Входное сопротивление
У любого электрического устройства, для работы которого требуется сигнал, имеется входное сопротивление. Точно так же, как и любое другое сопротивление, входное сопротивление устройства есть мера тока, текущего по входной цепи, когда ко входу приложено определенное напряжение.
Например, входное сопротивление 12-вольтовой осветительной лампы, потребляющей 0,5 А, равно 12/0,5 = 24 Ом. На первый взгляд, наличие в схеме конденсаторов, резисторов и полупроводниковых p-n переходов делает определение входного сопротивления трудным. Однако любую входную цепь, какой бы сложной она ни была, можно представить в виде простого импеданса (рис9.5).
Рис. 9.5. Схема с парой входных клемм, иллюстрирующая понятие входного импеданса Zin.
Если Vin — напряжение переменного входного сигнала, а Iin — переменный ток, текущий по входной цепи, то входной импеданс равен
У большинства схем входной импеданс имеет резистивный (омический) характер в широком диапазоне частот, в пределах которого сдвиг по фазе между входным напряжением и входным током пренебрежимо мал. В этом случае справедлив закон Ома и нет необходимости в алгебре комплексных чисел и в векторных диаграммах, применяемых к цепям с реактивными элементами. Важно отметить, однако, что из омического характера входного импеданса не обязательно следует возможность его измерения на постоянном токе; на пути входного сигнала могут находиться реактивные компоненты (например, разделительный конденсатор), которые несущественны в отношении переменного сигнала на средних частотах, но не позволяют проводить измерения во входной цепи на постоянном токе.
Измерение входного сопротивления
Cпособ измерения входного сопротивления показан на рис. 9.6.
Рис. 9.6. Измерение входного сопротивления
Резистор с известным сопротивлением R Ом включают между генератором и входом схемы. Затем с помощью осциллографа или вольтметра переменного напряжения с высокоомным входом измеряются напряжения V1, и V2 по обе стороны резистора R.
Если Iin — переменный входной ток (в амперах), то, согласно закону Ома, на резисторе R падает напряжение, равное
Если схема является усилителем, то V1, и V2, удобнее измерять на выходе усилителя: V1 = Vвых1/k измеряется при непосредственном подключении генератора ко входу, а V2 = Vвых2/k — при последовательном включении со входом резистора R. Поскольку в выражении для Zin присутствует отношение V1/V2, то
Пример: если включение последовательно со входом резистора с сопротивлением 10 кОм вызывает уменьшение напряжения на выходе усилителя наполовину, то V1/V2 = 2 и Zin = 10 кОм.
Выходное сопротивление
Пример, дающий представление о выходном сопротивлении: свет фар автомобиля тускнеет при работе стартера. Большой ток, потребляемый стартером, вызывает падение напряжения внутри аккумулятора, в результате чего напряжение на его клеммах уменьшается и свет фар становится менее ярким. Это падение напряжения происходит на выходном сопротивлении аккумулятора, возможно, более известном как внутреннее сопротивление или сопротивление источника. Этот пример можно распространить на все выходные цепи, включая цепи постоянного и переменного тока, у которых всегда имеется определенное выходное сопротивление, соединенное с источником напряжения.
Теорема Тевенина гласит, что каждую электрическую цепь с двумя выводами, состоящую из источников напряжения и сопротивлений, можно заменить на последовательно включенные, одно сопротивление и один источник ( рис. 9.7), где Zout — выходной импеданс, а V- выходное напряжение холостого хода, то есть напряжение на выходе разомкнутой цепи.
Рис. 9.7. Эквивалентная схема, применимая к любой паре выходных клемм в соответствии с теоремой Тевенина
Из рис. 9.7, видно, что, когда к выходным клеммам подключается резистор или входные клеммы другого устройства, часть напряжения источника V падает на внутреннем импедансе Zout . Обычно выходной импеданс схем имеет резистивный (омический) характер в широком диапазоне частот, и поэтому Zout можно заменить — выходным сопротивлением Rout.
У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад
У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад
Входное сопротивление
Реальные операционные усилители имеют конечную величину входного сопротивления. Различают входное сопротивление для дифференциального сигнала и входное сопротивление для синфазного сигнала. Их действие иллюстрируется схемой замещения входного каскада операционного усилителя, представленной на рис. 6.5. У операционных усилителей с биполярными транзисторами на входах входное сопротивление для дифференциального сигнала rD составляет несколько мегом, а входное сопротивление для синфазного сигнала rGl— несколько гигаом. Входные токи, определяемые этими сопротивлениями, имеют величину порядка нескольких наноампер.
Существенно большие значения имеют постоянные токи, протекающие через входы операционного усилителя.
Входной ток при отсутствии сигнала определяется по формуле
а входной ток смещения как
Рис 6.5 Схема замещения для дифференциального и синфазного входных сопротивлении и начального входного тока операционного усилителя
Для стандартных биполярных операционных усилителей начальный входной ток лежит в пределах от 20 до 200 нА, а для операционных усилителей с входными каскадами, выполненными на полевых транзисторах, он составляет всего несколько наноампер.
В табл. 6.1 приведены важнейшие параметры реальных операционных усилителей. Представленный в этой таблице операционный усилитель типа А 741 (фирмы-изготовители-Fairchild, National, Silicon General и др.) принадлежит к поколению дешевых операционных усилителей, выполненных по биполярной технологии, а усилитель типа LF 356 (фирмы-изготовители-National, Texas Instr., Intersil и др.) характеризует последнее поколение монолитных интегральных операционных усилителей с полевыми транзисторами во входном каскаде. На основе новейшей биполярно-полевой технологии (Bifet-Technologie) стало возможным в одном технологическом процессе создавать микросхемы как на биполярных, так и на высококачественных р-канальных полевых транзисторах с управляющим р -n-переходом В отличие от усилителей более раннего типа дрейф напряжения смещения в таких усилителях не превышает величины дрейфа в стандартных усилителях на биполярных транзисторах, а так как стоимость их примерно одинакова, то эти комбинированные операционные усилители постепенно вытесняют усилители на биполярных транзисторах.
Типовые параметры интегральных операционных усилителей без внешних обратных связей при напряжении питания ± 15 В.
Существуют также специальные операционные усилители, предназначенные для особых случаев применения, например усилители с малым дрейфом напряжения смещения или усилители с малым входным током при отсутствии сигнала Стоимость таких усилителей, как правило, значительно выше, чем стандартных усилителей. В качестве примера в табл 6 1 приведены параметры таких усилителей, в частности усилителей типа А 714 А (фирма-изготовитель — Fairchild) и типа 3528 CM (фирма-изготовитель — Burr Brown)
Схема присоединения операционных усилителей типа 741 с различными корпусами представлена на рис. 6.6. Аналогичные схемы включения имеют также большинство операционных усилителей других фирм.
Рис 6 6 Схема присоединения операционного усилителя типа 741 (вид сверху)