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.

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

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

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

−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.

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 U_вхот другого блока или от источника питания, а на его выходе появится напряжение U_вых(или не появится, если блок является конечным).

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

Теперь самое интересное… От чего зависит I_вх? 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 U_вх, подаваемое на этот блок

2)Замерить силу тока I_вх, которую потребляет наш блок

3) По закону Ома найти входное сопротивление R_вх.

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 U_R

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 R_вх=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 (E_{эквивалентное}) и с каким-то внутренним сопротивлением (R_{эквивалентное}).

E_экв– эквивалентный источник ЭДС

R_экв– 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 R_вых?

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

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 U_r 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 U_R=11,79 Вольт, следовательно, на внутреннем резисторе падение напряжения составило U_r=E-U_R=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 r_Э. 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, R_вх 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 R_вх для схемы с общим коллектором необходимо учитывать R_Э:

\(R_ = \beta (R_Э + r_Э)\)

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

Входной импеданс схемы с общей базой равен R_вх = r_Э.

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

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

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

, при R_Н = 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 R_вх и малую емкость С_вх. Но если входной сигнал подается по кабелю, то для согласования с ним требуется R_вх усилителя, равное волновому сопротивлению кабеля (обычно составляющему 75 или 50 Ом). В некоторых измерительных усилителях иногда требуется, чтобы R_вх ® 0.

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

а для максимального усиления мощности нужно выполнить равенство

Выходное сопротивление Z_вых 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 (R_Н = 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 19.07.2019

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

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.

 R  дюйм  = βR  E  

 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  

 Rin = βr  EE  

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

 Rin = β (R  E  + r  EE ) 

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

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