких частот


Такую кривую импеданса можно наблюдать у усилителей с однополярным питанием, где постоянное смещение напряжение ликвидируется конденсатором на выходе. При подключении низкоомных наушников к такому усилителю на АЧХ обычно наблюдается снижение низких частот по уровню. Такие усилители относятся к категории усилителей с «нулевым» сопротивлением. Чаще всего такие усилители встречаются в плеерах и других мобильных устройствах.

Усилители «напряжения» против «токовых»

Что лучше и качественнее, усилители с низким сопротивлением или высоким?

В усилителях для колонок предпочтение отдается усилителям напряжения с высоким демпинг-фактором. Высокий демпинг-фактор обеспечивает лучший контроль низких частот в области резонансных частот у низкочастотного динамика. У многих наушников нет столь выраженных проблем с низкочастотным резонансом и можно использовать преимущества токового режима усилителя.

Напряжение на выходе усилителя с низким выходным сопротивлением зависит в величины сопротивления наушников. Сопротивление наушников в свою очередь зависит от температурного режима (если подать излишне высокую мощность, то температура окажется критической, достаточной для расплавления лакового покрытия изоляции или разрушения провода). В штатном режиме температура катушки индуктивности не приводит к разрушению, но при этом меняет свое сопротивление.

Из-за малой массы и габаритов, изменения температуры меняются очень быстро, что приводит к постоянным резким изменениям амплитуды сигнала и сказывается на общих искажениях.

При использовании токового усилителя с высоким выходным сопротивлением, изменения сопротивления наушников практически никак не отражается на амплитуде сигнала, что позволяет существенно снизить влияние температурных процессов и делает усилители с высоким выходным сопротивлением предпочтительными.

Подробно это исследовал профессор Агеев Д. В., в публикации «ДОЛЖЕН ЛИ УМЗЧ ИМЕТЬ МАЛОЕ ВЫХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ?» РАДИО №4, 1997 г.

Выводы

Какие можно сделать выводы? Гнаться за нулевым сопротивлением в большинстве случаев нет смысла. Для наушников с ярко выраженным резонансом в области низких частот может подойти как усилитель напряжения, так и токовый, и это будет компромисс между контролем низких частот и прозрачности звучания в остальном диапазоне.

Для ряда наушников, где производитель постарался снизить зависимость сопротивления от температуры, может вообще не быть разницы, с каким выходным сопротивлением усилитель используется.

У высокоомных наушников (таких как Sennheiser HD 650, HD 800, Beyerdynamic DT 880 Pro) есть преимущество, их колебания сопротивления мало отражаются на амплитуде сигнала и возможно поэтому за высокоомными наушниками закрепилась ассоциация как «качественный звук».

А в конечном итоге, связка «усилитель + наушники» выбирается по субъективному звучанию, где технически характеристики дают первичную информацию и на какие особенности стоит обратить внимание в первую очередь. Например, при оценке токового усилителя надо обратить внимание на качество низких частот, в то время как при использовании усилителя напряжения – нет ли излишней резкости или ощущения «мутности» в звучании. При использовании арматурных или гибридных наушников – подходит ли конечный частотный баланс.

Автор Кузнецов Роман romanrex

Что такое входное и выходное сопротивление операционного усилителя?

Короткий ответ: входной импеданс «высокий» (в идеале бесконечный). Выходной импеданс «низкий» (в идеале ноль). Но что это значит, и почему это полезно?

Импеданс — это соотношение между напряжением и током. Это комбинация сопротивления (не зависит от частоты, резисторы) и реактивного сопротивления (зависит от частоты, индуктивности и конденсаторы). Чтобы упростить обсуждение, давайте просто предположим, что все наши импедансы являются чисто резистивными, поэтому импеданс = сопротивление.

Вы уже знаете, что сопротивление связывает напряжение и ток по закону Ома:

E=IRE=IR

или, может быть

R=EIR=EI

То есть один ом означает, что за каждый вольт вы получаете один ампер. Мы знаем , что если у нас есть резистор , и у нас есть ток , то напряжение должно быть .100Ω100Ω1A1A100V100V

Понятие «входной» и «выходной» импедансы — это почти одно и то же, за исключением того, что мы имеем дело только с относительным

изменением напряжения и тока. То есть:

R=∂E∂IR=∂E∂I

Если мы говорим о входном импедансе операционного усилителя, мы говорим о том, сколько тока будет течь при увеличении напряжения (или насколько меньше будет течь при уменьшении напряжения). Так сказать , на вход ОУ был , и вы измерили ток , требуемый от источника сигнала для разработки этого напряжения , чтобы быть . Затем вы изменили источник так, что на операционном усилителе появилось , а ток был . Затем вы можете рассчитать входное сопротивление операционного усилителя как:1V1V1μA1μA3V3V2μA2μA

(3V−1V)2μA−1μA=2MΩ(3V−1V)2μA−1μA=2MΩ

Как правило, очень высокий входной импеданс операционных усилителей желателен, потому что это означает, что для создания напряжения требуется очень маленький ток от источника. То есть операционный усилитель не сильно отличается от разомкнутой цепи, где для создания напряжения не требуется ток, поскольку полное сопротивление разомкнутой цепи бесконечно.

Выходной импеданс — это то же самое, но сейчас мы говорим о том, насколько изменяется кажущееся напряжение источника по мере того, как оно требуется для подачи большего тока. Вы, вероятно, заметили, что батарея под нагрузкой имеет более низкое напряжение, чем та же батарея без нагрузки. Это источник сопротивления в действии.

Допустим, вы установили на свой операционный усилитель 5 В и измеряете напряжение с помощью разомкнутой цепи

1 . Ток будет (потому что цепь разомкнута), а измеряемое вами напряжение будет 5В. Теперь вы подключаете резистор к выходу, так что ток на выходе операционного усилителя составляет . Вы измерить напряжение на этом резисторе , и найти его , чтобы быть . Затем вы можете рассчитать выходное сопротивление операционного усилителя как:0A0A50mA50mA4.99V4.99V

−5V−4.99V0mA−50mA=0.2Ω−5V−4.99V0mA−50mA=0.2Ω

Вы заметите, что я изменил знак результата. Это будет иметь смысл, почему позже. Этот низкий импеданс источника означает, что операционный усилитель может подавать (или поглощать) большой ток без значительного изменения напряжения.

Здесь следует сделать несколько замечаний. Входной импеданс операционного усилителя выглядит как импеданс нагрузки для всего, что подтверждает сигнал операционного усилителя. Выходной импеданс операционного усилителя выглядит как импеданс источника для всего, что получает сигнал от операционного усилителя.

Говорят, что источник, управляющий нагрузкой с относительно низким импедансом нагрузки, сильно нагружен , и для сигнала напряжения потребуется большой ток. Если импеданс источника низкий, источник сможет подавать этот ток без падения напряжения.

Если вы хотите минимизировать падение напряжения, тогда сопротивление источника должно быть намного меньше, чем сопротивление нагрузки. Это называется мостовым сопротивлением . Это обычное дело, потому что мы обычно представляем сигналы как напряжения, и мы хотим передать эти напряжения без изменений с одной ступени на другую. Высокое сопротивление нагрузки также означает, что не будет большого тока, что также означает меньшую мощность.

Идеальный операционный усилитель имеет бесконечный входной импеданс и нулевой выходной импеданс, потому что можно легко уменьшить входной импеданс (поставить резистор параллельно) или повысить импеданс источника (резистор включить последовательно). Не так легко пойти другим путем; вам нужно что-то, что может усилиться. Операционный усилитель в качестве повторителя напряжения является одним из способов преобразования высокого импеданса источника в низкий импеданс источника.

Наконец, теорема Тевенина гласит, что мы можем преобразовать практически любую линейную электрическую сеть в источник напряжения и резистор:

Фактически, «полное сопротивление источника» может быть определено как эквивалентное сопротивление , здесь . Это работает и для нагрузок. Но если вы уже не знаете теорему Тевенина, говорить об этом бесполезно. Однако, понимая, что такое источник и импедансы нагрузки, теорема Тевенина означает, что вы можете рассчитать импеданс для линейных сетей, независимо от сложности.RthRth

1: это на самом деле невозможно, потому что вы должны подключить оба провода вашего вольтметра к цепи, тем самым завершив это! Но у вашего вольтметра очень высокий импеданс, поэтому он достаточно близок к разомкнутой цепи, и мы можем считать его таким.

Входное сопротивление усилителя постоянного тока



Входное и выходное сопротивление

Входное и выходное сопротивление является очень важным в электронике.

Предисловие

Ладно, начнем издалека… Как вы знаете, все электронные устройства состоят из блоков. Их еще часто называют каскады, модули, узлы и тд. В нашей статье будем использовать понятие “блок”. Например, источник питания, собранный по этой схеме:

состоит из двух блоков. Я их пометил в красном и зеленом прямоугольниках.

В красном блоке мы получаем постоянное напряжение, а в зеленом блоке мы его стабилизируем. То есть блочная схема будет такой:

Блочная схема – это условное деление. В этом примере мы могли бы даже взять трансформатор, как отдельный блок, который понижает переменное напряжение одного номинала к другому. Как нам удобнее, так и делим на блоки нашу электронную безделушку. Метод “от простого к сложному” полностью работает в нашем мире. На низшем уровне находятся радиоэлементы, на высшем – готовое устройство, например, телевизор.

Ладно, что-то отвлеклись. Как вы поняли, любое устройство состоит из блоков, которые выполняют определенную функцию.

– Ага! Так что же получается? Я могу просто тупо взять готовые блоки и изобрести любое электронное устройство, которое мне придет в голову?

Да! Именно на это нацелена сейчас современная электроника 😉 Микроконтроллеры и конструкторы, типа Arduino, добавляют еще больше гибкости в творческие начинания молодых изобретателей.

На словах все выходит прекрасно, но всегда есть подводные камни, которые следует изучить, чтобы начать проектировать электронные устройства. Некоторые из этих камушков называются входным и выходным сопротивлением.

Думаю, все помнят, что такое сопротивление и что такое резистор. Резистор хоть и обладает сопротивлением, но это активное сопротивление. Катушка индуктивности и конденсатор будут уже обладать, так называемым, реактивным сопротивлением. Но что такое входное и выходное сопротивление? Это уже что-то новенькое. Если прислушаться к этим фразам, то входное сопротивление – это сопротивление какого-то входа, а выходное – сопротивление какого-либо выхода. Ну да, все почти так и есть. И где же нам найти в схеме эти входные и выходные сопротивления? А вот “прячутся” они в самих блоках радиоэлектронных устройств.

Входное сопротивление

Итак, имеем какой-либо блок. Как принято во всем мире, слева – это вход блока, справа – выход.

Как и полагается, этот блок используется в каком-нибудь радиоэлектронном устройстве и выполняет какую-либо функцию. Значит, на его вход будет подаваться какое-то входное напряжение Uвхот другого блока или от источника питания, а на его выходе появится напряжение Uвых(или не появится, если блок является конечным).

Но раз уж мы подаем напряжение на вход (входное напряжение Uвх), следовательно, у нас этот блок будет кушать какую-то силу тока Iвх.

Теперь самое интересное… От чего зависит Iвх? Вообще, от чего зависит сила тока в цепи? Вспоминаем закон Ома для участка цепи :

Значит, сила тока у нас зависит от напряжения и от сопротивления. Предположим, что напряжение у нас не меняется, следовательно, сила тока в цепи будет зависеть от… СОПРОТИВЛЕНИЯ. Но где нам его найти? А прячется оно в самом каскаде и называется входным сопротивлением.

То есть, разобрав такой блок, внутри него мы можем найти этот резистор? Конечно же нет). Он является своего рода сопротивлением радиоэлементов, соединенных по схеме этого блока. Скажем так, совокупное сопротивление.

Как измерить входное сопротивление

Как мы знаем, на каждый блок подается какой-либо сигнал от предыдущего блока или это может быть даже питание от сети или батареи. Что нам остается сделать?

1)Замерить напряжение Uвх, подаваемое на этот блок

2)Замерить силу тока Iвх, которую потребляет наш блок

3) По закону Ома найти входное сопротивление Rвх.

Если у вас входное сопротивление получается очень большое, чтобы замерить его как можно точнее, используют вот такую схему.

Мы с вами знаем, что если входное сопротивление у нас большое, то входная сила тока в цепи у нас будет очень маленькая (из закона Ома).

Падение напряжения на резисторе R обозначим, как UR

Из всего этого получаем…

Когда мы проводим эти измерения, имейте ввиду, что напряжение на выходе генератора не должно меняться!

Итак, давайте посчитаем, какой же резистор нам необходимо подобрать, чтобы как можно точнее замерять это входное сопротивление. Допустим, что у нас входное сопротивление Rвх=1 МегаОм, а резистор взяли R=1 КилоОм. Пусть генератор выдает постоянное напряжение U=10 Вольт. В результате, у нас получается цепь с двумя сопротивлениями. Правило делителя напряжения гласит: сумма падений напряжений на всех сопротивлениях в цепи равняется ЭДС генератора.

В результате получается цепь:

Высчитываем силу тока в цепи в Амперах

Получается, что падение напряжения на сопротивлении R в Вольтах будет:

Грубо говоря 0,01 Вольт. Вряд ли вы сможете точно замерить такое маленькое напряжение на своем китайском мультиметре.

Какой отсюда вывод? Для более точного измерения высокого входного сопротивления надо брать добавочное сопротивление также очень большого номинала. В этом случае работает правило шунта: на бОльшем сопротивлении падает бОльшее напряжение, и наоборот, на меньшем сопротивлении падает меньшее напряжение.

Измерение входного сопротивления на практике

Ну все, запарка прошла ;-). Давайте теперь на практике попробуем замерить входное сопротивление какого-либо устройства. Мой взгляд сразу упал на Транзистор-метр. Итак, выставляем на блоке питания рабочее напряжение этого транзистор-метра, то есть 9 Вольт, и во включенном состоянии замеряем потребляемую силу тока. Как замерить силу тока в цепи, читаем в этой статье. По схеме все это будет выглядеть вот так:

А на деле вот так:

Итак, у нас получилось 22,5 миллиАмпер.

Теперь, зная значение потребляемого тока, можно найти по этой формуле входное сопротивление:

Выходное сопротивление

Яркий пример выходного сопротивления – это закон Ома для полной цепи, в котором есть так называемое “внутреннее сопротивление”. Кому лень читать про этот закон, вкратце рассмотрим его здесь.

Что мы имели? У нас был автомобильный аккумулятор, с помощью которого мы поджигали галогенную лампочку. Перед тем, как цеплять лампочку, мы замеряли напряжение на клеммах аккумулятора:

И как только подсоединяли лампочку, у нас напряжение на аккумуляторе становилось меньше.

Разница напряжения, то есть 0,3 Вольта (12,09-11,79) у нас падало на так называемом внутреннем сопротивлении r 😉 Оно же и есть ВЫХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. Его также называют еще сопротивлением источника или эквивалентным сопротивлением.

У всех аккумуляторов есть это внутреннее сопротивление r, и “цепляется” оно последовательно с источником ЭДС (Е).

Но только ли аккумуляторы и различные батарейки обладают выходным сопротивлением? Не только. Выходным сопротивлением обладают все источники питания. Это может быть блок питания, генератор частоты, либо вообще какой-нибудь усилитель.

В теореме Тевенина (короче, умный мужик такой был) говорилось, что любую цепь, которая имеет две клеммы и содержит в себе туеву кучу различных источников ЭДС и резисторов разного номинала можно привести тупо к источнику ЭДС с каким-то значением напряжения (Eэквивалентное) и с каким-то внутренним сопротивлением (Rэквивалентное).

Eэкв– эквивалентный источник ЭДС

Rэкв– эквивалентное сопротивление

То есть получается, если какой-либо источник напряжения питает нагрузку, значит, в источнике напряжения есть ЭДС и эквивалентное сопротивление, оно же выходное сопротивление.

В режиме холостого хода (то есть, когда к выходным клеммам не подцеплена нагрузка) с помощью мультиметра мы можем замерить ЭДС (E). С замером ЭДС вроде бы понятно, но вот как замерить Rвых?

В принципе, можно устроить короткое замыкание. То есть замкнуть выходные клеммы толстым медным проводом, по которому у нас будет течь ток короткого замыкания Iкз.

В результате у нас получается замкнутая цепь с одним резистором. Из закона Ома получаем, что

Но есть небольшая загвоздка. Теоретически – формула верна. Но на практике я бы не рекомендовал использовать этот способ. В этом случае сила тока достигает бешеного значения, да вообще, вся схема ведет себя неадекватно.

Измерение выходного сопротивления на практике

Есть другой, более безопасный способ. Не буду повторяться, просто скопирую со статьи закон Ома для полной цепи, где мы находили внутреннее сопротивление аккумулятора. В той статье, мы к акуму цепляли галогенную лампочку, которая была нагрузкой R. В результате по цепи шел электрический ток. На лампочке и на внутреннем сопротивлении у нас падало напряжение, сумма которых равнялась ЭДС.

Итак, для начала замеряем напряжение на аккумуляторе без лампочки.

Так как у нас в этом случае цепь разомкнута (нет внешней нагрузки), следовательно сила тока в цепи I равняется нулю. Значит, и падение напряжение на внутреннем резисторе Ur тоже будет равняться нулю. В итоге, у нас остается только источник ЭДС, у которого мы и замеряем напряжение. В нашем случае E=12,09 Вольт.

Как только мы подсоединили нагрузку, то у нас сразу же упало напряжение на внутреннем резисторе и на нагрузке, в данном случае на лампочке:

Сейчас на нагрузке (на галогенке) у нас упало напряжение UR=11,79 Вольт, следовательно, на внутреннем резисторе падение напряжения составило Ur=E-UR=12,09-11,79=0,3 Вольта. Сила тока в цепи равняется I=4,35 Ампер. Как я уже сказал, ЭДС у нас равняется E=12,09 Вольт. Следовательно, из закона Ома для полной цепи высчитываем, чему у нас будет равняться внутреннее сопротивление r:

Заключение

Входное и выходное сопротивление каскадов (блоков) в электронике играют очень важную роль. В этом мы убедимся, когда начнем рассматривать статью по согласованию узлов радиоэлектронных схем. Все качественные вольтметры и осциллографы также стараются делать с очень высоким входным сопротивлением, чтобы оно меньше сказывалось на замеряемый сигнал и не гасило его амплитуду.

С выходным сопротивлением все намного интереснее. Когда мы подключаем низкоомную нагрузку, то чем больше внутреннее сопротивление, тем больше напряжение падает на внутреннем сопротивлении. То есть в нагрузку будет отдаваться меньшее напряжение, так как разница осядет на внутреннем резисторе. Поэтому, качественные источники питания, типа блока питания либо генератора частоты, пытаются делать как можно с меньшим выходным сопротивлением, чтобы напряжение на выходе “не проседало” при подключении низкоомной нагрузки. Даже если сильно просядет, то мы можем вручную подкорректировать с помощью регулировки выходного напряжения, которые есть в каждом нормальном источнике питания. В некоторых источниках это делается автоматически.

Источник

Входное и выходное сопротивления усилителя (БТ, BJT)

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:

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

  • 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, Rвх для схемы с общим эмиттером равно:

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

\(r_Э = 26 мВ/ 1 мА = 26 \;Ом\)

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

Для более точного определения Rвх для схемы с общим коллектором необходимо учитывать RЭ:

\(R_ = \beta (R_Э + r_Э)\)

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

Входной импеданс схемы с общей базой равен Rвх = rЭ.

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.

Характеристики схем усилителей на биполярных транзисторах

Источник

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Что такое усилитель тока, токовый буфер и токовый повторитель

Усилитель тока

Усилитель тока – это электронная схема, которая увеличивает величину тока входного сигнала на фиксированное значение и подает его в последующую схему или устройство. Этот процесс называется токовым усилением входного сигнала.

Вход может быть постоянным или изменяющимся во времени сигналом. В идеале, во время этого процесса усиления тока усилитель тока будет сохранять неизменной составляющую напряжения входного сигнала. Ниже приведена блок-схема типичного усилителя тока.

Сигналы на входных и выходных клеммах обозначают величину тока относительно времени. Обратите внимание, что весь сигнал растягивается (увеличивается) на выходе с фиксированным коэффициентом.

Коэффициент усиления усилителя тока

В электронике «усиление» или «коэффициент усиления» – это технический термин, используемый для оценки усилительной способности усилителя. А поскольку усилитель тока преобразует только токовую составляющую входного сигнала, его коэффициент усиления зависит от того, насколько он увеличивает ток выходного сигнала по отношению к входному сигналу.

Математически коэффициент усиления усилителя тока представляет собой отношение величины тока, протекающего через его выходные клеммы, к величине тока входного сигнала. Он обозначается символом Ai и, поскольку это соотношение, он не имеет единиц: Ai=Iвых/Iвх.

Например, если поток тока от входного сигнала составляет 1 мА, а ток, протекающий через выходные клеммы, составляет 100 мА, тогда усиление данного усилителя тока будет равно 100 (100 мА / 1 мА). Это означает, что величина тока входного сигнала на выходе возрастает в 100 раз.

Усиление также может иметь отрицательное значение. Это указывает на то, что выходной сигнал является обращенной и масштабированной копией входного сигнала.

Характеристики идеального усилителя тока

Для разработки усилителя тока необходимо проработать набор правил / характеристик, которые определяют его теоретическое поведение. Ниже приведены эти идеальные характеристики:

  • Усиление тока усилителя (Ai) должно оставаться постоянным для всего диапазона входного сигнала
  • Усиление тока усилителей не должно зависеть от условий окружающей среды, таких как температура и влажность
  • Входной импеданс (эффективное сопротивление между входными клеммами) усилителя тока должен быть равен нулю
  • Выходной импеданс (эффективное сопротивление между выходными клеммами) усилителя тока должно быть бесконечным

В реальных случаях невозможно достичь указанного выше рекомендуемого сопротивления усилителей тока. Но они используются в качестве эталонных параметров для проектирования схем усилителей тока, близких к идеальным. Диаграмма ниже иллюстрирует модель усилителя идеального тока вместе с реальным.

Обратите внимание на сопротивления на входе и выходе усилителя тока в реальном случае. Последовательное сопротивление на входе указывает эффективное сопротивление, создаваемое схемой усиления. Сопротивление, параллельное выходу, обозначает некоторую часть выходного сигнала, потерянную либо механизмами обратной связи, либо из-за внутренних потерь.

Схема усилителя тока

Ниже приведена принципиальная схема простой двухкаскадной цепи усилителя тока, в которой в качестве усилительного элемента используются транзисторы npn и pnp.

Фотодиод поглощает энергию света и высвобождает электроны, тем самым действуя в качестве источника входного тока. Этот ток от фотодиода сначала усиливается транзистором Q1 и дополнительно усиливается транзистором Q2.

Резисторы у баз обоих транзисторов используются для регулировки усиления. Количество раз усиления сигнала совпадает с количеством каскадов в усилителе. Здесь ток усиливается в два раза, так что это двухкаскадный усилитель тока.

Переходя к расчетной части, скажем, id – это ток, протекающий от фотодиода, а Ai1, Ai2 – коэффициенты усиления транзисторов Q1 и Q2 соответственно. Ток на выходе первого транзистора будет равен Ai1*id, и это будет вход для второго транзистора. Второй транзистор Q2 будет дополнительно усиливать этот сигнал с коэффициентом Ai2. Таким образом, конечный выходной ток будет равен Ai2*Ai1*id, что сделает усиление всего этого двухступенчатого усилителя тока равным Ai2*Ai1.

Применение усилителей тока

Ниже приведены некоторые практические применения усилителей тока:

  • В системах усиления звука усилители тока используются для получения более качественного звучания низких частот за счет увеличения интенсивности, с которой приводятся в действие динамики
  • Усилители тока с переменным усилением используются во многих промышленных производственных системах, таких как машины лазерной и водоструйной резки, для контроля интенсивности, с которой осуществляется изготовление
  • В сенсорных системах усилители тока используются для усиления слабых входных сигналов для использования в последующих цепях

Токовый буфер

Токовый буфер – это электронная схема, которая используется для передачи электрического тока от входного источника, имеющего очень малый импеданс (эффективное сопротивление), к выходным нагрузкам с высоким импедансом. Он предназначен для предотвращения воздействия на источники сигнала из-за различий в величине тока, потребляемого выходными нагрузками.

В большинстве сценариев он действует как мост между слабыми входными сигналами (например, сигналами от датчиков) и выходными нагрузками, которые могут потреблять большие токи. Ниже приведена схема идеального токового буфера.

Он в первую очередь предназначен для устранения влияния выходной нагрузки на источник входного сигнала. Таким образом, вы можете думать о буфере тока как о цепи, которая изолирует входные и выходные цепи, в то же время позволяя проводить требуемый поток тока к выходной нагрузке для поддержания постоянного напряжения на нем. Ниже приведена принципиальная схема простого токового буфера на основе полевого транзистора.

Такое расположение обеспечивает меньшее сопротивление входного сигнала и высокое сопротивление на выходной клемме, что делает его почти идеальным буфером тока.

Применение токового буфера

Токовый повторитель

Токовая буферная схема с усилением 1 (т.е. входные и выходные токи одинаковы) называется токовым повторителем. Это означает, что схема повторителя тока не обеспечивает какого-либо усиления тока для входного сигнала.

Вы можете быть удивлены, почему схема токового повторителя используется в реальности, поскольку входной и выходной токи от токового повторителя одинаковы. Причина в том, что повторитель тока не используется для увеличения выходного тока.

Но он используется для изоляции входных и выходных линий, обеспечивая при этом одинаковое количество тока, поступающего на вход и выход. Это причина, по которой схемы токовых повторителей также называются изоляционными буферами.

Источник

Входное и выходное сопротивления

Усилителей

Сумму сведений, характеризующих основные свойства технического устройства, называют его показателями. Технические показатели электронного устройства характеризуют усиление, искажения, точность преобразования, уровни сигналов на входе и выходе и т. д. и позволяют оценить степень пригодности устройства для того или иного применения.

Рассмотрим основные технические показатели электронных усилителей. Их можно разделить на две отдельные группы – параметры и характеристики.

К основным параметрам усилителя относятся: входное и выходное сопротивления, коэффициент усиления, допустимый уровень линейных и нелинейных искажений, уровень собственных шумов, коэффициент полезного действия, динамический диапазон изменения входного сигнала.

Рассмотрим перечисленные параметры более подробно.

Входное и выходное сопротивления – важнейшие параметры усилительных устройств. Их значения должны учитываться при согласовании усилительного устройства как с источником входного сигнала, так и с нагрузкой. В общем виде значения входного и выходного сопротивлений носят комплексный характер и являются функцией частоты.

Усилитель может быть представлен эквивалентной схемой, изображенной на рисунке 4. Как видно из рисунка, такая схема является четырехполюсником – то есть электрической системой с четырьмя внешними зажимами.

Входное сопротивление Zвх усилителя представляет собой внутреннее сопротивление между его входными зажимами. В большинстве случаев оно определяется параллельным соединением резистивного (активного) сопротивления Rвх и емкости Свх. Входное сопротивление усилителя может быть представлено в виде отношения комплексных амплитуд напряжения между входными зажимами усилителя и тока , протекающего в его входной цепи:

, при RН = const.

Величину входного сопротивления выбирают либо в зависимости от характера сопротивления источника сигнала, либо в зависимости от вида согласования усилительного устройства с источником сигнала – по току, по напряжению или по мощности. Обычно желательно обеспечить большое сопротивление Rвх и малую емкость Свх. Но если входной сигнал подается по кабелю, то для согласования с ним требуется Rвх усилителя, равное волновому сопротивлению кабеля (обычно составляющему 75 или 50 Ом). В некоторых измерительных усилителях иногда требуется, чтобы Rвх ® 0.

Значения коэффициентов усиления по напряжению, току и мощности зависят от соотношения Zвх и ZГ. Если нужно получить максимальный коэффициент усиления по напряжению, то необходимо выполнить условие:

а для максимального усиления мощности нужно выполнить равенство

Выходное сопротивление Zвых усилителя – это внутреннее сопротивление между его выходными зажимами. По отношению к нагрузке усилитель является источником сигнала, внутреннее сопротивление которого равно

где — комплексная амплитуда выходного напряжения в режиме холостого

— комплексная амплитуда выходного тока при коротком замыкании в

нагрузке (RН = 0).

При выборе значения выходного сопротивления усилителя в каждом конкретном случае, как и при выборе входного сопротивления, подходят индивидуально. В общем случае можно использовать те же рекомендации, что и при выборе входного сопротивления, а именно:

— если нужно получить максимальный коэффициент усиления по напряжению, то необходимо выполнить условие:

— для максимального усиления мощности нужно выполнить равенство

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Входное сопротивление — усилитель — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Входное сопротивление — усилитель

Cтраница 2

Входное сопротивление усилителя с ООС, как отмечалось выше, определяется способом подачи сигналов во входную цепь. Способ снятия сигнала обратной связи с выхода усилителя не влияет на — Квхос и совершенно неважно, какая ООС используется по напряжению или току.  [16]

Входное сопротивление усилителя или отдельного каскада оказывает определенное влияние на его работу. В частности, зависимость входного сопротивления от частоты является основным источником частотных искажений. Введение обратной связи может привести к существенному изменению входного сопротивления, характер которого зависит от метода подачи напряжения обратной связи. При последовательной обратной связи входное сопротивление усилительного элемента и сопротивления цепи обратной связи оказываются включенными последовательно и общее входное сопротивление усилителя увеличивается почти пропорционально глубине обратной связи А. Такое увеличение входного сопротивления очень существенно для усилителей на транзисторах, так как малое входное сопротивление шунтирует выходную нагрузку предыдущего каскада и уменьшает его коэффициент усиления. При параллельной обратной связи входное сопротивление уменьшается.  [17]

Входное сопротивление усилителя стремятся сделать возможно больше, чтобы источник сигнала был меньше нагружен. Входные ступени усилителя на электронных лампах, как правило, работают без сеточных токов и имеют очень большое входное сопротивление. Для таких усилителей величина входного сопротивления источника не имеет значения.  [18]

Входное сопротивление усилителя с ОС зависит от способа подачи напряжения обратной связи, вида обратной связи и ее глубины. Последовательная ООС по напряжению ( см. рис. 76, б) и току ( см. рис. 76, в) увеличивает входное сопротивление, а параллельная ( по напряжению и току) — уменьшает.  [19]

Входное сопротивление усилителя — низкое. Коэффициент усиления составляет 200 — 500 — в зависимости от транзисторов и настройки. Схема состоит из двух дифференциальных усилителей параллельного типа. Первый из них выполнен на транзисторах 7 и Т3 с нагрузками в коллекторах, а второй — на транзисторах Г4 и Ть. Коллекторы первого усилителя соединены на прямую с базами второго усилителя. На транзисторе Т2 собран генератор тока, вырабатывающий компенсирующий сигнал дрейфа.  [20]

Входное сопротивление усилителя равно 0 5 ком.  [21]

Входное сопротивление усилителя 600 — 800 Ом; номинальное сопротивление нагрузки на выходе 400 Ом; номинальное входное напряжение 0 6 мВ; номинальное выходное напряжение 0 3 В; к. Усилитель предназначен для работы в нормальных ( комнатных) условиях, поскольку температурная стабилизация его второго и третьего каскадов неудовлетворительная.  [22]

Входное сопротивление усилителя около 10 кОм, выходное — около 250 Ом, наибольшее выходное напряжение ( действующее значение) около 2 В, усиление на частоте / около трех.  [23]

Входное сопротивление усилителя практически совпадает с сопротивлением входной цепи, так как суммирующая точка фиктивно закорочена. На рис. 29 выходная цепь усилителя показана в виде генератора напряжения — k ( J с внутренним сопротивлением R; вых.  [25]

Входное сопротивление усилителя очень велико, а выходное ( для переменной составляющей) достаточно мало.  [26]

Входное сопротивление усилителя 1 кОм, коэффициент усиления регулируется в пределах 100 — 25000 сопротивлением в цепи обратной связи R 21, что дает возможность настраивать порог срабатывания датчика. Усилитель имеет полосу пропускания 3 Гц — 200 кГц и обладает стабильным коэффициентом усиления в этом интервале.  [27]

Входное сопротивление усилителя — сопротивление переменному току, которое представляет входная цепь усилителя для источника входного напряжения. Входное сопротивление усилителя зависит от частоты напряжения, подведенного к его входу.  [28]

Входное сопротивление усилителя в любом случае представляет собой сопротивление между входными зажимами усилителя.  [30]

Страницы:      1    2    3    4    5

Большое входное сопротивление — усилитель

Большое входное сопротивление — усилитель

Cтраница 1

Большое входное сопротивление усилителя ( более 1 МОм) и наличие системы АРУ делают измерительную часть установки нечувствительной к смене датчика и к изменению амплитуды сигнала в процессе эксперимента.  [1]

Благодаря большому входному сопротивлению усилителя НЧ на его вход может подключаться звукосниматель любого типа.  [2]

При достаточно большом входном сопротивлении усилителя ( входящем в состав сопротивления Rz на рис. 10 — 90, о) постоянная времени rRiCt может оказаться существенно больше периода низшей усиливаемой частоты.  [4]

Для усиления постоянного тока при требовании большого входного сопротивления усилителя могут быть использованы усилители переменного тока в сочетании с емкостными динамическими преобразователями ( динамическими конденсаторами), преобразующими малые постоянные токи в переменные.  [5]

Это равенство справедливо, как указывалось выше, при бесконечно большом входном сопротивлении усилителя ( между точкой g и землей) и отсутствии сеточного тока входной лампы УПТ.  [6]

В этом случае удается избежать необходимости применения дорогостоящих электрометрических ламп, обеспечивающих большое входное сопротивление усилителя. Динамический конденсатор емкостью около 50 — 10 — 12 Ф состоит из одной неподвижной пластины и второй, подвижной, приводимой в движение с частотой 1000 ( Гц специальным вибратором. Между одной пластиной — и землей прикладывается напряжение l / i, полученное с резистора Ri, на вторую пластину подается компенсирующее напряжение Uz, получаемое с делителя Rz, питаемого от специального источника. Если напряжения равны, то их разность At / t / i — / 2 и, следовательно, напряжение на конденсаторе и входное напряжение усилителя равны дулю. Показание отсчетно-го устройства также равно нулю, следовательно, измеряемая толщина равна номинальной, предварительно устанавливаемой при помощи делителя R2 и образцового листа. После усиления это напряжение подается на фазовый детектор. В зависимости от фазы этого напряжения магнитоэлектрический прибор на выходе детектора отклоняется в сторону положительных или отрицательных значений, что указывает на отклонение от номинальной толщины.  [7]

В большинстве усилителей используют транзисторы; усилители на электронных лампах применяют только в случаях необходимости обеспечения большого входного сопротивления усилителя, низкого уровня шума, усиления сигналов высокой и сверхвысокой частоты и в некоторых других случаях.  [9]

Напряжение обратной связи снимается с отвода вторичной обмотки выходного трансформатора и подается в эмитгерную цепь транзистора Тъ первого каскада усилителя НЧ. Большое входное сопротивление усилителя НЧ ( 50 — 60 ком) позволило повысить коэффициент передачи детектора и уменьшить коэффициент нелинейных искажений.  [10]

Напряжение обратной связи снимается с отвода вторичной обмотки выходного трансформатора и подается в эмиперную цепь транзистора Ть первого каскада усилителя НЧ. Большое входное сопротивление усилителя НЧ ( 50 — 60 ком) позволило повысить коэффициент передачи детектора и уменьшить коэффициент нелинейных искажений.  [11]

Напряжение обратной связи снимается с отвода вторичной обмотки выходного трансформатора и подается в эмиттерную цепь транзистора 7 5 первого каскада усилителя Ну. Большое входное сопротивление усилителя НЧ ( 50 — 60 ком) позволило повысить коэффициент передачи детектора и уменьшить коэффициент нелинейных искажений.  [13]

Блок двухканального усилителя НЧ ( У1) состоит из двух одинаковых усилителей НЧ. Чтобы получить большое входное сопротивление усилителя ( около 500 Юм) при заданной чувствительности ( 250 мВ), а также для компенсации энергетических потерь в пассивных фильтрах регуляторов тембра, входной каскад усилителя напряжения собран на транзисторах Т1 и Т2 типа КТ315, включенных по схеме с общим коллектором и образующих так называемый составной транзистор. Резисторы включены так, что при увеличении усиления одного канала усиление другого уменьшается. Второй и третий каскады усилителя напряжения выполнены на трап -, зисторах ТЗ и Т4 типа КТ315Б по реостатной схеме.  [14]

Таким образом, входное сопротивление усилителя при введении последовательной отрицательной обратной связи по напряжению увеличивается в 1 хиКи раз. Это очень важно, так как большое входное сопротивление усилителя уменьшает потребление мощности от датчика входного сигнала и позволяет эффективно усиливать сигналы от датчиков с большим внутренним сопротивлением.  [15]

Страницы:      1    2

Что такое выходное сопротивление?

Автор Глеб Захаров На чтение 9 мин. Просмотров 1.9k. Опубликовано

Выходной импеданс – это величина импеданса между выходными устройствами предусилителя или усилителя (обычно транзисторами, но, возможно, трансформатором или лампой) и фактическими выходными клеммами компонента. Это включает в себя внутренний импеданс самого устройства.

Чтобы лучше понять это определение, давайте кратко повторим концепцию импеданса. Сопротивление – это степень, до которой что-то ограничивает поток электричества постоянного тока. Импеданс в основном то же самое, но с переменным током вместо постоянного тока. Как правило, полное сопротивление компонента будет меняться при изменении частоты электрического сигнала. Например, небольшая катушка провода будет иметь почти нулевое сопротивление при 1 Гц, но высокое сопротивление при 100 кГц. Конденсатор может иметь практически бесконечное полное сопротивление при 1 Гц, но почти полное сопротивление при 100 кГц.

Зачем вам нужен выходной импеданс?


Так почему же компонент имеет выходное сопротивление? По большей части, это защитить его от повреждений от коротких замыканий.

Любое устройство вывода ограничено по величине электрического тока, с которым оно может работать. Если выход устройства закорочен, его просят передать огромное количество тока. Например, выходной сигнал 2,83 В будет генерировать ток 0,35 А и мощность 1 Вт в типичном 8-омном громкоговорителе. Нет проблем там. Но если провод с сопротивлением 0,01 Ом был подключен к выходным клеммам усилителя, тот же выходной сигнал 2,83 В будет производить ток 282,7 А и мощность 800 Вт. Это гораздо больше, чем может обеспечить большинство устройств вывода. Если усилитель не имеет какой-либо схемы защиты или устройства, выходное устройство будет перегреваться и, вероятно, будет необратимо повреждено. И да, это может даже загореться.

С некоторым количеством импеданса, встроенного в выход, компонент, очевидно, имеет большую защиту от коротких замыканий, потому что выходное сопротивление всегда находится в цепи. Скажем, у вас есть усилитель для наушников с выходным сопротивлением 30 Ом, вы используете пару 32-омных наушников и вы укорачиваете шнур наушников, случайно обрезав его ножницами. Вы переходите от полного сопротивления системы 62 Ом к общему сопротивлению, возможно, 30,01 Ом, что не так уж важно. Конечно, намного менее экстремальный, чем переход с 8 Ом на 0,01 Ом.

Насколько низким должен быть выходной импеданс?


Очень общее правило в аудио: вы хотите, чтобы выходное сопротивление было как минимум в 10 раз ниже ожидаемого входного сопротивления, которое он будет подавать. Таким образом, выходное сопротивление не оказывает существенного влияния на производительность системы. Если выходной импеданс намного более чем в 10 раз превышает входной импеданс, который он подает, вы можете столкнуться с несколькими различными проблемами.

С любой аудиоэлектроникой слишком высокий выходной импеданс может создавать эффекты фильтрации, которые вызывают странные аномалии частотной характеристики, а также приводят к снижению выходной мощности. Чтобы узнать больше об этих явлениях, ознакомьтесь с моей первой и второй статьями о том, как кабели динамиков могут влиять на качество звука.

С усилителями есть дополнительная проблема. Когда усилитель перемещает диффузор динамика вперед или назад, подвеска динамика возвращает конус обратно в его центральное положение. Это действие генерирует напряжение, которое затем возвращается на усилитель. (Это явление известно как «обратная ЭДС» или обратная электродвижущая сила.) Если выходной импеданс усилителя достаточно низок, он эффективно закорачивает эту обратную ЭДС и действует как тормоз на конусе, когда он отскакивает назад. Если выходной импеданс усилителя слишком высок, он не сможет остановить диффузор, и диффузор будет продолжать подпрыгивать, пока не прекратится трение. Это создает эффект звонка и заставляет ноты задерживаться после того, как они должны были остановиться.

Это можно увидеть в рейтингах коэффициентов демпфирования усилителей. Коэффициент демпфирования – это ожидаемое среднее входное сопротивление (8 Ом), деленное на выходное сопротивление усилителя. Чем выше число, тем лучше коэффициент демпфирования.

Выходное сопротивление усилителя


Поскольку мы говорим об усилителях, давайте начнем с того примера, который показан на рисунке выше. Полное сопротивление колонок обычно составляет от 6 до 10 Ом, но обычно для колонок сопротивление падает до 3 Ом на определенных частотах, а в некоторых крайних случаях даже до 2 Ом. Если вы используете два динамика параллельно, как это обычно делают пользовательские установщики при создании многокомнатных аудиосистем, это уменьшает сопротивление в два раза, то есть динамик, который падает до 2 Ом, скажем, 100 Гц, теперь падает до 1 Ом на этой частоте, когда в паре с другим динамиком того же типа. Это, конечно, крайний случай, но разработчики усилителей должны учитывать такие крайние случаи, иначе они могут столкнуться с большой кучей усилителей, приходящих на ремонт.

Если минимальный импеданс динамика составляет 1 Ом, это означает, что выходной импеданс усилителя должен быть не более 0.1 Ом Очевидно, что нет места, чтобы добавить достаточное сопротивление к выходу этого усилителя, чтобы обеспечить надежную защиту выходных устройств.

Таким образом, усилитель должен будет использовать какую-то схему защиты. Это может быть то, что отслеживает токовый выход усилителя и отключает выход, если ток слишком велик. Или это может быть простой предохранитель или автоматический выключатель на входящей линии переменного тока или на линиях питания. Они отключают источник питания, когда потребляемая мощность больше, чем может выдержать усилитель.

Кстати, почти во всех ламповых усилителях мощности используются выходные трансформаторы, а поскольку выходные трансформаторы представляют собой просто катушки из проволоки, обернутой вокруг металлического каркаса, они имеют собственный собственный импеданс, иногда даже 0,5 Ом или даже больше. Фактически, чтобы имитировать звук лампового усилителя в его твердотельных (транзисторных) усилителях Sunfire, знаменитый дизайнер Боб Карвер добавил переключатель «токового режима», который последовательно помещал 1-омный резистор с выходными устройствами. Конечно, это нарушало минимальное отношение выходного сопротивления 1: 10 к ожидаемому входному сопротивлению, которое мы обсуждали выше, и, таким образом, оказало существенное влияние на частотную характеристику подключенного динамика, но это то, что вы получаете со многими ламповыми усилителями и это именно то, что Карвер хотел имитировать.

Выходной импеданс предусилителя/устройства-источника


С предусилителем или устройством-источником (CD-проигрыватель, кабельная приставка и т. Д.), Как показано на рисунке выше, ситуация другая. В этом случае вас не волнует сила или ток. Все, что вам нужно для передачи звукового сигнала, это напряжение. Таким образом, нисходящее устройство – усилитель мощности в случае предусилителя или предусилитель в случае устройства-источника – может иметь высокий входной импеданс. Любой ток, проходящий через линию, почти полностью блокируется этим высоким входным сопротивлением, но напряжение проходит нормально.

Для большинства усилителей мощности и предусилителей обычно используется входное сопротивление от 10 до 100 кОм. Инженеры могут идти выше, но они могут получить больше шума таким образом. Между прочим, гитарные усилители обычно имеют входное сопротивление от 250 кОм до 1 МОм, поскольку звукосниматели электрогитары обычно имеют выходное сопротивление в диапазоне от 3 до 10 кОм.

Короткие замыкания могут быть обычными для цепей линейного уровня, потому что так легко случайно натереть два оголенных провода вилки RCA о кусок металла, который их замыкает. Таким образом, выходные сопротивления 100 Ом или более распространены в предусилителях и устройствах-источниках. Я видел несколько экзотических высококлассных компонентов с выходным сопротивлением на уровне линии всего 2 Ом, но они будут иметь либо очень мощные выходные транзисторы, либо защитную схему для предотвращения повреждения от короткого замыкания. В некоторых случаях они могут иметь соединительный конденсатор на выходе, чтобы блокировать напряжение постоянного тока и предотвращать перегорание выходного устройства.

Фоно-предусилители – это совершенно другая тема. Хотя они обычно имеют выходные сопротивления, аналогичные импедансам CD-плеера, их входные сопротивления очень отличаются от импедансов линейного каскада. Это слишком много, чтобы вдаваться в подробности. Возможно, я углублюсь в эту тему в другой статье.

Выходное сопротивление усилителя наушников


Рост популярности наушников привел к довольно странному, нестандартному системному сопротивлению типичных усилителей для наушников. В отличие от обычных усилителей, усилители для наушников имеют широкий диапазон выходных сопротивлений. Действительно дешевые усилители для наушников, подобно тем, которые встроены в большинство ноутбуков, могут иметь выходное сопротивление до 75 или даже 100 Ом, хотя сопротивление наушников обычно составляет от 16 до 70 Ом.

Потребитель редко отключает и повторно подключает громкоговорители во время работы усилителя, а также редко повреждает кабели громкоговорителей во время работы усилителя. Но с наушниками такие вещи случаются постоянно. Люди обычно подключают или отключают наушники, когда работает усилитель для наушников. Кабели наушников часто повреждаются, иногда вызывая короткое замыкание, когда они используются. Конечно, большинство усилителей для наушников являются дешевыми устройствами, что может сделать создание достойной схемы защиты слишком дорогостоящим. Поэтому большинство производителей выбирают более простой путь: они повышают выходное сопротивление усилителя, добавляя резистор (или иногда конденсатор).

Как вы можете видеть из моих измерений в наушниках (переходите ко второму графику), высокий выходной импеданс может оказать огромное влияние на частотную характеристику наушников. Я измеряю частотную характеристику наушников сначала с помощью усилителя для наушников Musical Fidelity с выходным сопротивлением 5 Ом, а затем с дополнительным сопротивлением 70 Ом, добавленным для создания полного выходного сопротивления 75 Ом.

Эффект от высокого выходного импеданса зависит от импеданса подключенных наушников, особенно от изменения импеданса наушников на разных частотах.Наушники, которые имеют большие колебания импеданса – как большинство моделей наушников с драйверами сбалансированного якоря – обычно демонстрируют существенные изменения частотной характеристики, когда вы переключаетесь с усилителя с низким выходным сопротивлением на усилитель с высоким выходным сопротивлением. Часто наушники с естественным звучащим тональным балансом при использовании с источником с низким импедансом имеют низкочастотный, тусклый баланс при использовании с источником с высоким импедансом.

К счастью, низкий выходной импеданс доступен во многих высококачественных усилителях для наушников (особенно в твердотельных моделях), и даже в некоторых маленьких микросхемах для наушников, встроенных в такие устройства, как iPhone. Обычно нет способа точно узнать, озвучены ли наушники для использования с высоким или низким выходным сопротивлением, но я предпочитаю придерживаться низкого выходного сопротивления по причинам, упомянутым ранее в этой статье.

Я предпочел бы не использовать наушники с огромными колебаниями импеданса, которые могут привести к изменению частотной характеристики при использовании усилителей для наушников с высоким выходным сопротивлением (например, в ноутбуке, на котором я это печатаю). К сожалению, я обычно предпочитаю звучание хороших наушников-вкладышей со сбалансированной арматурой, а не наушников с динамическими драйверами, поэтому, когда я использую эти наушники с ноутбуком, я обычно подключаю внешний усилитель или USB-усилитель/ЦАП наушников.

Параметры усилителя с ООС

 

Рассмотрим вывод соотношений для коэффициентов передачи по напряжению и току, входного и выходного сопротивления усилителя и с цепью ООС в рабочей области частот усилителя.

Последовательная ООС по напряжению

Блок-схема такой системы представлена на рис.2

Рис.2

Для определения параметров усилителя с ОС удобно представить усилитель в виде ИНУН, а цепь ОС в виде делителя напряжения (рис.3).

Рис.3

При соблюдении неравенств RГ ,R2,ос<<Rвх , Rн ,R1,ос>>Rвых можно считать, что          

Um,вх =Em,Г , Koc=R2,oc/(R2,oc+R1,oc) и I’ m,вых»Im,вых .

Тогда:

откуда:

где индекс 0 означает принадлежность параметра собственно усилителю с ОС без учета сопротивлений источника сигнала и нагрузки.

Коэффициент передачи по току определяется здесь как

.

Таким образом данный тип включения ООС изменяет собственный коэффициент передачи по напряжению усилителя с ОС в соответсвиии с основным линейным соотношением (3), коэффициент передачи по току практически не изменяется.

По определению входное сопротивление усилителя с ОС равно:

.

Так как:  

,

то:

,                      (4)

то есть последовательная ООС увеличивает входное сопротивление системы в (1+KKос) раз.

При определении выходного сопротивления генератор сигнала закорачивается (Еm,Г =0 с сохранением его внутреннего сопротивления RГ), а вместо нагрузки включается эквивалентный источник тока с амплитудой Im,экв=Im,вых , заменяющий действие входного источника. Получаем схему рис.4.

Рис.4

По определению .

Амплитуда выходного напряжения в схеме рис.4 определится как сумма ;

так как здесь U’ m,вх = – Um,oc , то .

Отсюда получаем

.

Таким образом ООС по напряжению уменьшает выходное сопротивление усилителя с ОС в (1+KKос) раз.

Если неравенства RГ<<Rвх и Rн>>Rвых не выполняются, то формулы для коэффициентов передачи, входного и выходного сопротивления несколько усложняются.

В этом случае                             

Пример: каскад с общим коллектором (ОК) как усилитель с последовательной ООС по напряжению (рис.5).

                        Рис.5                                                        Рис.6

На рис.6 показана схема этого каскада для переменных токов в области средних частот. Схему рис.6 можно более явно представить в виде каскада ОЭ со 100% последовательной ООС. Это видно из рис.7.

Рис.7

Из входной части рис.7 следует:

,

т.к. Um,oc =Um,э можно говорить о 100% (Koc=1) последовательной ООС по напряжению.

Следовательно, коэффициент передачи по напряжению:

,

где SRэ=Kоэ – коэффициент передачи по напряжению каскада ОЭ, если в коллекторной цепи стоит сопротивление равное Rэ , S – крутизна ДПХ транзистора с ОЭ в рабочей точке;

Так, если SRэ=20, при Rэ=100 Ом и h11,э=200 Ом, имеем:

Kок=20/21=0,95 , Rвх,ок=200(1+20)=4200 Ом , Rвых,ок=100/(1+20)=4,76 Ом

Таким образом, каскад с ОК (или эмитерный повторитель) имеет очень малое выходное сопротивление и большое входное сопротивление, в связи с этим рабочая полоса частот его в (1+SRэ) больше полосы аналогичного каскада с ОЭ. Поэтому этот каскад используют в качестве буферного между каскадами ОЭ, осуществляя согласование по напряжению между каскадами. Кроме того, его ставят в качестве входных каскадов усилителей, т.к. он имеет большое входное сопротивление, и в качестве выходных каскадов усилителей напряжения из-за малого выходного сопротивления.

Последовательная обратная связь по току

Обобщенная структурная схема приведена на рис.8.

Рис.8

При выполнении условий RГ , Rвых,ос<<Rвх , Rн >Rвых , Rвх,ос <<Rвых можно

считать, что U’ m,вых »Um,вых , Im,вх ос =Im,вых ; тогда Um,ос=KocI m,вых , причем Кос имеет размерность сопротивления.

Выразим амплитуду напряжения ОС через амплитуду выходного напряжения:

Тогда коэффициент передачи по напряжению системы будет иметь вид:

                                              (6)

а входное сопротивление

.                                      (7)

Чтобы вывести соотношение для выходного сопротивления построим эквивалентную схему (см. рис.9), где входное сопротивление цепи ОС показано отдельно.

Рис.9

Отсюда:

                      (8)

 

Таким образом, последовательная ООС увеличивает входное и выходное сопротивления усилителя с ОС, что позволяет использовать его как хороший источник тока, управляемый напряжением (ИТУН).

Пример: каскад ОЭ с сопротивлением в эмиттерной цепи (ОЭ+Rэ). Схема каскада приведена на рис.10.

Рис.10

Так как  

,

а Im,вых =Im,к видим, что здесь имеет место последовательная ООС по току с коэффициентом ОС Kос=Rэ ; т.к. Im,б << Im,к и Rвых,ок=Rк , можно считать .

Отсюда получаем, учитывая что каскад с ОЭ имеет Kоэ=SRк ,  

Обычно в схемах величину Rэ выбирают в пределах 10% от Rк .

Параллельная ООС по напряжению

При параллельной ООС на входе усилителя имеет место вычитание из входного тока Im,вх  тока цепи ОС Im,ос. Обобщенная блок-схема показана на рис.11.

Рис.11

Коэффициент передачи тока собственно усилителя , а цепи ОС .

Естественно ожидать, что основное линейное соотношение (3) следует применить к коэффициенту передачи по току. Действительно, при выполнении неравенств Rвх,ос>>Rвых можно считать I’ m,вых=Im,вых . Поэтому можно считать I m,вых=Ki I’m,вх ; в свою очередь

,

где Koc,i=Koc,1Rвых – коэффициент передачи по току цепи ОС.

Таким образом получаем  

.

Из схемы рис.11 видно, что как со стороны входа, так и со стороны выхода усилитель и цепь ОС соединены параллельно. Следовательно входное сопротивление системы должно быть меньше собственного входного сопротивления усилителя . Если провести выкладки, аналогичные тому, как это было сделано выше, получим:  

Таким образом, наилучшей моделью такой системы является модель ИНУТ.

Пример: каскад с коллекторной ОС (рис.12).

Рис.12

Цепь ОС представляет собой резистор Roc, величина тока через который пропорциональна выходному напряжению:

;

таким образом:  

,

и коэффициент усиления по току усилителя с ОС и его входное и выходное сопротивления равны:

       .

Этот вид ОС используется не только по переменному сигналу, но и для стабилизации рабочей точки транзистора.

Параллельная обратная связь по току

Обобщенная структурная схема приведена на рис.13.

Рис.13

Коэффициенты передачи тока усилителя и цепи ОС соответственно равны:

.

В этом случае по аналогии можно записать:

.

В качестве примера внутренней ОС подобного типа рассмотрим транзистор с общей базой как транзистор с ОЭ и 100% ООС (рис.14,а).

Рис.14,а

Представим схему рис.14,а в следующем виде:

Рис.14,б

Из рис.14,б видно,что:  

,

следовательно транзистор ОЭ охвачен ООС по току (Ki,oc=1). Поэтому:

.

Часто каскад на транзисторе с ОБ называют токовым повторителем. Входное и выходное сопротивление транзистора с ОБ соответственно равны:

Принципиальная схема простейшего каскада с ОБ представлена на рис.15.

Рис.15

Здесь резисторы Rэ и Rк обеспечивают режим транзистора по постоянному току. Коэффициент передачи по напряжению каскада такой же, как и у каскада с общим эмиттером, однако он не инвертирует фазу, т.е. Kоб =+SRк , коэффициент передачи по току равен примерно единице, входное сопротивление его мало, а выходное практически такое же, как у каскада с ОЭ, т.к. Rк>>Rвых,об.

Входное сопротивление усилителя и его расчет

Входное сопротивление , Z IN или Входное сопротивление , как его часто называют, является важным параметром в конструкции транзисторного усилителя и, как таковой, позволяет характеризовать усилители в соответствии с их эффективным входным и выходным импедансами. как их мощность и текущие рейтинги.

Значение импеданса усилителей особенно важно для анализа, особенно при каскадном соединении отдельных каскадов усилителей один за другим, чтобы минимизировать искажение сигнала.

Входное сопротивление усилителя — это входное сопротивление, «видимое» источником, управляющим входом усилителя. Если он слишком низкий, это может отрицательно сказаться на нагрузке на предыдущую ступень и, возможно, повлиять на частотную характеристику и уровень выходного сигнала этой ступени. Но в большинстве случаев схемы усилителя с общим эмиттером и общим коллектором обычно имеют высокое входное сопротивление.

Некоторые типы конструкций усилителей, такие как схема усилителя с общим коллектором, автоматически имеют высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс по самой природе своей конструкции.Усилители могут иметь высокий входной импеданс, низкий выходной импеданс и практически любое произвольное усиление, но если входное сопротивление усилителя ниже желаемого, выходное сопротивление предыдущего каскада можно отрегулировать для компенсации или, если это невозможно, то буферные каскады усилителя. может понадобиться.

Помимо усиления напряжения (Av), схема усилителя должна также иметь усиление по току (Ai). Усиление мощности (Ap) также можно ожидать от схемы усилителя.Но помимо этих трех важных характеристик, схема усилителя должна иметь и другие характеристики, такие как высокий входной импеданс (Z IN ), низкий выходной импеданс (Z OUT ) и некоторую степень полосы пропускания (Bw). В любом случае «идеальный» усилитель будет иметь бесконечное входное сопротивление и нулевое выходное сопротивление.

Входное и выходное сопротивление

Во многих отношениях усилитель можно рассматривать как тип «черного ящика», который имеет две входные клеммы и две выходные клеммы, как показано на рисунке.Эта идея предоставляет простую модель транзистора с h-параметром , которую мы можем использовать для определения уставки постоянного тока и рабочих параметров усилителя. На самом деле одна из клемм является общей между входом и выходом, представляя землю или ноль вольт.

Если смотреть снаружи внутрь, эти клеммы имеют входное сопротивление Z IN и выходное сопротивление Z OUT . Входное и выходное сопротивление усилителя — это отношение напряжения к току, протекающему на этих клеммах или на выходе из них.Входное сопротивление может зависеть от источника питания, питающего усилитель, в то время как выходное сопротивление также может изменяться в соответствии с импедансом нагрузки R L на выходных клеммах.

Усиливаемые входные сигналы обычно представляют собой переменные токи (AC), а схема усилителя представляет собой нагрузку Z источника. Входное сопротивление усилителя может составлять от десятков Ом (Ом Ом) до нескольких тысяч Ом (кОм кОм) для биполярных транзисторных схем до миллионов Ом (Мегаом МОм) для транзисторных схем на полевых транзисторах. .

Когда источник сигнала и нагрузка подключены к усилителю, соответствующие электрические свойства схемы усилителя могут быть смоделированы, как показано.

Выходное и входное сопротивление Модель

Где, V S — напряжение сигнала, R S — внутреннее сопротивление источника сигнала, а R L — сопротивление нагрузки, подключенной к выходу. Мы можем расширить эту идею дальше, посмотрев, как усилитель подключен к источнику и нагрузке.

Когда усилитель подключен к источнику сигнала, источник «видит» входное сопротивление Zin усилителя как нагрузку. Аналогично, входное напряжение Vin — это то, что усилитель видит на входном импедансе Zin. Затем вход усилителя можно смоделировать как простую схему делителя напряжения, как показано на рисунке.

Модель входной цепи усилителя

Та же идея применима к выходному сопротивлению усилителя. Когда сопротивление нагрузки R L подключено к выходу усилителя, усилитель становится источником питания нагрузки.Следовательно, выходное напряжение и импеданс автоматически становятся напряжением источника и сопротивлением источника для нагрузки, как показано.

Модель выходной цепи усилителя

Тогда мы видим, что входные и выходные характеристики усилителя могут быть смоделированы как простая сеть делителя напряжения. Сам усилитель может быть подключен к конфигурациям Common Emitter (эмиттер заземлен), Common Collector (эмиттерный повторитель) или Common Base .В этом руководстве мы рассмотрим биполярный транзистор, подключенный по схеме с общим эмиттером, которую мы видели ранее.

Усилитель с общим эмиттером

Так называемая классическая конфигурация с общим эмиттером использует схему потенциального делителя для смещения базы транзисторов. Источник питания Vcc и резисторы смещения устанавливают рабочую точку транзистора для работы в прямом активном режиме. Когда ток сигнала не течет в базу, ток коллектора не течет (транзистор в отключенном состоянии), а напряжение на коллекторе такое же, как напряжение питания Vcc.Сигнальный ток в базе заставляет ток течь в резисторе коллектора, Rc вызывает падение напряжения на нем, что вызывает падение напряжения коллектора.

Тогда направление изменения напряжения коллектора противоположно направлению изменения на базе, другими словами, полярность меняется на обратную. Таким образом, конфигурация с общим эмиттером обеспечивает большое усиление напряжения и четко определенный уровень постоянного напряжения, принимая выходное напряжение на коллекторе, как показано с резистором R L , представляющим нагрузку на выходе.

Одноступенчатый усилитель с общим эмиттером

Надеюсь, к настоящему времени мы можем рассчитать значения резисторов, необходимых для работы транзистора в середине его линейной активной области, называемой точкой покоя или точкой Q, но быстрое повторение поможет нам лучше понять, как работают усилители. были получены так, чтобы мы могли использовать приведенную выше схему для определения входного сопротивления усилителя.

Во-первых, давайте начнем с нескольких простых предположений о приведенной выше схеме одноступенчатого усилителя с общим эмиттером, чтобы определить рабочую точку транзистора.Падение напряжения на резисторе эмиттера, V RE = 1,5 В, ток покоя, I Q = 1 мА, коэффициент усиления по току (бета) NPN-транзистора составляет 100 (β = 100), а угол или частота точки излома усилителя задается как: ƒ -3 дБ = 40 Гц.

Поскольку ток покоя без входного сигнала протекает через коллектор и эмиттер транзистора, мы можем сказать, что: I C = I E = I Q = 1 мА. Итак, используя закон Ома:

При полностью включенном транзисторе (насыщение) падение напряжения на резисторе коллектора Rc будет наполовину от Vcc — V RE , чтобы обеспечить максимальный размах выходного сигнала от пика к пику вокруг центральной точки без ограничения выходного сигнала.

Обратите внимание, что коэффициент усиления постоянного напряжения без сигнала усилителя можно найти из –R C / R E . Также обратите внимание, что коэффициент усиления по напряжению имеет отрицательное значение из-за того, что выходной сигнал был инвертирован относительно исходного входного сигнала.

Поскольку NPN-транзистор смещен в прямом направлении, переход база-эмиттер действует как диод с прямым смещением, поэтому база будет на 0,7 вольт положительнее, чем напряжение эмиттера (Ve + 0,7 В), поэтому напряжение на резисторе базы R2 будет равным. :

Если два резистора смещения уже указаны, мы также можем использовать следующую стандартную формулу делителя напряжения, чтобы найти базовое напряжение Vb на R2.

В данной информации указано, что ток покоя составляет 1 мА. Таким образом, транзистор смещен током коллектора 1 мА через источник питания 12 В, Vcc. Этот ток коллектора пропорционален току базы, как Ic = β * Ib. Коэффициент усиления по постоянному току, Beta (β) транзистора был задан как 100, тогда базовый ток, протекающий в транзистор, будет:

Цепь смещения постоянного тока, образованная цепью делителя напряжения R1 и R2, устанавливает рабочую точку постоянного тока.Базовое напряжение было ранее рассчитано на уровне 2,2 В, тогда нам нужно установить правильное соотношение R1 и R2, чтобы получить это значение напряжения на источнике 12 В, Vcc.

Обычно для стандартной схемы смещения постоянного тока делителя напряжения в схеме усилителя с общим эмиттером ток, протекающий через нижний резистор R2, в десять раз больше, чем постоянный ток, протекающий в базу. Тогда номинал резистора R2 можно рассчитать как:

Падение напряжения на резисторе R1 будет равно напряжению питания минус напряжение смещения базы.Также, если резистор R2 пропускает в 10 раз больше тока базы, верхний резистор R1 последовательной цепи должен пропускать ток R2 плюс фактический ток базы транзистора, Ib. Другими словами, в 11 раз больше базового тока, как показано.

Для усилителя с общим эмиттером реактивное сопротивление Xc шунтирующего конденсатора эмиттера обычно составляет одну десятую (1/10) значения резистора эмиттера R E в точке частоты среза. В спецификациях усилителей задана угловая частота -3 дБ, равная 40 Гц, тогда емкость конденсатора C E рассчитывается как:

Теперь у нас есть значения, установленные для нашей схемы усилителя с общим эмиттером, описанной выше, теперь мы можем рассчитать его входное и выходное сопротивление усилителя, а также значения конденсаторов связи C1 и C2.

Базовый эмиттерный усилитель, модель

Обобщенная формула для входного сопротивления любой цепи: Z IN = V IN / I IN . Цепь смещения постоянного тока устанавливает рабочую точку «Q» постоянного тока транзистора, и в качестве входного конденсатора C1 действует как разомкнутая цепь и блокирует любое постоянное напряжение, при постоянном токе (0 Гц) входное сопротивление (Z IN ) схемы. будет чрезвычайно высоким. Однако, когда на вход подается сигнал переменного тока, характеристики схемы изменяются, поскольку конденсаторы действуют как короткие замыкания на высоких частотах и ​​пропускают сигналы переменного тока.

Обобщенная формула для входного сопротивления переменного тока усилителя, смотрящего на базу, дается как Z IN = R EQ || β (R E + re). Где R EQ — эквивалентное сопротивление заземления (0 В) цепи смещения на базе, а re — внутреннее сопротивление сигнала смещенного в прямом направлении эмиттерного слоя. Затем, если мы закорочим источник питания 12 В, Vcc на землю, потому что Vcc выглядит как короткое замыкание для сигналов переменного тока, мы можем перерисовать схему общего эмиттера, указанную выше, следующим образом:

Модель усилителя

Затем мы можем видеть, что при закороченном питающем напряжении есть несколько резисторов, включенных параллельно через транзистор.Взяв только входную сторону транзисторного усилителя и рассматривая конденсатор C1 как короткое замыкание для сигналов переменного тока, мы можем перерисовать приведенную выше схему, чтобы определить входное сопротивление усилителя как:

Входное сопротивление усилителя

В предыдущем руководстве по усилителю с общим эмиттером мы сказали, что внутреннее сопротивление сигнала слоя эмиттера было равно произведению 25 мВ / Ie, где это значение 25 мВ является внутренним падением напряжения, а I E = I Q .Тогда для нашей схемы усилителя выше эквивалентное значение сопротивления эмиттерного диода re по переменному току равно:

Сопротивление сигнала эмиттерной ножки

Где re представляет собой небольшой внутренний резистор, включенный последовательно с эмиттером. Поскольку Ic / Ib = β, то значение базового импеданса транзисторов будет равно β * re. Обратите внимание, что если байпасный конденсатор C E не входит в конструкцию усилителя, то значение становится следующим: β (R E + re), что значительно увеличивает входное сопротивление усилителя.

В нашем примере включен байпасный конденсатор C E , поэтому входное сопротивление Z IN усилителя с общим эмиттером является входным сопротивлением, «видимым» источником переменного тока, управляющим усилителем, и рассчитывается как:

Уравнение входного импеданса

Это 2,2 кОм — входное сопротивление на входе усилителя. Если значение импеданса исходного сигнала известно и в нашем простом примере выше оно задано как 1 кОм, то это значение может быть добавлено или суммировано с Z IN , если требуется.

Но давайте предположим на одну минуту, что в нашей схеме нет байпасного конденсатора C E . Каким был бы входной импеданс усилителя без него. Уравнение останется тем же, за исключением добавления R E в β (R E + re) части уравнения, поскольку резистор больше не будет закорачиваться на высоких частотах. Тогда непропускаемый входной импеданс нашей схемы усилителя без C E будет:

Входное сопротивление без байпасного конденсатора

Тогда мы можем видеть, что включение обводного конденсатора эмиттерной ветви имеет огромное значение для входного импеданса схемы, поскольку импеданс снижается с 15.8 кОм без него до 2,2 кОм с ним в схеме нашего примера. Позже мы увидим, что добавление этого байпасного конденсатора C E также увеличивает коэффициент усиления усилителя.

В наших расчетах для определения входного импеданса усилителя мы предположили, что конденсаторы в цепи имеют нулевой импеданс (Xc = 0) для сигнальных токов переменного тока, а также бесконечный импеданс (Xc = ∞) для токов смещения постоянного тока. Теперь, когда мы знаем обойденный входной импеданс схемы усилителя, мы можем использовать это значение, равное 2.2 кОм, чтобы найти номинал входного конденсатора связи C1, необходимый в указанной точке частоты среза, которая ранее была задана как 40 Гц. Следовательно:

Входной конденсатор связи Уравнение

Теперь, когда у нас есть значение входного импеданса нашей однокаскадной схемы усилителя с общим эмиттером, описанной выше, мы можем аналогичным образом получить выражение для выходного импеданса усилителя.

Выходное сопротивление усилителя

Выходной импеданс усилителя можно рассматривать как импеданс (или сопротивление), которое нагрузка воспринимает «оглядываясь назад» на усилитель, когда входной сигнал равен нулю.Работая по тому же принципу, что и для входного импеданса, обобщенная формула для выходного импеданса может быть представлена ​​как: Z OUT = V CE / I C .

Но ток сигнала, протекающий в резисторе коллектора, R C , также течет в резисторе нагрузки, R L , поскольку они соединены последовательно через Vcc. Опять же, взяв только выходную сторону транзисторного усилителя и рассматривая выходной конденсатор связи C2 как короткое замыкание на сигналы переменного тока, мы можем перерисовать приведенную выше схему, чтобы определить выходное сопротивление усилителя как:

Выходное сопротивление усилителя

Тогда мы видим, что выходной импеданс усилителя равен R C параллельно с R L , что дает нам выходное сопротивление:

Уравнение выходного сопротивления

Обратите внимание, что это значение 833 Ом является результатом того факта, что сопротивление нагрузки подключено к транзистору.Если опустить R L , то выходное сопротивление усилителя будет равно сопротивлению коллектора, только R C .

Теперь, когда у нас есть значение выходного сопротивления схемы усилителя, описанной выше, мы можем вычислить значение выходного конденсатора связи C2, как и раньше, в точке частоты среза 40 Гц.

Выходной конденсатор связи

Уравнение

Опять же, значение конденсатора связи C2 можно рассчитать с включением нагрузочного резистора R L или без него.

Коэффициент усиления общего эмиттера

Коэффициент усиления по напряжению схемы с общим эмиттером определяется как Av = R OUT / R EMITTER , где R OUT представляет выходное сопротивление, как видно на коллекторной ветви, а R EMITTER равно эквивалентному сопротивлению в ветвь эмиттера с подключенным байпасным конденсатором или без него.

Без байпасного конденсатора C E , (R E + re).

и с подключенным байпасным конденсатором C E , только (re).

Тогда мы можем видеть, что включение байпасного конденсатора в конструкцию усилителя резко меняет коэффициент усиления по напряжению Av нашей схемы с общим эмиттером с 0,5 до 33. Это также показывает, что коэффициент усиления общего эмиттера не стремится к бесконечности, когда резистор внешнего эмиттера закорочен байпасным конденсатором на высоких частотах, но вместо этого коэффициент усиления достигает конечного значения R OUT / re.

Мы также видели, что по мере увеличения усиления входное сопротивление снижается с 15.8 кОм без него до 2,2 кОм с ним. Увеличение коэффициента усиления по напряжению можно считать преимуществом в большинстве схем усилителей за счет более низкого входного импеданса.

Сводка входного импеданса

В этом руководстве мы увидели, что входной импеданс усилителя с общим эмиттером может быть найден путем короткого замыкания напряжения питания и обработки цепи смещения делителя напряжения как резисторов, включенных параллельно. Импеданс, «видимый» в цепи делителя (R1 || R2), как правило, намного меньше, чем импеданс, наблюдаемый непосредственно в базе транзисторов, β (R E + re), поскольку входной сигнал переменного тока изменяет смещение на базе. транзистора, управляющего током, протекающим через транзистор.

Есть много способов смещения транзистора. Таким образом, существует множество практических схем однотранзисторных усилителей, каждая со своими собственными уравнениями и значениями входного импеданса. Если вам требуется входной импеданс всего каскада плюс импеданс источника, тогда вам нужно будет рассмотреть Rs последовательно с резисторами смещения базы (Rs + R1 || R2).

Выходное сопротивление каскада с общим эмиттером просто равно сопротивлению коллектора, подключенному параллельно нагрузочному резистору (R C || R L ), если он подключен, в противном случае его просто R C .Коэффициент усиления по напряжению Av усилителя зависит от R C / R E .

Конденсатор обхода эмиттера C E может обеспечить путь переменного тока к земле для эмиттера путем короткого замыкания эмиттерного резистора R E на высоких частотах и, таким образом, оставляя только сопротивление эмиттера сигнала, re в цепи ветви эмиттера. Эффект этого приводит к увеличению коэффициента усиления усилителя по напряжению (с 0,5 до 33) по мере увеличения частоты сигнала. Однако это также приводит к уменьшению значения входного импеданса усилителя с 18.От 5 кОм до 2,2 кОм, как показано.

Если этот байпасный конденсатор удален, коэффициент усиления Av по напряжению усилителей уменьшается, а Z IN увеличивается. Один из способов поддерживать фиксированную величину усиления и входного импеданса состоит в том, чтобы включить дополнительный резистор последовательно с C E для создания так называемой схемы усилителя с разделенным эмиттером, которая представляет собой компромисс между без обхода и полностью обходная схема усилителя. Обратите внимание, что добавление или удаление этого байпасного конденсатора не влияет на выходное сопротивление усилителя.

Тогда мы можем видеть, что входное и выходное сопротивление усилителя могут играть важную роль в определении передаточных характеристик усилителя в отношении соотношения между выходным током Ic и входным током Ib. Знание входного импеданса усилителя может помочь графически построить набор кривых выходных характеристик усилителя.

Входное сопротивление — обзор

Входное сопротивление.

Входное сопротивление для схемы инвертирующего усилителя со связью по переменному току, показанной на рисунке 2.27 (a), равно чистому сопротивлению R I и C I . Напомним, что вход (-) операционного усилителя — это виртуальная точка заземления. Таким образом, источник видит входное сопротивление, обеспечиваемое C I и R I . Поскольку это значение зависит от частоты, мы должны обсудить входной импеданс на конкретной интересующей частоте.Для целей нашего настоящего обсуждения давайте вычислим максимальное и минимальное значения входного импеданса, если диапазон входных частот составляет от 800 Гц до 3 килогерц. Рассчитывается следующий входной импеданс на частоте 800 Гц. Сначала мы находим реактивное сопротивление C I при 800 Гц.

XC = 12πfC = 16,28 × 800 Гц × 0,02 мкФ = 9,95 кОм

Теперь мы можем вычислить импеданс R I и C I .

Z (макс.) = R2 + XC2 = (27 кОм) 2+ (9,95 кОм) 2 = 28,8 кОм

Минимальное значение входного импеданса достигается при максимальной входной частоте. В большинстве случаев входное сопротивление приближается к значению R I ; однако вычисления аналогичны показанным на рисунке:

XC = 12πfC = 16,28 × 3 кГц × 0,02 мкФ = 2,65 кОм

Теперь мы можем вычислить импеданс R I и C I .

Z (min) = R2 + XC2 = (27 кОм) 2+ (2,65 кОм) 2 = 27,1 кОм

Входное сопротивление для схемы неинвертирующего усилителя со связью по переменному току, показанной на рисунке 2.27 (b), по существу равно импедансу предлагается R 1 и C I . Технически входной импеданс (+) входной клеммы появляется параллельно с R 1 . Однако мы обычно можем игнорировать это сопротивление, так как оно обычно является чрезвычайно высоким значением.Для нашего настоящего примера мы начнем с определения реактивного сопротивления C I при самой низкой входной частоте.

XC = 12πfC = 16,28 × 800 Гц × 0,01 мкФ = 19,9 кОм

Затем находим полное сопротивление R 1 и C I .

Z (макс.) = R2 + XC2 = (47 кОм) 2+ (19,9 кОм) 2 = 51 кОм

Минимальное значение входного импеданса достигается при самой высокой входной частоте, как это было с инвертирующей схемой.В большинстве случаев входное сопротивление приближается к значению R 1 . Однако показаны следующие вычисления:

XC = 12πfC = 16,28 × 3 кГц × 0,01 мкФ = 5,31 кОм

Теперь мы можем вычислить импеданс R 1 и C I :

:

Z (мин.) = R2 + XC2 = (47 кОм) 2+ (5,31 кОм) 2 = 47,3 кОм

Входное сопротивление операционного усилителя »Примечания к электронике

Входной импеданс операционного усилителя важен, потому что он определяет нагрузку на предыдущем каскаде.


Учебное пособие по операционному усилителю включает:
Введение Усиление операционного усилителя Пропускная способность Скорость нарастания операционного усилителя Смещение null Входное сопротивление Выходное сопротивление Понимание спецификаций Как выбрать операционный усилитель Сводка схем операционного усилителя


Входное сопротивление цепи операционного усилителя важно по разным причинам. Он определяет нагрузку на предыдущем этапе, а также импеданс вместе с необходимыми низкими частотами определяет номинал любого необходимого конденсатора связи.

Ввиду этого. Необходимо понимать входное сопротивление схемы операционного усилителя, чтобы можно было принять необходимые решения по проектированию электронной схемы.

Общий входной импеданс — это не только входное сопротивление постоянному току, но он также усложняется уровнем емкости, и это может иметь заметное влияние на общий импеданс. Это означает, что эффективная схема содержит не только резисторы, но и конденсаторы.

Основы входного импеданса операционного усилителя

Когда речь идет о входном сопротивлении операционного усилителя, необходимо указать, является ли он самим основным чипом или схемой:

  • Входное сопротивление микросхемы ОУ: Входное сопротивление базовой интегральной схемы — это просто входное сопротивление базовой схемы внутри микросхемы.Некоторый ток требуется для управления базовыми переходами входных транзисторов, и это одна из причин, почему входное сопротивление не бесконечно.

    В дополнение к этому существует емкость, обусловленная уровнями емкости перехода, а также емкость между выводами. Эту емкость можно представить как отдельные конденсаторы в эквивалентной схеме.

  • Входное сопротивление цепи операционного усилителя: Размещение схемы вокруг операционного усилителя значительно изменяет его входное сопротивление.И внешние электронные компоненты, и способ применения обратной связи влияют на импеданс.

    Это означает, что в зависимости от способа применения обратной связи и используемых компонентов общее входное сопротивление цепи может варьироваться от низких значений до очень высоких значений.

    Как и в любой схеме, здесь тоже будет некоторая емкость. Влияние любой индуктивности в цепи минимально с учетом частот, обычно используемых с операционными усилителями, и этим можно пренебречь.

Уровень входного импеданса для базовой микросхемы можно получить из технических паспортов операционных усилителей, где указано входное сопротивление, часто в МОм. Если требуются очень высокие уровни входного импеданса, можно использовать операционные усилители на полевых транзисторах.

Если посмотреть на входное сопротивление операционных усилителей на входе на полевых транзисторах, то входное сопротивление самого операционного усилителя может составлять несколько тераом. Это означает, что любой эффект нагрузки, связанный только с сопротивлением, чрезвычайно высок, хотя эффекты емкости могут значительно снизить общий импеданс. .

Глядя на спецификации интегральных схем, иногда можно увидеть, что входной импеданс операционного усилителя указан для дифференциального и синфазного входов. Обычно операционные усилители с обратной связью по току обычно определяют сопротивление относительно земли на каждом входе.

Элементы входного импеданса для операционного усилителя

Из этого видно, что есть три резистора, которые увеличивают входное сопротивление микросхемы. Хотя в большинстве случаев будет видно сопротивление операционного усилителя, на более высоких частотах оно может стать слегка реактивным, и его правильнее назвать импедансом.Обычно входное сопротивление составляет от 100 кОм до 100 МОм или более. Шунтирующая емкость может составлять всего несколько пикофарад, часто около 20 пФ или около того

Хотя основное сопротивление может быть очень высоким, даже небольшие уровни емкости могут снизить общий импеданс, особенно при повышении частоты. Импеданс конденсатора 20 пФ составляет всего 80 кОм при 100 кГц или 800 кОм при 10 кГц.

Это может означать, что в общем импедансе преобладает емкостный эффект при повышении частоты.

Влияние обратной связи на входное сопротивление

Конфигурация схемы и уровень обратной связи также имеют большое влияние на входное сопротивление всей схемы операционного усилителя. Дело не только в импедансе самой микросхемы усилителя — большое влияние оказывают окружающие ее электронные компоненты.

Обратная связь имеет различные эффекты, понижая или увеличивая полное сопротивление цепи или сопротивление в зависимости от способа ее применения.

Двумя основными примерами обратной связи, изменяющей входное сопротивление или входное сопротивление схемы операционного усилителя, являются инвертирующие и неинвертирующие схемы операционного усилителя.

Входное сопротивление цепи инвертирующего операционного усилителя

Инвертирующий усилитель, использующий микросхемы операционного усилителя, представляет собой очень простой в использовании усилитель. Требуя очень небольшого количества электронных компонентов — фактически, это всего лишь два резистора, эта электронная схема обеспечивает простую в изготовлении схему усилителя.

Базовая схема инвертирующего операционного усилителя

Базовая схема инвертирующего усилителя показана выше. Чтобы схема могла работать правильно, разница между инвертирующим и неинвертирующим входами должна быть очень маленькой — коэффициент усиления микросхемы очень высок, и, следовательно, для небольшого выходного напряжения разница между двумя входами мала.Это означает, что инвертирующий вход должен иметь практически тот же потенциал, что и неинвертирующий, то есть на земле.

В результате входной импеданс этой схемы операционного усилителя равен резистору R1. Обычно это относительно мало и может составлять порядка 1 кОм или около того, в зависимости от фактических выбранных значений электронных компонентов. Однако эта схема имеет то преимущество, что виртуальная точка заземления на инвертирующем входе микросхемы операционного усилителя может использоваться в качестве виртуального смесителя заземления.

Входное сопротивление цепи неинвертирующего операционного усилителя

Неинвертирующий усилитель дает возможность обеспечить очень высокий уровень входного импеданса.

Как и инвертирующий усилитель, в этом также очень мало электронных компонентов. Опять же, в базовой форме схемы используются всего два резистора. Сигнал подается на неинвертирующий вход, а обратная связь имеет резистор между выходом и инвертирующим входом и еще один резистор между инвертирующим входом и землей.

Базовая схема неинвертирующего операционного усилителя

обнаружила, что входное сопротивление для этой схемы операционного усилителя по крайней мере равно сопротивлению между неинвертирующим и инвертирующим входами, которое обычно составляет от 1 МОм до 10 ТОм, плюс полное сопротивление пути от инвертирование входа на землю, т.е. R1 параллельно резистору R2. именно эта схема используется, когда требуются очень высокие уровни входного сопротивления.

Входное сопротивление операционного усилителя является ключевым моментом при проектировании любой электронной схемы, использующей операционные усилители.Входное сопротивление должно быть достаточно высоким, чтобы не ухудшать характеристики предыдущих каскадов.

Соответственно, существует баланс между преимуществами инвертирующего усилителя с его способностью к виртуальному смешиванию с землей и простотой, но низким входным импедансом по сравнению с очень высоким входным сопротивлением неинвертирующего усилителя.

Часто выбор зависит от индивидуальных предпочтений, но в любом случае необходимо учитывать входное сопротивление, высокое или низкое.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

Высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление в цепи операционного усилителя

Введение

Входное и выходное сопротивление усилителя — это отношение напряжения к току, протекающему на этих клеммах или на выходе из них. Входное сопротивление может зависеть от источника питания, питающего усилитель, в то время как выходное сопротивление также может изменяться в соответствии с импедансом нагрузки RL на выходных клеммах. Предполагается, что операционные усилители должны иметь нулевое или очень низкое выходное сопротивление.Однако входное сопротивление операционного усилителя и выходное сопротивление являются важными факторами при проектировании любой схемы.

Почему усилители имеют высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс?

Каталог

Ⅰ Входное и выходное сопротивление

1.1 Обзор импеданса

В схемах импеданс — это соотношение между напряжением и током. Это комбинация сопротивления (частотно-независимое, резисторы) и реактивного сопротивления (частотно-зависимое, катушки индуктивности и конденсаторы).Почему операционный усилитель имеет входное и выходное сопротивление? Давайте подскажем вам несколько идей. Входное сопротивление операционного усилителя похоже на сопротивление нагрузки для всего, что подтверждает сигнал, поступающий на операционный усилитель. Выходное сопротивление операционного усилителя похоже на сопротивление источника для всего, что принимает сигнал от операционного усилителя. Но что они означают и почему они полезны?

1.2 Входное сопротивление операционного усилителя

Предполагается, что входное сопротивление идеального операционного усилителя бесконечно, но в реальной жизни это не так.Небольшое количество тока снижается любым электрическим входом, источником или стоком. Это можно смоделировать как резистор, как показано на рисунке ниже, подключенный параллельно входу.
Входной импеданс представлен на приведенной выше диаграмме в виде резистора, поскольку он действителен в большинстве случаев. Однако входы также имеют крошечную емкость. На более низких частотах это не вызывает беспокойства, так как это просто сводит к минимуму время нарастания и спада. Однако эта емкость может обеспечить значительную нагрузку для сигналов переменного тока на достаточно высоких частотах и ​​препятствовать временам нарастания и спада, что также может способствовать искажению сигнала.

1.3 Выходное сопротивление операционного усилителя

Вы должны иметь возможность протолкнуть любую величину тока через любую нагрузку, используя идеальный усилитель. При хорошей фазе выходного драйвера это возможно, но с точки зрения того, какой ток он может выдавать, сам усилитель без усилителя имеет некоторые ограничения. Например, популярный операционный усилитель LM358 может потреблять только 40 мА / 20 мА. Как показано на рисунке ниже, это ограничение выходного привода можно рассматривать как резистор, включенный последовательно с идеальным выходом.
Поскольку выход виден только с другой стороны резистора, на резисторе возникает большое падение напряжения, если выход перегружен, и выход не является фактическим выходом, выдаваемым усилителем.Этому можно противодействовать, добавив выходной каскад, который дополнительно усиливает сигнал и делает его идеальным для питания больших нагрузок.

1.4 Идеальное сопротивление операционного усилителя

Что касается идеального операционного усилителя, идеальный операционный усилитель имеет бесконечное входное сопротивление. Это означает, что не может быть тока на инвертирующих и неинвертирующих входных клеммах или на выходе из них, потому что ток, протекающий во входных выводах, равен нулю. Идеальный операционный усилитель имеет нулевое выходное сопротивление. Это означает, что выходное напряжение не зависит от выходного тока.Таким образом, идеальный операционный усилитель может управлять любой нагрузкой без падения выходного сопротивления на ней. Краткое описание: входное сопротивление «высокое» (в идеале бесконечное), выходное сопротивление «низкое» (в идеале — нулевое).

Согласование импеданса операционного усилителя

Ⅱ Эффект высокого входного и низкого выходного импеданса

Высокое сопротивление гарантирует, что он потребляет очень малый ток. Задача усилителя — преобразовать управляемый напряжением сигнал низкой энергии в выходной сигнал более высокого напряжения.Цепи с низким импедансом могут быть опасны из-за большого тока, который они производят. Операционные усилители избегают этого за счет очень высокого входного импеданса. Другими словами, операционным усилителям требуется высокий входной импеданс, поскольку они являются устройствами усиления напряжения. Чтобы напряжение на входе упало, импеданс должен быть очень высоким, как гласит закон Ома, V = IR. Также важно предотвратить эффект нагрузки. Если бы импеданс был небольшим, потребляемый ток был бы высоким.

Ⅲ Как рассчитать входной импеданс и выходной импеданс

Импеданс представлен отношением изменения тока ΔI к изменению напряжения ΔV.Изменение входного тока смещения измеряется в зависимости от изменения диапазона входного синфазного напряжения.

Входное сопротивление и выходное сопротивление усилителя

Зная коэффициент усиления, полное сопротивление источника и выходное сопротивление, формулы для входного и выходного напряжений усилителя могут быть определены с использованием принципа делителя напряжения.
(Zin / (Rs + Zin)) Vin = Vsource …… (1)
Где опорное напряжение, которое видит усилитель, равно Vin, входное напряжение — Vsource, входное сопротивление — Zin, и Импеданс источника составляет Rs.
Аналогичным образом можно рассчитать выходное напряжение нагрузки:
Vload = Vout • (Rload / (Rload + Zout)) …… (2)
Где напряжение на нагрузке равно Vload, Vout — выходной сигнал усилителя, Rload — сопротивление нагрузки, а Zout — выходной импеданс усилителя. Также возможно заменить Vout временем усиления входного напряжения.
Вы также можете измерить выходное сопротивление как эквивалентную схему Тевенина:
Zout = Vo / Is …… (3)
Где Vo — выходное напряжение, когда на выходе разомкнута цепь, а когда на выходе короткий, выходной ток I.Эта формула предполагает линейную зависимость между выходным напряжением и током.

Ⅳ Заключение

Операционные усилители обычно используются в ситуациях, когда входное сопротивление должно быть большим по сравнению с другими сопротивлениями на входном контакте, и где цепь обратной связи должна делать эффективное выходное сопротивление бесконечно малым по сравнению с внешним сопротивлением. От характера приложения зависит, насколько хорош операционный усилитель, чтобы соответствовать этим требованиям. Входное и выходное сопротивление усилителей — это произведение входного и выходного паразитного сопротивления и емкости.Он также дается с формулами для того же самого. Знание этих ограничений и способов их решения способствует эффективному проектированию усилителей.

Часто задаваемые вопросы о ОУ с высоким входным сопротивлением

1. Почему операционный усилитель имеет высокое входное сопротивление? Операционным усилителям
требуется высокий входной импеданс, поскольку они являются устройствами усиления по напряжению. Чтобы напряжение на входе упало, импеданс должен быть очень высоким, как гласит закон Ома, V = IR. Также важно предотвратить эффект нагрузки.Если бы импеданс был небольшим, потребляемый ток был бы высоким.

2. Что такое усилитель с высоким входным сопротивлением?
Вход с высоким импедансом оказывает очень небольшую нагрузку на подаваемый на него сигнал. Таким образом, это не снижает его уровень (или не сильно). Буфер с единичным усилением обычно имеет очень высокий импеданс и часто используется в качестве входного каскада в цепи усилителя.

3. Какой усилитель имеет наибольшее входное сопротивление?
вот и ваш ответ! общий коллектор, он также известен как эмиттерный повторитель, потому что эмиттерное напряжение следует за напряжением базы.Обладая высоким входным сопротивлением и низким выходным сопротивлением, он широко используется в качестве буфера.

4. Какое входное и выходное сопротивление операционного усилителя?
Входное и выходное сопротивление усилителя — это отношение напряжения к току, протекающему на этих клеммах или на выходе из них. Входное сопротивление может зависеть от источника питания, питающего усилитель, в то время как выходное сопротивление также может изменяться в соответствии с импедансом нагрузки RL на выходных клеммах.

5.Что подразумевается под высоким входным сопротивлением?
В электронике высокий импеданс означает, что точка в цепи (узел) пропускает относительно небольшое количество тока на единицу приложенного напряжения в этой точке. … В аудиосистемах может потребоваться вход с высоким сопротивлением для использования с такими устройствами, как кварцевые микрофоны или другие устройства с высоким внутренним сопротивлением.

Альтернативные модели

Деталь Сравнить Производителей Категория Описание
Производитель.Часть #: TC4427EOA713 Сравнить: Текущая часть Производители: Microchip Категория: Драйверы на полевых транзисторах Описание: 1.Двойной МОП-транзистор 5A Drvr8 SOIC 3,9 мм (0,15 дюйма) T / R
Номер детали: TC4426EOA Сравнить: TC4427EOA713 VS TC4426EOA Производители: Microchip Категория: Драйверы на полевых транзисторах Описание: TC4426EOA; Драйвер питания с двумя полевыми МОП-транзисторами 1.5А; От 4,5 до 18 В; Инвертирование; 8-контактный SOIC
Номер детали: TC4427COA Сравнить: TC4427EOA713 VS TC4427COA Производители: Microchip Категория: Драйверы на полевых транзисторах Описание: TC4427COA, Драйвер питания с двумя полевыми МОП-транзисторами 1.5A, от 4,5 до 18 В, неинвертирующий, 8-контактный SOIC
Номер детали: TC4427EOA Сравнить: TC4427EOA713 VS TC4427EOA Производители: Microchip Категория: Драйверы на полевых транзисторах Описание: TC4427EOA, Драйвер питания с двумя полевыми МОП-транзисторами 1.5A, от 4,5 до 18 В, неинвертирующий, 8-контактный SOIC

Что такое импеданс усилителя? (Фактический Vs.Номинальное сопротивление) — My New Microphone

Импеданс — непонятная тема, когда дело касается усилителей, динамиков и почти всех других аудиоустройств. Если вы когда-нибудь задумывались, что означает номинальное сопротивление вашего усилителя и как оно влияет на производительность усилителя в системе, эта статья для вас!

Что такое импеданс усилителя? Усилители звука имеют входы и выходы со значениями импеданса. Микрофонные, линейные и динамические входы имеют определенное сопротивление, чтобы правильно работать в качестве нагрузки для устройств ввода.Выходы усилителей имеют номинальное сопротивление, чтобы соответствовать номинальному сопротивлению динамиков, хотя фактическое сопротивление редко указывается.

В этой статье мы определим импеданс и его роль в звуке, а затем подробно рассмотрим различные значения импеданса усилителей и то, что они говорят нам о наших усилителях.


Содержание


Что такое электрическое сопротивление?

Электрический импеданс — это измерение сопротивления системы переменному току при приложении напряжения.В некотором смысле, это можно рассматривать как сопротивление переменному току.

Импеданс имеет реальную составляющую сопротивления постоянному току и мнимую составляющую реактивного сопротивления. Он имеет как величину, так и фазу и зависит от частоты.

Импеданс измеряется в омах (Ом) и обозначается в уравнениях буквой Z.


Импеданс и звук

Аудио в общих чертах определяется как электрическое представление звука. Звук определяется как энергия механической волны от 20 Гц до 20 000 Гц.

Аналоговый звук — это электрическая энергия (независимо от того, хранится ли звук или находится в движении). Эта электрическая энергия состоит из переменного тока от 20 Гц до 20 000 Гц (иногда больше, а иногда меньше) и подвержена электрическому сопротивлению.

Цифровой звук представляет собой аналоговый звук в цифровых форматах, который также подвержен сопротивлению при перемещении. Однако обсуждение импеданса часто связано с аналоговыми сигналами.

Усилители

, как и все другие аудиоустройства, работающие с аудиосигналами, обладают внутренним импедансом.

Другие примеры аудиоустройств с импедансом включают микрофоны (выходное сопротивление) и наушники (входное сопротивление). Ознакомьтесь со следующими статьями «Мой новый микрофон» для получения дополнительной информации:
• Импеданс микрофона: что это такое и почему это важно?
• Полное руководство по пониманию импеданса наушников

В отличие от микрофонов и наушников, усилители имеют как входы, так и выходы и, следовательно, имеют входное и выходное сопротивление. Мы скоро перейдем к каждому из этих рейтингов.

Я снова заявляю, что импеданс зависит от частоты. Это очевидно на графиках импеданса аудиопреобразователей (микрофонов, наушников и громкоговорителей), которые имеют естественные резонансы, которые влияют на их значения импеданса по их частотным характеристикам.

Следовательно, для аудиоустройств обычно указывается номинальное значение импеданса. Номинальный импеданс относится к «среднему» сопротивлению аудиоустройства по его частотной характеристике. Он используется для получения общего представления о том, как устройство будет действовать в системе.

Значения импеданса усилителей также измеряются как номинальные значения. Тем не менее, вы редко, если вообще когда-либо, найдете график импеданса, чтобы показать провалы и впадины в фактическом импедансе усилителя на его отклике.

Импеданс усилителя гораздо более стабильный, и можно предположить, что он одинаков на всем его отклике.


Входное и выходное сопротивление

Ранее мы обсуждали, что аудиоустройства имеют входы и выходы, а усилители имеют и то, и другое.

Это связано с тем, что усилители предназначены для усиления входящего сигнала. Они принимают сигнал более низкого уровня на свои входы, применяют усиление и выводят более сильную версию этого сигнала (в идеале без искажений, кроме увеличения амплитуды / напряжения).

Следовательно, значения входного и выходного сопротивления важно понимать при работе с усилителями звука.

Эти значения расскажут нам, как будет работать усилитель (или предусилитель), когда к входам подключены различные устройства (микрофоны, инструменты, линейные источники) и когда к его выходам подключены различные устройства (динамики, наушники, процессоры и т. Д.)).

Типичные значения номинального сопротивления различных аудиоустройств можно найти в следующей таблице:

Тип входа / выхода Типичный диапазон импеданса Типовой диапазон напряжения (номинал)
Выход уровня микрофона от 50 Ом до 600 Ом -60 дБВ (1 мВ RMS ) до -40 дБВ (10 мВ RMS )
Микрофонный вход от 1,5 до 15 кОм -60 дБВ (1 мВ RMS ) до -40 дБВ (10 мВ RMS )
Инструментальный выход уровня (Hi-Z) от 10 кОм до 100 кОм
-20 дБн (77.5 мВ RMS )
Инструментальный (Hi-Z) вход уровня От 47 кОм до более 10 МОм -20 дБн (77,5 мВ RMS )
Линейный уровень (профессиональный) Выход от 75 до 600 Ом +4 дБн (1,228 В RMS )
Линейный уровень (профессиональный) Вход от 10 кОм до 50 кОм +4 дБн (1,228 В RMS )
Выход линейного уровня (потребительский) От 75 до 600 Ом -10 дБВ (316 мВ RMS )
Вход линейного уровня (потребительский) от 10 кОм до 50 кОм -10 дБВ (316 мВ RMS )
Выход уровня динамика от 20 дБВ до 40 дБВ (10 В RMS до 100 В RMS )
Вход уровня динамика от 4 Ом до 16 Ом
(4,8 или 16 Ом)
от 20 дБВ до 40 дБВ (10 В RMS от до 100 В RMS )
Вспомогательный выход от 75 Ом до 150 Ом -10 дБВ (0.300 В RMS )
Вспомогательный вход > 10 кОм -10 дБВ (0,300 В RMS )
Выход для наушников 0,1 Ом до НЕТ
Выход усилителя наушников От 0,5 Ом до> 120 Ом НЕТ
Вход для наушников от 8 Ом до 600 Ом НЕТ

Что касается импеданса, при соединении аудиоустройств вместе устройство, принимающее сигнал на своем входе, считается нагрузкой, а выходной сигнал устройства считается источником.

Давайте поговорим подробнее о загрузке и источнике.

Вход — нагрузка

Входы усилителя действуют как электрическая нагрузка для подключенного источника. Он принимает аудиосигнал (напряжение переменного тока) от источника.

Что касается импеданса, импеданс нагрузки всегда должен быть значительно выше импеданса источника для оптимальной передачи напряжения и сигнала.

Это можно пояснить на схеме ниже:

Цепь источника и нагрузки может быть упрощена как делитель напряжения.Следовательно:

V L / V S = Z L / (Z L + Z S )

И: V L = V S Z L / (Z L + Z S )

Допустим, Z L (полное сопротивление нагрузки или входное сопротивление усилителя) было равно Z S (выходное сопротивление подключенного устройства). В этом сценарии V L (напряжение или сила сигнала, принимаемого на входе усилителя) будет 1/2 от V S (напряжение или сила выходного сигнала подключенного устройства).Пропала половина мощности сигнала!

Теперь предположим, что Z L было в 9 раз больше Z S . В этом сценарии V L будет 9/10 из V S . Передано 90% мощности сигнала!

Таким образом, для оптимальной передачи сигнала требуется гораздо более высокое сопротивление нагрузки. Как правило, нагрузка Z должна быть не менее чем в 10 раз больше, чем у источника Z.

Это важная информация для понимания, но, вообще говоря, производитель усилителя гарантирует, что его входы имеют достаточно высокие значения импеданса, чтобы хорошо работать с устройствами, которые он предназначен для приема на своих входах.

Входное сопротивление предусилителя

Предварительные усилители часто предназначены для приема на свои входы следующих сигналов / устройств:

  • Микрофонный предусилитель: сигналов микрофонного уровня (с микрофонов или микрофонных выходов)
  • Фонокорректорный предусилитель: сигналов низкого уровня (с вертушек)
  • Инструментальные предусилители: сигналов уровня инструментов (от электрических звукоснимателей или других низкоуровневых сигналов). уровень выходов электрических инструментов)

Heritage Audio 1084 (ссылка, чтобы проверить цену в Sweetwater) представляет собой одноканальный микрофонный предусилитель и эквалайзер.Характеристики его импеданса следующие:

  • Входное сопротивление микрофона:
    • HI: 1200 Ом минимум
    • LO: 300 Ом минимум
    • Положения с более высоким коэффициентом усиления постепенно имеют большее сопротивление, оптимальное для ленточных микрофонов с низким коэффициентом усиления. Вход трансформаторный симметричный и плавающий
  • Входное сопротивление линии: мостовое соединение 10 кОм, трансформатор симметричное и плавающее
Heritage Audio 1084
Входное сопротивление усилителя мощности

Усилители мощности часто предназначены для приема на свои входы следующих сигналов / устройств:

  • Сигналы линейного уровня:
    • От предусилителей — отдельных или встроенных
    • От пассивных аудиомикшеров и интерфейсов
    • Из других источников линейного уровня

Crown Audio XLi 2500 (ссылка, чтобы узнать цену на Amazon ) представляет собой стереоусилитель мощности с входами RCA (несимметричный) и XLR (балансный).Его значения входного сопротивления следующие:

  • Симметричный: 20 кОм
  • Небалансный: 10 кОм
Crown Audio XLi 2500

Crown Audio входит в список лучших производителей усилителей мощности в мире «Мой новый микрофон».

Входное сопротивление усилителя для наушников

Усилители для наушников также обычно предназначены для приема сигналов линейного уровня на свои входы.

AKG HP4E (ссылка, чтобы узнать цену на Amazon) — это усилитель для наушников с двумя стереовходами и четырьмя стереофоническими выходными каналами высококачественного звука.

Входное сопротивление: 100 кОм

AKG HP4E

AKG представлена ​​в следующих статьях «Мой новый микрофон»:
• Лучшие мировые бренды наушников
• Лучшие бренды лучших микрофонов, которые вы должны знать и использовать

Выход является источником

Усилитель принимает сигнал на свой вход и выдает более сильную версию этого сигнала. Выход усилителя подключен к другому устройству, которое принимает этот усиленный выходной сигнал.

Другими словами, выход усилителя действует как источник, а подключенное устройство действует как нагрузка. Давайте еще раз посмотрим на нашу простую схему делителя напряжения:

В этом случае для оптимальной передачи сигнала выходное сопротивление усилителя должно быть ниже, чем входное сопротивление подключенных устройств. Опять же, общее практическое правило — разница в 10 раз и более.

Выходное сопротивление предусилителя

Предварительные усилители обычно выводят сигналы на:

Выходное сопротивление: Менее 75 Ом, трансформатор симметричный и плавающий, для управления нагрузкой 600 Ом

Наследие Аудио 1084
Выходное сопротивление усилителя мощности

Усилители мощности обычно выводят сигналы в громкоговорители.

Производители усилителей мощности редко, если вообще когда-либо, указывают выходное сопротивление. Мы обсудим это подробнее в следующих нескольких разделах.

Выходное сопротивление усилителя для наушников

Усилители для наушников предназначены для вывода сигналов в наушники.

Rupert Neve Designs RNHP (ссылка, чтобы узнать цену на Amazon) — настольный усилитель для наушников с одним выходом. Номинальное входное сопротивление:

.

Выходное сопротивление: 0.8 Ом при 1 кГц, нагрузка от 16 до 150 Ом, вход 0 дБн

Руперт Неве разрабатывает RNHP

Rupert Neve Designs представлена ​​в следующих статьях «Мой новый микрофон»:
• Лучшие бренды лучших студийных консолей для записи / микширования
• Лучшие бренды лучших аудиокомпрессоров в мире
• Лучшие бренды лучших аудиоэквалайзеров в мире
• Лучшие лучшие бренды Бренды аудиосистем для модулей / оборудования серии 500


Фактическое сопротивление по сравнению с Номинальное сопротивление и соответствующие громкоговорители

Соответствующие усилители мощности и громкоговорители — это тема, которая интересует многих профессионалов в области звука и любителей.

Одним из важных факторов при согласовании усилителей и громкоговорителей является выбор устройств с совместимым импедансом (выходное сопротивление усилителя должно соответствовать входному сопротивлению громкоговорителей).

Поскольку этот фактор очень важен, многие усилители мощности будут иметь номинальные характеристики импеданса.

Номинальный выходной импеданс усилителя — это спецификация, которая в основном указывает наименьшее полное сопротивление нагрузки, которое усилитель будет эффективно управлять.Другими словами, он говорит нам о самом низком номинальном импедансе динамика, который усилитель способен правильно управлять.

Главный вывод здесь состоит в том, что номинальное полное сопротивление усилителя составляет , а не фактического выходного сопротивления усилителя. Фактическое выходное сопротивление будет намного ниже номинального, чтобы обеспечить идеальную передачу напряжения / сигнала от усилителя к динамику.

На самом деле, мы не найдем усилителей мощности с выходным сопротивлением выше 0,1 Ом.

При этом, как правило, нам не сообщают, каково реальное выходное сопротивление усилителя. Скорее, нам сообщат входные сопротивления динамиков, с которыми может работать усилитель, и / или то, как усилитель будет работать с различными сопротивлениями динамиков.

Помните нашу основную схему делителя напряжения и уравнение передачи сигнала.

V L = V S Z L / (Z L + Z S )

Предположим, динамик имеет более низкий номинальный импеданс Z L (скажем, 4 Ом, а не 8 Ом).В этом случае усилитель должен выдавать более В S , чтобы достичь того же уровня В L (который будет производить тот же выходной уровень звукового давления, при прочих равных).

Значит, усилитель должен производить больше мощности, чтобы управлять динамиком с более низким импедансом. Это увеличение мощности обычно сопровождается увеличением тепла, которое потенциально может вызвать повреждение усилителя и / или динамика. Увеличение мощности также может привести к ограничению и искажениям усилителя, если требования к мощности превышают предел мощности усилителя.

Оглядываясь на пример Crown Audio XLi 2500, мы видим, что усилитель рассчитан на повышенные требования к мощности и имеет номинальные значения выходного сопротивления 4 Ом и 8 Ом:

Мощность:

  • 4 Ом двойной: 750 Вт
  • 8 Ом двойной: 500 Вт
  • 8 Ом мостовой: 1500 Вт
Crown Audio XLi 2500

Anthem STR (ссылка, чтобы узнать цену в Crutchfield) — это интегрированный стереоусилитель со встроенным ЦАП.Его номинальное выходное сопротивление составляет всего 2 Ом при следующих номинальных мощностях:

Выход (на канал, непрерывный, 20 Гц — 20 кГц, <1% THD):

  • 200 Вт (8 Ом)
  • 400 Вт (4 Ом)
  • 550 Вт (2 Ом)
Anthem STR

Anthem представлен в следующих статьях «Мой новый микрофон»:
Лучшие мировые бренды усилителей мощности
Лучшие мировые бренды AV-ресиверов


Другие типы усилителей и их характеристики импеданса

Чтобы лучше понять различные типы аудиоусилителей и их типичные значения импеданса, давайте рассмотрим несколько примеров.

В частности, мы рассмотрим следующие типы усилителей:

Микрофонные предусилители

Микрофонные предусилители предназначены для повышения сигналов микрофонного уровня микрофонов до линейного уровня для использования в других аудиоустройствах.

Микрофоны

обычно имеют симметричные выходы (XLR) с выходным сопротивлением от 50 до 600 Ом. Чаще всего выходное сопротивление микрофона составляет от 150 до 250 Ом.

Знаменитый Shure SM57 (ссылка, чтобы узнать цену на Amazon) является примером профессионального микрофона с низким выходным сопротивлением 150 Ом.

Shure SM57

Shure SM57 представлен в следующих статьях «Мой новый микрофон»:
• 50 лучших микрофонов всех времен (с альтернативными версиями и клонами)
• 11 лучших динамических микрофонов на рынке
• 12 лучших микрофонов стоимостью менее 150 долларов для записи Вокал

Shure представлена ​​в следующих статьях «Мой новый микрофон»:
• Лучшие бренды микрофонов, которые вы должны знать и использовать
• Лучшие бренды лучших наушников в мире
• Лучшие бренды лучших наушников в мире

Входы микрофонного предусилителя обычно имеют импеданс от 1 до 10 кОм.

Выходы микрофонного предусилителя обычно имеют значения импеданса ниже или около 100 Ом.

Вышеупомянутый Heritage Audio 1084 имеет следующие входные и выходные значения:

  • Входное сопротивление микрофона:
    • HI: 1200 Ом минимум
    • LO: 300 Ом минимум
  • Выходное сопротивление: Менее 75 Ом, трансформатор сбалансированный и плавающий, для управления нагрузкой 600 Ом
Heritage Audio 1084

Чтобы узнать больше о микрофонных предусилителях, ознакомьтесь со следующими статьями «Мой новый микрофон»:
• Что такое микрофонный предусилитель и зачем он нужен?
• Лучшие микрофонные предусилители

Фонокорректоры

Фонокорректоры

предназначены для повышения уровня и улучшения отношения сигнал / шум проигрывателя (проигрывателя) перед тем, как сигнал будет отправлен через усилитель мощности на громкоговорители.

Начнем с характеристик входного импеданса фонокорректора.

Большинство входов фонокорректора имеют стандартное сопротивление 47 кОм и принимают выходы картриджей MM и MC. Многие из этих предусилителей предлагают выбираемые входные сопротивления от десятков до сотен и тысяч Ом для картриджей с подвижным магнитом (MM).

Фонокорректоры

, предназначенные для выхода керамических картриджей, будут иметь входное сопротивление в диапазоне МОм (1 000 000 Ом).

Pro-Ject Phono Box MM (ссылка, чтобы узнать цену на Amazon) — это простой фонокорректор со следующим рейтингом импеданса:

Входная емкость / входное сопротивление, мм: 47 кОм / 120 пФ

Phono Box MM имеет линейные выходы, но не указывает точное выходное сопротивление.

Про-Ject Phono Box MM

Проигрыватели имеют разное выходное сопротивление, в значительной степени зависящее от типа используемого картриджа (преобразователя, удерживающего иглу). Фактический импеданс редко, если вообще указывается, но верны следующие моменты:

Картриджи
  • MC (подвижная катушка) обладают очень низким импедансом, что позволяет им работать с предусилителями значительно ниже стандарта 47 кОм.
  • Картриджи
  • MM (с подвижным магнитом) имеют гораздо более высокие импедансы и требуют стандартных нагрузок 47 кОм для нормальной работы.
  • Керамические картриджи, которые используются в более старых более дешевых проигрывателях, имеют невероятно высокий импеданс и требуют предусилителей с входами в диапазоне МОм.

Ortofon 2M Red (ссылка, чтобы узнать цену на Amazon) является примером фонокорректора с подвижным магнитом со следующими характеристиками импеданса:

  • Внутреннее сопротивление, сопротивление постоянному току: 1,3 кОм
  • Рекомендуемое сопротивление нагрузки: 47 кОм
Ortofon 2M Red

Усилители для наушников

Усилители для наушников усиливают сигналы линейного уровня и регулируют сопротивление сигнала для надлежащего управления наушниками.

Типичные наушники имеют номинальное сопротивление в диапазоне от 8 Ом до 600 Ом, хотя их фактические значения импеданса могут превышать эти значения на определенных частотах.

Электростатические наушники работают немного иначе и могут иметь номинальное сопротивление в сотни кОм со специальными усилителями с высоким импедансом для удовлетворения требований к высоковольтному и слаботочному сигналу.

Популярный Sennheiser HD 280 Pro (ссылка, чтобы узнать цену на Amazon) имеет импеданс 64 Ом.

Sennheiser HD 280 Pro

Sennheiser упоминается в следующих статьях «Мой новый микрофон»:
• Лучшие бренды микрофонов, которые вы должны знать и использовать
• Лучшие бренды лучших наушников в мире
• Лучшие бренды лучших наушников в мире

Таким образом, усилители для наушников имеют разъемы / выходы для наушников, спроектированные с очень низким выходным сопротивлением.

Вышеупомянутый RNHP от Rupert Neve Designs, например, имеет выходное сопротивление, равное.08 Ом при 1 кГц, нагрузка 16-150 Ом, вход 0 дБн.

Руперт Неве разрабатывает RNHP

Обратите внимание, что специализированные электростатические усилители для наушников обычно имеют более высокий выходной импеданс.

Чтобы узнать больше об усилителях для наушников, ознакомьтесь с моей статьей «Что такое усилитель для наушников и стоят ли его усилители для наушников?»

Инструментальные предусилители

Электрические инструменты также требуют усиления, прежде чем их можно будет микшировать и воспроизводить через наушники и / или динамики.

Некоторые инструменты, такие как клавиатура, выводят сигналы линейного уровня, и на самом деле для достижения уровня громкоговорителей требуется только усилитель мощности (или усилитель для наушников, чтобы подключиться к наушникам). Многие клавиатуры даже имеют встроенные динамики и разъемы для наушников.

Для других инструментов, например для электрогитары, требуются предусилители. Эти предусилители предлагают большую часть звука в настройке гитарного усилителя.

Преобразователь электрогитары называется звукоснимателем. У звукоснимателей довольно большой диапазон выходных сопротивлений, но номинальные значения обычно составляют десятки тысяч Ом или более (> 10 кОм).

Примером звукоснимателя для гитары является Seymour Duncan JB Humbucker (ссылка, чтобы узнать цену на Amazon), который имеет сопротивление постоянному току (DCR), которое мы можем принять за «импеданс» 16,60 кОм.

Сеймур Дункан, Дж. Б. Хамбакер

Lehle Sunday Driver (ссылка, чтобы узнать цену на Amazon) — отличный пример простого гитарного предусилителя. Рейтинги импеданса следующие:

  • Импеданс, вход D (режим драйвера): 1 МОм
  • Импеданс, вход S (воскресный режим): 4 МОм
  • Импеданс, выход: 150 Ом
Lehle Sunday Driver

Усилители мощности

Усилители мощности

предназначены для усиления сигналов линейного уровня (от аудиомикшеров, устройств воспроизведения, интерфейсов и т. Д.) до уровней громкоговорителей, способных правильно управлять громкоговорителями.

И снова усилители мощности обычно имеют рекомендуемые / номинальные значения импеданса нагрузки, которые предполагают соответствующее входное сопротивление подключенных громкоговорителей. Однако фактическое выходное сопротивление усилителя мощности указывается редко.

Громкоговорители обычно имеют одно из следующих значений номинального сопротивления:

  • 1 Ом
  • 2 Ом
  • 4 Ом
  • 6 Ом
  • 8 Ом
  • 16 Ом

Производители часто определяют свои громкоговорители как соответствующие одной из вышеперечисленных категорий, чтобы соответствовать стандарту и учитывать более легкое чтение и сравнение спецификации.

Electro-Voice ZLX-15 (ссылка, чтобы узнать цену на B&H Photo / Video) — это 2-полосный пассивный динамик мощностью 1000 Вт с 15-дюймовым вуфером. Он имеет следующие значения импеданса:

  • Номинальное сопротивление: 8 Ом
  • Минимальное сопротивление: 7 Ом
Electro-Voice ZLX-15

Electro-Voice описан в следующих статьях «Мой новый микрофон»:
• Лучшие бренды лучших сабвуферов (автомобильные, звуковые, домашние и студийные)
• Лучшие бренды акустических систем PA, которые вы должны знать и использовать

• Лучшие бренды лучших микрофонов Вы должны знать и использовать

Что касается входного импеданса, усилители мощности обычно работают с усилением сигналов линейного уровня и имеют входные импедансы, подходящие для передачи сигнала линейного уровня (симметричного или несимметричного).

Вышеупомянутый Crown Audio XLi 2500 имеет следующие значения импеданса:

  • Входное сопротивление (номинальное):
    • Сбалансированное: 20 кОм
    • Несбалансированное: 10 кОм
  • Мощность:
    • 4 Ом Dual: 905 750 Вт 4 Ом Dual: 905 750 Вт
    • 8 Ом, мостовой: 1500 Вт
Crown Audio XLi 2500

Активные блоки и встроенные усилители

Важно отметить, что некоторые устройства имеют встроенные усилители, поэтому их значения импеданса (входного или выходного) будут отражать это.Полное сопротивление будет в соответствующем диапазоне для предполагаемой передачи входного или выходного сигнала.

Рассмотрим несколько примеров:

Входное сопротивление активного динамика

Активные громкоговорители не будут иметь типичного входного импеданса от 1 Ом до 16 Ом (хотя их драйверы могут). Скорее, их входное сопротивление будет подходящим (и намного, намного выше) для входа (будь то микрофонный вход, симметричный линейный вход, несимметричный линейный вход и т. Д.).

QSC KW153 (ссылка, чтобы узнать цену на B&H Photo / Video) является примером 3-полосного активного динамика PA с 15-дюймовым вуфером и несколькими входами.

QSC KW153

QSC представлен в следующих статьях «Мой новый микрофон»:
• Лучшие бренды сабвуферов (автомобильные, звуковые, домашние и студийные)
• Лучшие бренды громкоговорителей, которые вы должны знать и использовать Рынок сегодня

Входное сопротивление (Ом):

  • Канал A XLR / ”:
    • Настройка усиления микрофона:
      • 0 дБ: 38 кОм (симметричный) 19 кОм (несимметричный)
      • +12 дБ: 10 кОм (симметричный) 5 кОм (несимметричный)
      • +24 дБ: 2.66 кОм (симметричный) 1,33 кОм (несимметричный)
      • +36 дБ: 660 Ом (симметричный) 330 Ом (несимметричный)
  • Канал B XLR / ”: 38 кОм симметричный / 19 кОм несимметричный
  • Канал B RCA: 10 кОм

Чтобы узнать обо всех различиях между активными и пассивными громкоговорителями, ознакомьтесь с моей статьей В чем разница между пассивными и активными громкоговорителями?

Импеданс интегрированного усилителя

Интегральные усилители объединяют предусилитель и усилитель в единицу сигнала.Следовательно, мы можем ожидать, что входы (хотя, возможно, не все) будут иметь рейтинги импеданса на уровне микрофона, в то время как выходы, как правило, должны иметь импедансы, которые будут управлять громкоговорителями.

Вышеупомянутый Anthem STR — это интегрированный стереоусилитель со встроенным ЦАП. Давайте посмотрим на некоторые из его характеристик:

Телефонный предусилитель

  • Входное сопротивление: 100 Ом (MC), 47 кОм || 270 пФ (мм)

Выход (на канал, непрерывный, 20 Гц — 20 кГц, <1% THD):

  • 200 Вт (8 Ом)
  • 400 Вт (4 Ом)
  • 550 Вт (2 Ом)
Anthem STR

Импеданс активного микшера

Активный аудиомикшер имеет встроенный усилитель мощности.Он микширует звук на линейном уровне и включает предусилители для микрофонных и инструментальных входов. Однако он предназначен для вывода аудиосигналов уровня громкоговорителей, а не линейного уровня (как в случае с пассивными микшерами).

Mackie PPM608 (ссылка, чтобы узнать цену в Sweetwater) — популярный пример микшера с усилителем. Он имеет следующие характеристики импеданса:

  • Сопротивление:
    • Микрофонный моно вход: 3,6 кОм симметричный
    • Линейный моно вход: 20 кОм симметричный
    • Линейный моно вход, каналы 5, 6 Hi-Z: 500 кОм симметричный
    • Выходы основного и контрольного предусилителя:
      • 240 Ом симметричный
      • 120 Ом несимметричный
  • Выходы громкоговорителей:
    • Рекомендуемое сопротивление нагрузки: 4-8 Ом на канал

Mackie представлен в следующих статьях «Мой новый микрофон»:
• Лучшие мировые бренды управляющих поверхностей DAW
• Лучшие бренды микшерных панелей / консолей для домашних студий
• Лучшие бренды громкоговорителей PA, которые вы должны знать и использовать


Какие динамики лучше? 4 Ом или 8 Ом? Хотя термин «лучше» является субъективным, некоторые утверждают, что динамики с сопротивлением 4 Ом, хотя и труднее управлять и требуют более мощных усилителей, звучат лучше.Это может быть связано с тем, что большинство динамиков потребительского уровня имеют сопротивление 8 Ом для лучшей совместимости, в то время как динамики высокого класса, скорее всего, будут иметь сопротивление 4 Ом.

Могу ли я смешивать импеданс динамиков? Акустические системы с разным импедансом можно смешивать и согласовывать, если подключенный усилитель может управлять ими. Это справедливо для микширования и согласования разных динамиков с одним усилителем и подключения нескольких динамиков к одному усилителю.


Эта статья была одобрена в соответствии с редакционной политикой «Мой новый микрофон».

Импеданс усилителя | Биполярные переходные транзисторы

Входное сопротивление значительно меняется в зависимости от конфигурации схемы, показанной на рисунке ниже. Это также зависит от смещения. Не рассматриваемый здесь, входной импеданс является сложным и зависит от частоты. Для общего эмиттера и общего коллектора это сопротивление базы, умноженное на β. Базовое сопротивление может быть как внутренним, так и внешним по отношению к транзистору.

Для общего коллектора:

 R  дюйм  = βR  E  

Для схемы с общим эмиттером она немного сложнее.Нам нужно знать внутреннее сопротивление эмиттера r EE .

Это выдает:

 r  EE  = KT / I  E  m где: K = 1,38 × 10 -23  ватт-сек /  o  C, постоянная Больцмана T = температура в Кельвинах ≅300. I  E  = ток эмиттера m = изменяется от 1 до 2 для кремния R  E  ≅ 0,026 В / I  E  = 26 мВ / I  E  

Таким образом, для схемы с общим эмиттером Rin равно

 Rin = βr  EE  

В качестве примера входное сопротивление конфигурации CE со смещением 1 мА, β = 100, составляет:

   r  EE  = 26 мВ / 1 мА = 0.26 Ом  Rin = βr  EE  = 100 (26) = 2600 Ом 

Более того, более точный Rin для обычного коллектора должен был включать Re ’

 Rin = β (R  E  + r  EE ) 

Вышеприведенное уравнение также применимо к конфигурации с общим эмиттером и эмиттерным резистором.

Входное сопротивление для конфигурации с общей базой составляет Rin = r EE .

Высокий входной импеданс конфигурации с общим коллектором соответствует высоким импедансным источникам.Кристаллический или керамический микрофон — один из таких источников с высоким импедансом. Схема с общей базой иногда используется в РЧ (радиочастотных) цепях для согласования с источником с низким импедансом, например, с подводом коаксиального кабеля 50 Ом. Для источников с умеренным импедансом хорошо подходит общий эмиттер. Пример — динамический микрофон.

Выходные сопротивления трех основных конфигураций перечислены на рисунке ниже. Умеренный выходной импеданс конфигурации с общим эмиттером делает ее популярным выбором для общего использования.Низкое выходное сопротивление общего коллектора хорошо используется для согласования импеданса, например, для бестрансформаторного согласования с динамиком на 4 Ом. Похоже, что нет простых формул для выходных сопротивлений. Однако Р. Виктор Джонс разрабатывает выражения для выходного сопротивления. [RVJ]

Характеристики усилителя, адаптированные из Руководства по транзисторам GE, рисунок 1.21.

ОБЗОР:

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Как входной импеданс и выходной импеданс влияют на производительность операционного усилителя

При обсуждении операционных усилителей часто мы ссылаемся на входное сопротивление и выходное сопротивление операционного усилителя , оба из которых являются важными характеристиками, поскольку они непосредственно определяют производительность усилителя и типы нагрузок, которыми они могут управлять.В этой статье давайте подробно обсудим, как эти два параметра влияют на работу операционного усилителя и насколько важно их учитывать при проектировании схемы.

Входное сопротивление операционного усилителя

Предполагается, что входное сопротивление идеального операционного усилителя бесконечно, но в реальной жизни это не так. Каждый электрический ввод, источник или потребляет небольшое количество тока. Это можно смоделировать как резистор, подключенный параллельно входу, как показано на рисунке ниже.

На приведенной выше диаграмме входной импеданс представлен в виде резистора, поскольку в большинстве случаев это верно. Однако входы тоже имеют небольшую емкость. Это не проблема на более низких частотах, поскольку это приводит только к уменьшению времени нарастания и спада. Однако на достаточно высоких частотах эта емкость может создавать значительную нагрузку для сигналов переменного тока и препятствовать временам нарастания и спада, что также может привести к искажению сигнала.

Выходное сопротивление операционного усилителя

Идеальный усилитель должен обеспечивать подачу любого тока на любую нагрузку.Это возможно с помощью мощного выходного каскада драйвера, однако сам по себе пустой усилитель имеет некоторые ограничения с точки зрения того, какой ток он может обеспечить. Например, обычный операционный усилитель LM358 может потреблять / потреблять только 40 мА / 20 мА. Это ограничение в выходном преобразователе можно рассматривать как резистор, включенный последовательно с идеальным выходом, как показано на рисунке ниже.

Так как выходной сигнал виден только на другой стороне резистора, если выход будет перегружен слишком сильно, на резисторе произойдет значительное падение напряжения, и выходной сигнал не будет фактическим выходным сигналом, обеспечиваемым усилителем.Этому можно противодействовать, добавив выходной каскад, который дополнительно усиливает сигнал и делает его пригодным для управления большими нагрузками.

Влияние входного и выходного сопротивления на усилители

Сами по себе эти две проблемы можно преодолеть, но когда вы каскадируете каскады усилителей, это начинает становиться проблемой.

Выходное сопротивление первого усилителя и входное сопротивление второго усилителя вместе образуют делитель напряжения , который ослабляет сигнал, воспринимаемый вторым усилителем.Входная емкость второго усилителя и выходное сопротивление первого также действуют как фильтр низких частот и могут отфильтровывать более высокие частоты, которые могут быть нежелательными.

Используя концепцию делителя напряжения, формулы для входного и выходного напряжений усилителя могут быть рассчитаны с учетом усиления, полного сопротивления источника и выходного сопротивления.

  V  в  = V  источник  • (Z  в  / (R  с  + Z  в ))  

Где V в — это входное напряжение, которое видит усилитель, V источник — входное напряжение, Z в — входное сопротивление, а R s — полное сопротивление источника.

Напряжение выходной нагрузки можно рассчитать аналогично:

  V  нагрузка  = V  out  • (R  нагрузка  / (R  нагрузка  + Z  out ))  

Где V load — напряжение на нагрузке, V out — это выход усилителя, R load — сопротивление нагрузки, а Z out — выходное сопротивление усилителя.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *