Чижма С.Н. - Основы схемотехники 2008, страница 9

-'.. ' Однако так же легко измерить переменный ток нельзя, в частности, в случае, когда входное сопротивление велико. Самый подходящий способ измерения входного сопротивления показан на рис.2.19 А, присутствует только отношение У,А',, коэффициент усиления не играет никакой роли, Предполагается, что при выполнении этих измерений напряжение на выходе генератора остается неизменным.

Вот очень простой пример: если включение последовательно со входом резистора с сопротивлением 1О кОм вызывает уменьшение напряжения на выходе усилителя наполовину то У, /У, = 2 и А = 10 кОм. Выходное сопротивление. Грубый пример, дающий представление о выходном сопрагивлении, такой; свет фар автомобиля чуть тускнеет прн работе стартера. Большой ток, потребляемый стартером, вызывает падение напряжения внутри аккумулятора, в результате чего напряжение на его клеммах уменьшается и свет фар становится менее ярким. Это падение напряжения происходит на выходном сопротивлении аккумулятора, возможно, более известном как внутреннее сопротивление или сопротивление источника.

Расширим это представление, распространив его на все выходные цепи, включая цепи постоянного и переменного тока, у которых всегда имеется определенное выходное сопротивление„соединенное с источником напряжения. В применимости такого простого описания даже к самым сложным схемам убеждает правило, говорящее о том, что любую цепь с сопротивлениями и источниками„имеющую две выходные клеммы, можно заманить на последовательно включенные одно сопротивление и один источник.

Здесь под словом «источник» нужно понимать идеальный компонент, вырабатывающий напряжение и продолжающий поддерживать это напряжение нснзменным даже тогда, когда от него потребляется ток. Описание выходной цепи показано на рис. 2.20, где А„, — выходной нмпеданс, а У- выходное напряжение холостого хода, то есть напряжение на выходе разомкнутой цепи. Обсуждая вопрос о входном и выходном сопротивлении, уместно обратить внимание на впервые появляющееся понятие: эквивалентная схема. Все схемы на рис.

2.18, 2.19 и 2.20 являются эквивалентными схемами. В них не обязательно агражены реальные компоненты и соединения в рассматривае- Ьнаадиай ипеда Исааиии иаира ения и ! 1 Рис. 2.20. Эквивалентная схема выходной цепи 44 мых устройствах; эти схемы являются удобным способом представления, каторый полезен лля понимания того, как ведет себя то или иное устройство. Рис. 2.20, показывает, что в случае, когда к выходным клеммам Псдключается резистор или входные клеммы другого устройства, часть :напряжения источника 11 падает на внутреннем сопротивлении источника Измерение выходного сопротивления Простой метод измерения выходного сопротивления следует из схемы на рис 2.20.

Если выходные клеммы замкнуть накоротко, изменить текущий при этом ток короткого замыкания 2, и учесть, что он совпадает с током, текущим по сопротивлению 22ам в ре'Зультатс приложения к нему напряжения У, то получим, Напряжение 12, поставляемое в схему источником, измеряется на выходных ''клеммах в режиме «холосгого хода», то есть при пренебрежимо мазом выходном токе. Таким образом, выходное сопротивление легко можно получить как ОтношЕние напряжения холостого хода к току короткого замыкания. Рассмотрев этот принципиальный метод определения выходного сопротивления, необходимо сказать, что на этом пути имеются препятствия, '::, .

присущие измерению выходного тока короткого замыкания в. большинстве :., случаев. Обычно при коротком замыкании нарушаются условия функциони. Рования схемы и нельзя получить достоверные результаты, в отдельных слу' чаях могут выйти из строя те или иные компоненты, не выдержав ненормально большую нагрузку. Простая иллюстрация неприменимости метода короткого замыкания. попробуйте измерить выходное сопротивление сети :, переменного тока! Несмотря на эти недостатки с практической точки зрения, , использование этого метода оправдано при теоретическом выводе выходно..

' Го сопротивления схемы и в дальнейшем он применяется в этой главе. Практический способ измерения выходного сопротивления показан на : .. ' рис. 2.21. Здесь выходное напряжение холостого хода измеряется вольтметром .или Осциллографом с высокоомным входом, а затем выходные клеммы шунги'.рутотся нагрузкой с известным сопротивлением К Уменьшенное выходное на'.

", пряжение при подключенной нагрузке непосредственно определяется тем же 'изыеригельнььм прибором. Значение А можно вычислить как отношение . Величины, на которую упало напряжение, к выходному току. Если ь' — это выходное напряжение холостого хода, а бл — выходное напряжение на нагрузке Л, то падение напряжения на Й„, при наличии . -. Йагрузки равно 12- Г, выходной ток при наличии нагрузки равен УЧЛ, поэтому 21 21 '~ бай,2 л (2.

23) 45 Г 1 1 1 1 1 1 лану е 1 ър 1 Рис. 2.2 !. Измерение выходного сопротивления с использованием шунтирующего резистора У = еуй /Я, Н-и и ' ' ьу ььул (2.24) Г 1 1 1 1 1 1 Нсу ннн с. ала ~н 'Рнн р нннрпе ну Насруа а унапрннер анпд успп пеплу Рис. 2.22.

Иллюстрация согласования сопротивлений между двумя устройствами 46 Согласование сопропуивлений длн опиимальной передачи напряэусения. В большинстве электронных схем рассматриваются сигналы, являющиеся напряжениями. В большинстве случаев, когда подключается одна часть схемы к другой, необходимо в максимальной степени передать напряжение при минимуме потерь. В этом и состоит требование максимальной передачи напряжения, обычно выполняющееся при согласовании сопротивлений.

Рассмотрим с учетом этого критерия принцип согласования сопротивлений. На рис. 2.22 показанье два блока, соединенные друг с другом: дкя оптимальной передачи напряжения нужно, чтобы Ь' было почти равно СУ, насколько это возможно, Напряжение су" равно: Другими словами, для возможно лучшей передачи напряжения от одной схемы к другой вьгходное сопротивление первой схемы должно быть много меньше, чем входное сопротивление второй схемы; как правило, нужно, чтобы й > 10й . Именно по этой причине применяемые для тестирования , аг вып приборы, такие как генератор, проектируются с малым выходным сопротивлением (типичное значение < 100 Ом).

С другой стороны, осциллограф, предназначенный для наблюдения напряжений в испытываемой схеме, делается с , большим входным сопротивлением (типичное значение > 1 МОаз) я ОЯ, 5Я,, !ОЯ, 15Я,и, Ооиротианение нагрузки (кратно я й Рис. 2.23. Зависасмость выходного напряжения схемы от сопротивления нагрузки Если условия оптимального согласования сопротивлений не соблюдаются и сигнал поступает на вход схемы с входным сопротивлением, сравнимым с выходным сопротивлением источника, то в самом общем случае будут ., прОисходить просто потери напряжения.

Такая ситуация возникает, когда два ':. усилительных каскада на биполярных транзисторах, подобные изображенному на рис. 11 5, соединены один вслед за другим (каскадно). Как входное, так и выходное сопротивление у такого каскада на биполярном транзисторе одного порядка (обычно несколько тысяч Ом), и это значит, что около 50 % ' напряжешая сигнала теряется на связи между каскадами С другой стороны, .. усилитель на полевом транзисторе (рис 11.13) много лучше с точки зрения ". согласования сопротивлений: у него очень большое входное сопротивление :, ,н среднее по величине выходнос сопротивление; при соединении таких кас' . -'кадов один за другим потери сигнала ничтожно малы Имеются один или два случая, когда согласование сопротивлений нуждается в особом внимании, так как слишком малое сопротивление нагрузки влняет не только на коэффициент усиления напряжения„но также и на частотную характеристику.

Это происходит, когда выходной импеданс источника ..' не вяляс гся чисто резистивным, а наоборот, представляет собой реактивное . сппретивление, и поэтому частотная характеристика изменяется Простьзм :: хцзимером служит конденсаторный микрофон, у которого выходной импеданс 47 выражается не в омах, а в пикофарадах, с типичным значением в районе 50 пФ. Для хорошего воспроизведения низких частот нужно, чтобы входное сопротивление усилителя было большим по сравнению с реактивным сопротивлением емкости 50 пФ на частотах вплоть до 20 Гц. Практически для этого требуется, чтобы входное сопротивление было порядка 200 МОм, что обычно обеспечивается усилителем на полевом транзисторе, смонтированным в корпусе микрофона.

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

Согласование сопротивлений для оптимальной передачи тока. Иногда требуется согласование сопротивлений, обеспечивающее максимальный ток во входной цепи. Обращаясь снова к рнс, 2.22, можно увидеть, что максимум входного тока 1 достигается в том случае„когда полное сопротивление в цепи выбирается возможно меньшим. Поэтому, при фиксированном Я следует стремиться к возможно меньшему значению А Эта довольно нестандартная ситуация прямо противоположна обычному случаю, когда требуется передавать напряжение.