نحوه اندازه گیری امپدانس خروجی تقویت کننده umzch بسیار خطی با امپدانس خروجی بزرگ

امپدانس ورودی و خروجی در الکترونیک بسیار مهم است.

خوب، اجازه دهید از راه دور شروع کنیم... همانطور که می دانید، همه دستگاه های الکترونیکی از بلوک تشکیل شده اند. آنها همچنین اغلب آبشار، ماژول، گره و غیره نامیده می شوند. در مقاله ما از مفهوم "بلاک" استفاده خواهیم کرد. به عنوان مثال، منبع تغذیه ای که طبق این مدار مونتاژ شده است:

از دو بلوک تشکیل شده است. آنها را با مستطیل های قرمز و سبز مشخص کردم.

در بلوک قرمز ولتاژ ثابت می گیریم و در بلوک سبز آن را تثبیت می کنیم. یعنی بلوک دیاگرام به این صورت خواهد بود:

بلوک دیاگرام یک تقسیم شرطی است. در این مثال، ما حتی می‌توانیم یک ترانسفورماتور را به عنوان یک واحد مجزا در نظر بگیریم که ولتاژ AC را از یک رتبه به رتبه دیگر کاهش می‌دهد. از آنجایی که برای ما راحت تر است، خرده چوب الکترونیکی خود را به بلوک ها تقسیم می کنیم. روش "از ساده به پیچیده" به طور کامل در دنیای ما کار می کند. در پایین ترین سطح عناصر رادیویی وجود دارد، در بالاترین یک دستگاه تمام شده، به عنوان مثال، یک تلویزیون وجود دارد.

باشه حواسمون پرت شد همانطور که می دانید، هر دستگاهی از بلوک هایی تشکیل شده است که عملکرد خاصی را انجام می دهند.

- آها! پس چه اتفاقی می افتد؟ آیا می توانم به طور احمقانه بلوک های آماده را برداریم و هر وسیله الکترونیکی که به ذهنم می رسد را اختراع کنم؟

آره! این دقیقا همان چیزی است که الکترونیک مدرن در حال حاضر به دنبال آن است؛-) میکروکنترلرها و طراحان، مانند آردوینو، انعطاف پذیری بیشتری را به تلاش های خلاقانه مخترعان جوان اضافه می کنند.

همه چیز روی کاغذ عالی به نظر می رسد، اما همیشه مشکلاتی وجود دارد که قبل از شروع به طراحی دستگاه های الکترونیکی باید بررسی شوند. برخی از این سنگریزه ها نامیده می شوند مقاومت ورودی و خروجی .

من فکر می کنم همه به یاد دارند که مقاومت چیست و چیست. اگرچه مقاومت مقاومتی دارد، اما همینطور است مقاومت فعال. سلف و خازن در حال حاضر به اصطلاح دارند راکتانس. اما چیست ? این در حال حاضر چیز جدیدی است. اگر به این عبارات گوش دهید، مقاومت ورودی مقاومت برخی از ورودی ها و مقاومت خروجی مقاومت برخی از خروجی ها است. خب، بله، همه چیز تقریباً همینطور است. و از کجا می توانیم اینها را در نمودار پیدا کنیم؟ مقاومت های ورودی و خروجی ? اما آنها در خود واحدهای رادیویی الکترونیکی "پنهان می شوند".

امپدانس ورودی

بنابراین، ما یک بلوک داریم. همانطور که در سراسر جهان مرسوم است، در سمت چپ ورودی بلوک، در سمت راست خروجی است.

همانطور که انتظار می رود، این بلوک در نوعی دستگاه رادیو الکترونیکی استفاده می شود و عملکردی را انجام می دهد. این بدان معناست که مقداری ولتاژ ورودی به ورودی آن وارد می شود U دراز یک واحد دیگر یا از یک منبع تغذیه، و ولتاژ در خروجی آن ظاهر می شود تو بیرون(یا اگر بلوک محدود باشد ظاهر نمی شود).

اما از آنجایی که به ورودی ولتاژ اعمال می کنیم (ولتاژ ورودی U در)، بنابراین، این بلوک مقداری جریان مصرف می کند من در

حالا جالب ترین چیز... به چه چیزی بستگی دارد؟ من ورودی? به طور کلی، قدرت جریان در یک مدار به چه چیزی بستگی دارد؟ بیایید قانون اهم را برای بخشی از مدار به یاد بیاوریم:

این بدان معنی است که قدرت فعلی ما به ولتاژ و مقاومت بستگی دارد. بیایید فرض کنیم که ولتاژ ما تغییر نمی کند، بنابراین، قدرت جریان در مدار به ... RESISTANCE بستگی دارد. اما کجا می توانیم آن را پیدا کنیم؟ و در خود آبشار پنهان می شود و نامیده می شود امپدانس ورودی .

یعنی با جدا کردن چنین بلوکی می توانیم این مقاومت را در داخل آن پیدا کنیم؟ البته که نه). نوعی مقاومت عناصر رادیویی است که مطابق مدار این بلوک متصل شده اند. فقط بگوییم مقاومت کامل.

نحوه اندازه گیری امپدانس ورودی

همانطور که می دانیم، هر بلوک با نوعی سیگنال از بلوک قبلی تامین می شود یا حتی می تواند از شبکه یا باتری تغذیه شود. چه می توانیم بکنیم؟

1) ولتاژ Uin عرضه شده به این بلوک را اندازه گیری کنید

2) جریان Iin که واحد ما مصرف می کند را اندازه گیری کنید

3) با استفاده از قانون اهم، مقاومت ورودی Rin را پیدا کنید.

اگر مقاومت ورودی شما بسیار زیاد است، برای اندازه گیری دقیق آن از این مدار استفاده کنید.

من و شما می دانیم که اگر مقاومت ورودی ما بزرگ باشد، جریان ورودی در مدار بسیار کوچک خواهد بود (از قانون اهم).

افت ولتاژ در مقاومت آربیایید آن را به عنوان نشان دهیم یو آر

از همه اینها می گیریم ...

وقتی این اندازه گیری ها را انجام می دهیم، به خاطر داشته باشید که ولتاژ خروجی ژنراتور نباید تغییر کند!

بنابراین، بیایید محاسبه کنیم که چه نوع مقاومتی را باید انتخاب کنیم تا بتوانیم این مقاومت ورودی را تا حد امکان دقیق اندازه گیری کنیم. فرض کنید که یک امپدانس ورودی داریم رین = 1 مگا اهم، و مقاومت را گرفت R=1 کیلو اهم. اجازه دهید ژنراتور ولتاژ ثابت تولید کند U=10 ولت. در نتیجه مداری با دو مقاومت بدست می آید. قانون تقسیم کننده ولتاژ می گوید: مجموع افت ولتاژ در تمام مقاومت های مدار برابر با emf ژنراتور است.

نتیجه یک مدار است:

جریان مدار را بر حسب آمپر محاسبه می کنیم

به نظر می رسد که افت ولتاژ در سراسر مقاومت آردر ولت خواهد بود:

تقریباً 0.01 ولت. بعید است که بتوانید چنین ولتاژ کوچکی را در چینی خود به دقت اندازه گیری کنید.

نتیجه از این چیست؟ برای اندازه‌گیری دقیق‌تر مقاومت ورودی بالا، لازم است یک مقاومت اضافی با مقدار بسیار زیاد نیز گرفته شود.در این مورد، قانون شنت کار می کند: در مقاومت بالاتر، ولتاژ بزرگتر افت می کند و برعکس، در مقاومت کمتر، ولتاژ کمتر کاهش می یابد.

اندازه گیری امپدانس ورودی در عمل

خوب، تمام شد، پارکینگ تمام شد ;-). اکنون در عمل سعی می کنیم امپدانس ورودی یک دستگاه را اندازه گیری کنیم. نگاهم بلافاصله به ترانزیستور متر افتاد. بنابراین ولتاژ کار این ترانزیستور متر را روی منبع تغذیه قرار می دهیم یعنی 9 ولت و در حالت روشن، جریان مصرفی را اندازه گیری می کنیم. نحوه اندازه گیری جریان در مدار را در این مقاله بخوانید. با توجه به نمودار، همه چیز به این صورت خواهد بود:

اما در واقعیت به این صورت است:

بنابراین، ما 22.5 میلی آمپر دریافت کردیم.

اکنون، با دانستن مقدار جریان مصرف شده، می توانید مقاومت ورودی را با استفاده از این فرمول پیدا کنید:

ما گرفتیم:

امپدانس خروجی

یک مثال برجسته از مقاومت خروجی، قانون اهم برای یک مدار کامل است که در آن به اصطلاح "مقاومت داخلی" وجود دارد. برای کسانی که برای خواندن این قانون تنبل هستند، اجازه دهید به طور خلاصه به آن در اینجا نگاه کنیم.

چه داشتیم؟ ما یک باتری ماشین داشتیم که از آن برای روشن کردن یک لامپ هالوژن استفاده می کردیم. قبل از اتصال لامپ، ولتاژ را در پایانه های باتری اندازه گیری کردیم:

و به محض اینکه لامپ را وصل کردیم، ولتاژ باتری کمتر شد.

اختلاف ولتاژ، یعنی 0.3 ولت (12.09-11.79) در مقاومت داخلی به اصطلاح کاهش یافت. r;-) همین است مقاومت خروجی. همچنین نامیده می شود مقاومت منبع یا مقاومت معادل .

تمام باتری ها این مقاومت داخلی را دارند r، و به صورت سری به منبع EMF می چسبد ( E).

اما آیا فقط باتری های قابل شارژ و باتری های مختلف دارای امپدانس خروجی هستند؟ نه فقط. همه منابع تغذیه دارای امپدانس خروجی هستند. این می تواند منبع تغذیه، مولد فرکانس یا هر تقویت کننده باشد.

قضیه تیونین (به طور خلاصه، او بسیار باهوش بود) می‌گوید که هر مداری که دارای دو پایانه باشد و حاوی دسته‌ای از منابع EMF مختلف و مقاومت‌هایی با مقادیر مختلف باشد، می‌تواند احمقانه به یک منبع EMF با مقداری ولتاژ منتقل شود. معادل E) و با نوعی مقاومت داخلی ( معادل R).

معادله E– منبع EMF معادل

معادله R- مقاومت معادل

یعنی معلوم می شود که اگر هر منبع ولتاژی بار را تغذیه کند، به این معنی است که یک EMF و یک مقاومت معادل در منبع ولتاژ وجود دارد که به نام ولتاژ نیز شناخته می شود.

در حالت بیکار (یعنی زمانی که هیچ باری به پایانه های خروجی متصل نیست)، با استفاده از یک مولتی متر می توانیم EMF را اندازه گیری کنیم ( E ). اندازه گیری EMF واضح به نظر می رسد، اما در اینجا نحوه اندازه گیری آن آمده است R بیرون?

در اصل امکان ایجاد یک اتصال کوتاه وجود دارد. یعنی پایانه های خروجی را با یک سیم مسی ضخیم اتصال کوتاه کنید تا جریان اتصال کوتاه از آن عبور کند. من کوتاهم.

در نتیجه یک مدار بسته با یک مقاومت بدست می آوریم. از قانون اهم این را در می یابیم

اما یک گرفتاری جزئی وجود دارد. از نظر تئوری، فرمول صحیح است. اما در عمل من استفاده از این روش را توصیه نمی کنم. در این حالت جریان به یک مقدار دیوانه کننده می رسد و به طور کلی کل مدار رفتار نامناسبی دارد.

اندازه گیری مقاومت خروجی در عمل

راه دیگری و مطمئن‌تر وجود دارد. من خودم را تکرار نمی کنم، فقط قانون اهم را از مقاله برای یک مدار کامل کپی می کنم، جایی که مقاومت داخلی باتری را پیدا کردیم. در آن مقاله، ما یک لامپ هالوژن را به باتری وصل کردیم که بار آن بود آر. در نتیجه جریان الکتریکی از مدار عبور کرد. ولتاژ در سراسر لامپ و مقاومت داخلی کاهش یافت که مجموع آن برابر با EMF بود.

بنابراین، ابتدا ولتاژ باتری را بدون لامپ اندازه گیری می کنیم.

از آنجایی که در این حالت مدار باز است (بار خارجی وجود ندارد)، بنابراین قدرت جریان در مدار است منبرابر با صفر است. این به این معنی است که ولتاژ در مقاومت داخلی کاهش می یابد یو آرنیز برابر با صفر خواهد بود. در نتیجه فقط منبع EMF باقی می ماند که ولتاژ را از آن اندازه گیری می کنیم. در مورد ما E=12.09 ولت.

به محض اینکه بار را وصل کردیم، ولتاژ بلافاصله در مقاومت داخلی و بار کاهش یافت، در این مورد لامپ:

اکنون تحت بار (روی هالوژن) ولتاژ ما کاهش یافته است U R = 11.79ولت، بنابراین، افت ولتاژ در سراسر مقاومت داخلی بود U r =E-U R =12.09-11.79=0.3ولتا قدرت جریان در مدار برابر است با I=4.35آمپر همانطور که قبلاً گفتم، EMF ما برابر است E=12.09ولت بنابراین، از قانون اهم برای یک مدار کامل، مقدار مقاومت داخلی ما را محاسبه می کنیم r:

نتیجه

امپدانس ورودی و خروجی مراحل (واحد) در الکترونیک نقش بسیار مهمی دارد. زمانی که مدارهای رادیویی-الکترونیکی را در نظر بگیریم، در این مورد متقاعد خواهیم شد. همچنین سعی می کنند تمام ولت مترها و اسیلوسکوپ های باکیفیت را با امپدانس ورودی بسیار بالا بسازند تا تاثیر کمتری روی سیگنال اندازه گیری شده داشته باشد و دامنه آن کم نشود.

با مقاومت خروجی همه چیز بسیار جالب تر است. هنگامی که یک بار با مقاومت کم را وصل می کنیم، هر چه مقاومت داخلی بیشتر باشد، ولتاژ در مقاومت داخلی بیشتر کاهش می یابد. یعنی ولتاژ کمتری به بار وارد می شود، زیرا اختلاف روی مقاومت داخلی رسوب می کند. بنابراین، سعی می شود منابع تغذیه با کیفیت بالا، مانند منبع تغذیه یا ژنراتور فرکانس، با کمترین مقاومت خروجی ساخته شوند تا هنگام اتصال یک بار با امپدانس پایین، ولتاژ خروجی "افت نکند". حتی اگر افت قابل توجهی داشته باشد، می‌توانیم با تنظیم ولتاژ خروجی که در هر منبع برق معمولی موجود است، آن را به صورت دستی اصلاح کنیم. برخی منابع این کار را به صورت خودکار انجام می دهند.

مهمترین شاخص های فنی تقویت کننده عبارتند از:

فاکتورهای افزایش (ولتاژ، جریان و توان)، مقاومت ورودی و خروجی، توان خروجی، راندمان، ولتاژ ورودی نامی (حساسیت)، محدوده فرکانس‌های تقویت‌شده، دامنه دینامیکی دامنه‌ها و سطح خود تداخل، و همچنین شاخص‌های غیرخطی، فرکانس و اعوجاج فاز سیگنال تقویت شده

عوامل به دست آوردن. افزایش ولتاژ یا به سادگی افزایش به ، کمیتی است که نشان می دهد چند برابر ولتاژ سیگنال در خروجی تقویت کننده بیشتر از ورودی آن است:

به = .

به دست آوردن ارزش به برای تقویت کننده های ولتاژ مختلف می تواند در حد ده ها و صدها باشد. اما در برخی موارد این برای به دست آوردن سیگنال دامنه مورد نیاز در خروجی تقویت کننده کافی نیست. سپس آنها به اتصال متوالی تعدادی از مراحل تقویت متوسل می شوند:

K = K 1∙ به 2 ∙ ک n

بهره یک کمیت بدون بعد است. با توجه به اینکه در مدارهای تقویت مدرن، ضریب بیان شده در واحدهای بدون بعد، عددی نسبتاً دست و پا گیر است، روشی برای بیان خواص تقویت در واحدهای لگاریتمی در الکترونیک رایج شده است - دسی بل (دسی بل). بهره، بیان شده در دسی بل، برابر است با

به = 20ال جی = 20ال جیبه

انتقال معکوس از دسی بل به کمیت بدون بعد با استفاده از عبارت انجام می شود

K =
.

اگر قبول کنیم به = 1، سپس

K =
= 10= 1,12.

بنابراین، اگر ولتاژ خروجی تقویت کننده 1.12 برابر (12%) بیشتر از ولتاژ ورودی باشد، بهره برابر با یک دسی بل است. بهره تقویت‌کننده چند مرحله‌ای که بر حسب دسی بل بیان می‌شود، مجموع بهره‌های تک مرحله‌ای تقویت‌کننده است که در واحدهای مشابه بیان می‌شود:

20ال جیبه = 20ال جیبه 1 + 20ال جیبه 2 + …+20ال جیبه n

علاوه بر بهره ولتاژ از بهره جریان و توان استفاده می شود که می تواند بر حسب دسی بل نیز بیان شود. به عنوان مثال، اگر قدرت سیگنال در ورودی تقویت کننده بود آر vkh و سپس به افزایش یافت آرخروجی، سپس افزایش توان بر حسب دسی بل را می توان با استفاده از فرمول پیدا کرد

.

لازم به یادآوری است که برای رفتن به دسی بل، ضریب 10 برای لگاریتم نسبت توان و ضریب 20 برای لگاریتم نسبت ولتاژ یا جریان تنظیم می شود. این با این واقعیت توضیح داده می شود که توان متناسب با مربع ولتاژ یا مربع جریان

.

مقاومت ورودی و خروجی

تقویت کننده را می توان یک شبکه چهار پایانه فعال در نظر گرفت که منبع سیگنال تقویت شده به پایانه های ورودی آن و مقاومت بار به پایانه های خروجی متصل می شود. شکل یکی از مدارهای معادل ممکن مرحله تقویت کننده را نشان می دهد. منبع سیگنال ورودی به عنوان یک ژنراتور ولتاژ با emf نشان داده می شود. Eورودی دارای مقاومت داخلی آرد) در سمت خروجی، تقویت کننده به صورت یک ژنراتور ولتاژ با emf ارائه شده است. Eخروجی و مقاومت داخلی آربیرون تقویت کننده به طور همزمان یک بار برای منبع سیگنال و یک منبع سیگنال برای یک بار خارجی است. آر n، و بار تقویت کننده می تواند نه تنها دستگاه ترمینال (مصرف کننده)، بلکه ورودی مرحله تقویت کننده بعدی باشد.

امپدانس ورودی یک تقویت کننده در هر صورت مقاومت بین پایانه های ورودی تقویت کننده است. برابر است

امپدانس خروجی آرخروجی بین پایانه های خروجی تقویت کننده با مقاومت بار خاموش تعیین می شود آر n

بسته به نسبت مقاومت داخلی منبع آر g و امپدانس ورودی تقویت کننده آرمنبع سیگنال ورودی می تواند در حالت زیر کار کند:

حرکت بیکار (آرورودی >> آرز) مدار کوتاه (آرکه در<< آرز) هماهنگ سازی(آردر ≈ آرز).

حالت های عملیاتی مشابه برای مدار خروجی امکان پذیر است:

(آر n >> آرخارج) – بیکار؛ ( آر n<< آرخروجی) - اتصال کوتاه؛ ( آر n >> آرخارج) – هماهنگی.

مطابق با این، حالت های تقویت ولتاژ، جریان و توان برای مدارهای ورودی و خروجی متمایز می شوند.

قبل از بررسی بلندگوها، بلندگوها یا هدفون‌ها، مطمئن شوید که آمپلی‌فایر شما (چه ثابت، چه در بلندگوهای فعال یا کارت صدای کامپیوتر) دارای مشخصات فنی (پارامتر) کافی باشد. آن ها چقدر ساده و گسترده است پاسخ فرکانس، آیا او می تواند همه چیز را بدهد فرکانس هابا همان سطح، بدون چرخش فرکانس پایین (که اغلب مشکل تقویت کننده های با کیفیت پایین است).

در همان زمان، می توانید تعیین کنید که آیا اعلام شده سازنده را توسعه می دهد یا خیر حداکثر قدرت(Pmax) و چه چیزی امپدانس خروجی(مسیر) دارد.

روش بررسی پاسخ دامنه فرکانس

برای اندازه گیری پاسخ دامنه فرکانس ( پاسخ فرکانس) به یکی از کانال ها (چپ یا راست)، به جای بلندگو، تقویت کننده را با هادی هایی با مقاومت 5-10 اهم وصل کنید. یک ولت متر AC را به صورت موازی با مقاومت وصل کنید (یک ولت متر دیجیتال در این مورد راحت تر از یک اشاره گر است) و با ارسال سیگنال از رایانه مولد فرکانس صوتی(22 کیلوبایت) در فرکانس 1000 هرتز، از کنترل صدا برای تنظیم ولتاژ خروجی، به عنوان مثال 1 ولت (1000 میلی ولت) استفاده کنید، سپس، بدون تغییر سطح سیگنال، فرکانس ژنراتور را کاهش دهید (در محدوده 1000). -100 هرتز با دکمه "-100"، در محدوده 100-20 هرتز دکمه "-10") از 1000 هرتز شروع می شود. و تا 20 هرتز فراگیر (در این مورد، کنترل های تن روی تقویت کننده باید در موقعیت وسط یا خاموش باشند، یعنی پاسخ فرکانس آن باید مستقیم (افقی) باشد.

ولتاژ خروجی تقویت کننده نباید بیش از 2 ± دسی بل (یا 1.25 برابر) تغییر کند، اما کمتر بهتر است (در مورد ما باید بین 0.8-1.25 ولت یا 800 -1250 میلی ولت باشد). گزینه ایده آل این است که همه فرکانس ها در یک سطح خروجی باشند.

خوب، اگر افت ولتاژ در فرکانس های پایین 2 بار یا بیشتر باشد، که مربوط به 6 دسی بل یا بیشتر است (یعنی ولتاژ به 0.5 ولت یا کمتر کاهش می یابد)، در این صورت اسپیکرهای شما هرگز نمی توانند با تمام شکوه خود صدا داشته باشند. علاوه بر این، اگر پاسخ تقویت کننده غیر خطی باشد، نمی توانید فرکانس رزونانس بلندگوها را به طور دقیق تعیین کنید. نمونه ای از چنین پاسخ فرکانسی غیرخطی در شکل سمت چپ نشان داده شده است (به منحنی آبی مراجعه کنید).

کانال دوم آمپلی فایر نیز به همین ترتیب بررسی می شود. اگر سیگنال در فرکانس های پایین به طور قابل توجهی کاهش یابد، توصیه می شود تقویت کننده را به تقویت کننده بهتر تغییر دهید.

اندازه گیری امپدانس خروجی تقویت کننده

ضریب میرایی و اعوجاج درون مدولاسیون به مقاومت خروجی بستگی دارد و همچنین مستقیماً بر ضریب کیفیت کلی سیستم تأثیر می گذارد. امپدانس خروجی تقویت کننده قدرت باید در محدوده 1/10-1/1000 مقاومت بار باشد و برای تقویت کننده های مدرن در حد 0.01-0.1 اهم است.

برای اندازه گیری آن به عنوان بار تقویت کننده، هادی هایی با مقاومت 4 یا 8 اهم از توان مناسب وصل کنید. یک ولت متر AC را به موازات خروجی تقویت کننده وصل کنید (یک دیجیتال در این مورد راحت تر از یک اشاره گر است) و پس از ارسال سیگنال از رایانه مولد فرکانس صوتی(22 کیلوبایت) در فرکانس 1000 هرتز، از کنترل صدا برای تنظیم ولتاژ خروجی در محدوده 1 تا 5 ولت استفاده کنید.

ابتدا باید ولتاژ خروجی تقویت کننده را در حالت بیکار (بدون بار) اندازه گیری کنید. سپس همین کار را انجام دهید و آن را روی یک مقاومت بارگذاری کنید. تمام مقادیر، از جمله Rload، باید تا حد امکان دقیق اندازه گیری شوند. مقاومت خروجی با فرمول محاسبه می شود
مسیر=[(Uхх/Uload)-1]×Rload یا
مسیر=[(Uхх-Uload)/Uload]×Rload. مثال: [(5-4.9)/4.9]×8=0.163 اهم.

به این ترتیب می توانید امپدانس خروجی را در کانال دوم و در هر فرکانسی تعیین کنید.

اندازه گیری حداکثر توان

برخی از کاربران می‌خواهند بدانند که تقویت‌کننده‌هایشان واقعاً چه مقدار نیرو به بار می‌رسانند، بدون اینکه به ویژگی‌های اعلام‌شده توسط سازندگان اعتماد کنند. می توان آن را انجام داد، اما شما نیاز دارید:

1. مقاومت بار قدرتمند
2. مولد فرکانس صوتی
3. ولت متر AC
4. اسیلوسکوپ

سخت ترین کار این است که خودتان یک مقاومت بار قوی بخرید یا بسازید و یک اسیلوسکوپ پیدا کنید. به عنوان آخرین راه حل، می توانید از یک کامپیوتر یا لپ تاپ با برنامه Virtual Oscilloscope از (حجم 0.3 مگابایت) به عنوان اسیلوسکوپ استفاده کنید. شرح مفصلی از عملکرد آن و یک نمودار آداپتور (یک تقسیم کننده ولتاژ برای تطبیق ورودی کارت صدای رایانه با منبع ولتاژ مورد آزمایش) در راهنمای برنامه موجود است. مقاومت را می توان از مارپیچ آهنی باستانی، اجاق گاز برقی یا بخاری فن ساخته شد.

در یکی از کانال ها (چپ یا راست)، به جای بلندگو به عنوان بار تقویت کننده، هادی هایی را با مقاومت متناسب با مقاومت بار محاسبه شده تقویت کننده خود وصل کنید. در دستورالعمل تجهیزات نشان داده شده است و معمولاً 8 یا 4 اهم است. قدرت مقاومت باید به اندازه ای باشد که در حین کار نسوزد، یعنی. کمتر از توان خروجی مورد انتظار تقویت کننده نیست (اگر تقویت کننده 100 وات در هر کانال ذکر شده باشد، قدرت مقاومت باید 100 وات یا بیشتر باشد).

به موازات مقاومت، یک ولت متر AC (ترجیحاً یک عدد سنج، مقدار ولتاژ موثر را نشان می دهد) و همچنین یک اسیلوسکوپ و ارسال سیگنال از رایانه وصل کنید. مولد فرکانس صوتی(22 کیلوبایت) در فرکانس 1000 هرتز، از کنترل صدا برای تنظیم ولتاژ خروجی، به عنوان مثال 1 ولت (1000 میلی ولت) استفاده کنید. شکل سیگنال را روی یک اسیلوسکوپ مشاهده کنید، سپس، بدون تغییر فرکانس، دامنه سیگنال را افزایش دهید.

موج سینوسی افزایش می یابد ارتفاع، بدون اینکه شکل خود را مخدوش کند، اما در یک نقطه گیر می کند، همانطور که بود، روی "سقف و کف" قرار می گیرد، به جای گرد شدن، قسمت های بالایی و/یا پایینی آن افقی می شوند، همانطور که در شکل سمت راست، یعنی دامنه سیگنال شروع به محدود شدن خواهد کرد. دامنه را کاهش دهید تا سیگنال در آستانه قطع شدن باشد (هنوز شکل گرد را حفظ کنید). ولتاژ نشان داده شده در این لحظه روی ولت متر برابر با Umax است. با استفاده از فرمول P=U²/R، حداکثر توان تقویت کننده را محاسبه کنید.

برای مثال Umax=21v. R=4 ساعت Pmax=21²/4=110 وات. اگر R = 8 اهم، Pmax = 55 وات.

به همین ترتیب، می‌توانید حداکثر توان خروجی را در فرکانس پایین‌تر پاسخ فرکانسی تقویت‌کننده (20 هرتز)، یا در فرکانس پایین‌تر محدوده فرکانس مشخص شده برای بلندگوهای خود، مثلاً 40، 45 یا 50 هرتز، بررسی کنید. محدودیت دامنه سینوسی در حالت ایده آل باید کاملاً به صورت متقارن در هر دو نیم موج سیگنال رخ دهد.

به طور مشابه، توان را در کانال دوم تقویت کننده اندازه گیری کنید.

پسندیدن

برو بیرونبه فهرست مطالب

حق چاپ © Poluboyartsev A.V.

معمولاً به موضوع تطبیق مقاومت توجه کافی نمی شود. هدف این بخش تشریح اصول و تمرین تطبیق امپدانس است.

امپدانس ورودی هر وسیله الکتریکی که برای کار کردن به سیگنال نیاز دارد دارای امپدانس ورودی است. درست مانند هر مقاومت دیگری (به ویژه مقاومت در مدارهای DC)، مقاومت ورودی یک دستگاه اندازه گیری جریانی است که از مدار ورودی در هنگام اعمال ولتاژ خاصی به ورودی می گذرد.

به عنوان مثال، امپدانس ورودی یک لامپ 12 ولتی که 0.5 A مصرف می کند، 12/0.5 = 24 اهم است. یک لامپ یک مثال ساده از مقاومت است، زیرا می دانیم که چیزی جز یک رشته در آن وجود ندارد. از این منظر، امپدانس ورودی مداری مانند تقویت کننده ترانزیستور دوقطبی ممکن است تا حدودی پیچیده تر به نظر برسد. در نگاه اول وجود خازن ها، مقاومت ها و اتصالات p-n نیمه هادی در مدار، تعیین مقاومت ورودی را دشوار می کند. با این حال، هر مدار ورودی، مهم نیست که چقدر پیچیده باشد، می تواند به عنوان یک امپدانس ساده نشان داده شود، همانطور که در شکل 2.18 انجام شده است. اگر UВХ ولتاژ سیگنال ورودی متناوب باشد و IВХ جریان متناوبی است که از مدار ورودی می گذرد، امپدانس ورودی برابر است با ZВХ = UВХ/IВХ [اهم].

برای اکثر مدارها، امپدانس ورودی مقاومتی (اهمی) در محدوده فرکانس وسیعی است که در آن تغییر فاز بین ولتاژ ورودی و جریان ورودی ناچیز است. در این حالت، مدار ورودی مانند شکل 1 به نظر می رسد. 2.19، قانون اهم معتبر است و نیازی به جبر اعداد مختلط و نمودارهای برداری اعمال شده در مدارهای دارای عناصر راکتیو نیست.

شکل 2.18. مدار با یک جفت پایانه ورودی که مفهوم امپدانس ورودی ZBX را نشان می دهد

با این حال، توجه به این نکته مهم است که ماهیت اهمی امپدانس ورودی لزوماً به این معنی نیست که می توان آن را در DC اندازه گیری کرد. ممکن است اجزای واکنشی در مسیر سیگنال ورودی (مانند خازن کوپلینگ) وجود داشته باشد که برای سیگنال AC در فرکانس‌های متوسط ​​بی‌اهمیت باشند، اما اجازه اندازه‌گیری روی هدف ورودی DC را نمی‌دهند. بر اساس موارد فوق، با بررسی بیشتر فرض می کنیم که امپدانس کاملاً ماهیت اهمی دارد و Z = R است.

اندازه گیری مقاومت ورودی ولتاژ ورودی را می توان به راحتی با استفاده از یک اسیلوسکوپ یا یک ولت متر AC اندازه گیری کرد. با این حال، اندازه گیری جریان متناوب به این راحتی امکان پذیر نیست، به خصوص زمانی که مقاومت ورودی بالا باشد. مناسب ترین روش برای اندازه گیری مقاومت ورودی در شکل 2.19 نشان داده شده است.

شکل 2.19. اندازه گیری امپدانس ورودی

یک مقاومت با مقاومت شناخته شده R بین ژنراتور و ورودی مدار مورد مطالعه متصل می شود. سپس، با استفاده از یک اسیلوسکوپ یا یک ولت متر ولتاژ متناوب با ورودی با مقاومت بالا، ولتاژهای U1 و U2 در دو طرف مقاومت R اندازه گیری می شوند. اگر IВХ یک جریان ورودی متناوب باشد، طبق قانون اهم، ولتاژ کاهش می یابد. در سراسر مقاومت برابر با U1 - U2 = RIВХ. از این رو I ВХ = (U1 - U2)/R، R ВХ = U2 / R. بنابراین اگر مدار مورد مطالعه تقویت‌کننده باشد، اغلب راحت‌ترین راه برای تعیین U1 و U2 با انجام اندازه‌گیری‌ها در خروجی تقویت‌کننده است: U1 زمانی اندازه‌گیری می‌شود که ژنراتور مستقیماً به ورودی متصل است، و U2 هنگام اتصال در ورودی اندازه‌گیری می‌شود. سری با ورودی مقاومت R. از آنجایی که عبارت RВХ فقط حاوی نسبت U1/U2 است، بهره هیچ نقشی ندارد. فرض بر این است که ولتاژ در خروجی ژنراتور هنگام انجام این اندازه‌گیری‌ها ثابت می‌ماند. در اینجا یک مثال بسیار ساده آورده شده است: اگر اتصال یک مقاومت با مقاومت 10 کیلو اهم به صورت سری با ورودی باعث کاهش ولتاژ در خروجی تقویت کننده به نصف شود، U1 / U2 = 2 و RВХ = 10 کیلو اهم.

امپدانس خروجی مثالی که ایده‌ای از مقاومت خروجی ارائه می‌کند این است: چراغ‌های جلوی خودرو هنگام کار استارت کمی کم‌نور می‌شوند. جریان بالایی که توسط استارت کشیده می شود باعث افت ولتاژ داخل باتری می شود و باعث می شود ولتاژ در پایانه های آن کاهش یابد و نور چراغ های جلو کمتر شود. این افت ولتاژ در مقاومت خروجی باتری رخ می دهد که شاید بهتر به عنوان مقاومت داخلی یا منبع شناخته شود.

بیایید این ایده را گسترش دهیم تا تمام مدارهای خروجی، از جمله مدارهای DC و AC، که همیشه مقاومت خروجی مشخصی به منبع ولتاژ متصل هستند، در بر گیرد. کاربرد چنین توصیف ساده ای حتی برای پیچیده ترین مدارها با این قاعده تأیید می شود که هر مداری با مقاومت ها و منابع که دارای دو ترمینال خروجی است می تواند با یک مقاومت و یک منبع متصل به صورت سری جایگزین شود. در اینجا، کلمه "منبع" باید به عنوان یک جزء ایده آل درک شود که ولتاژ تولید می کند و حتی زمانی که جریان از آن گرفته می شود، این ولتاژ را ثابت نگه می دارد. شرح مدار خروجی در شکل نشان داده شده است. 2.20، جایی که ROUT امپدانس خروجی است و U ولتاژ خروجی مدار باز است، یعنی ولتاژ در خروجی مدار باز.

شکل 2.20. مدار معادل مدار خروجی

هنگام بحث در مورد مقاومت ورودی و خروجی، مناسب است به مفهومی که برای اولین بار ظاهر می شود توجه شود: مدار معادل. تمام نمودارها در شکل 2.18، 2.19 و 2.20 مدارهای معادل هستند. آنها لزوماً منعکس کننده اجزاء و اتصالات واقعی در دستگاه های مورد نظر نیستند. این نمودارها نمایش مناسبی هستند که برای درک نحوه رفتار یک دستگاه مفید است.

برنج. 2.20 نشان می دهد که در موردی که یک مقاومت یا پایانه های ورودی دستگاه دیگر به پایانه های خروجی متصل می شود، بخشی از ولتاژ منبع U در مقاومت داخلی منبع کاهش می یابد.

اندازه گیری مقاومت خروجی یک روش ساده برای اندازه گیری مقاومت خروجی از نمودار شکل 2.20 نشان داده شده است. اگر پایانه های خروجی اتصال کوتاه دارند، جریان اتصال کوتاه ISC را تغییر دهید و در نظر بگیرید که با جریانی که از مقاومت ROUT در نتیجه اعمال ولتاژ U به آن می گذرد، منطبق است، سپس به دست می آوریم: ROUT = U/ISC. . ولتاژ U ارائه شده به مدار توسط منبع در پایانه های خروجی در حالت "بدون بار" اندازه گیری می شود، یعنی در یک جریان خروجی ناچیز. بنابراین، امپدانس خروجی را می توان به راحتی به عنوان نسبت ولتاژ مدار باز به جریان اتصال کوتاه به دست آورد.

با در نظر گرفتن این روش اساسی برای تعیین مقاومت خروجی، باید گفت که در این راه موانعی در اندازه گیری جریان اتصال کوتاه خروجی در بیشتر موارد وجود دارد. معمولاً در طول یک اتصال کوتاه، شرایط عملکرد مدار نقض می شود و نمی توان نتایج قابل اعتمادی به دست آورد. در برخی موارد، برخی از اجزاء ممکن است از کار بیفتند و قادر به تحمل بار غیرعادی بزرگ نباشند. یک تصویر ساده از عدم کاربرد روش اتصال کوتاه: سعی کنید امپدانس خروجی شبکه AC را اندازه گیری کنید! علیرغم این کاستی ها از نقطه نظر عملی، استفاده از این روش در استنباط تئوری امپدانس خروجی مدار موجه است و در ادامه این فصل مورد استفاده قرار می گیرد.

یک روش عملی برای اندازه گیری مقاومت خروجی در شکل 2.21 نشان داده شده است. در اینجا، ولتاژ خروجی مدار باز توسط یک ولت متر یا اسیلوسکوپ با ورودی با مقاومت بالا اندازه گیری می شود، و سپس پایانه های خروجی با باری با مقاومت شناخته شده R دور می زنند. ولتاژ خروجی کاهش یافته با یک بار متصل مستقیماً توسط همان ابزار اندازه گیری مقدار ROUT را می توان به عنوان نسبت مقدار کاهش ولتاژ به جریان خروجی محاسبه کرد.

شکل 2.21. اندازه گیری مقاومت خروجی با استفاده از یک مقاومت شنت

اگر U ولتاژ خروجی بدون بار باشد و U1 ولتاژ خروجی در بار R باشد، افت ولتاژ در ROUT زمانی که بار وجود دارد برابر است با U-U1، جریان خروجی زمانی که بار وجود دارد برابر است با U1/R، بنابراین ROUT = R(U - U1) / U1 تطبیق مقاومت برای انتقال بهینه ولتاژ. بیشتر مدارهای الکترونیکی سیگنال ها را ولتاژ می دانند. در اغلب موارد، هنگام اتصال یک قسمت از یک مدار به دیگری، لازم است حداکثر ولتاژ با حداقل تلفات منتقل شود. این نیاز برای حداکثر انتقال ولتاژ است که معمولاً هنگام تطبیق مقاومت ها برآورده می شود. با در نظر گرفتن این معیار، اجازه دهید اصل تطابق مقاومت را در نظر بگیریم.

شکل 2.22 دو بلوک متصل به یکدیگر را نشان می دهد: برای انتقال ولتاژ بهینه، لازم است که UВХ تا آنجا که ممکن است تقریباً برابر با U باشد. ولتاژ UIN برابر است با: UIN = URIN / ROUT + RIN و UIN≈U، RIN >> ROUT

شکل 2.22. تصویر تطبیق مقاومت بین دو دستگاه

به عبارت دیگر، برای انتقال بهتر ولتاژ از یک مدار به مدار دیگر، مقاومت خروجی مدار اول باید بسیار کمتر از مقاومت ورودی مدار دوم باشد. به عنوان یک قاعده، شما به RIN> 10ROUT نیاز دارید. به همین دلیل است که ابزارهای مورد استفاده برای آزمایش، مانند ژنراتور، با امپدانس خروجی پایین (مقدار معمولی) طراحی شده اند.< 100 Ом). С другой стороны, осциллограф, предназначенный для наблюдения напряжений в испытываемой схеме, делается с большим входным сопротивлением (типичное значение >1 MOhm).

شکل 2.23. وابستگی ولتاژ خروجی مدار به مقاومت بار

اگر شرایط تطابق مقاومت بهینه برآورده نشود و سیگنال با امپدانس ورودی قابل مقایسه با امپدانس خروجی منبع به ورودی مدار برسد، در کلی‌ترین حالت، به سادگی تلفات ولتاژ رخ خواهد داد. این وضعیت زمانی رخ می دهد که دو مرحله تقویت کننده مبتنی بر ترانزیستورهای دوقطبی، مشابه آنچه در شکل نشان داده شده است، رخ می دهد. 11.5، متصل یکی پس از دیگری (آبشاری). هر دو مقاومت ورودی و خروجی چنین آبشاری در یک ترانزیستور دوقطبی از یک ردیف هستند (معمولاً چندین هزار اهم) و این بدان معنی است که حدود 50٪ ولتاژ سیگنال در اتصال بین آبشارها از بین می رود. از سوی دیگر، تقویت کننده ترانزیستور اثر میدانی (شکل 11.13) از نظر تطبیق مقاومت بسیار بهتر است: دارای مقاومت ورودی بسیار بالا و مقاومت خروجی متوسط ​​است. هنگام اتصال چنین مراحل یکی پس از دیگری، از دست دادن سیگنال ناچیز است.

یک یا دو مورد وجود دارد که تطبیق امپدانس نیاز به توجه ویژه دارد، زیرا امپدانس بار بسیار کم نه تنها بر افزایش ولتاژ، بلکه بر پاسخ فرکانس نیز تأثیر می گذارد. این زمانی اتفاق می‌افتد که امپدانس خروجی منبع صرفاً مقاومتی نیست، بلکه نشان‌دهنده راکتانس است و بنابراین پاسخ فرکانسی تغییر می‌کند. یک مثال ساده یک میکروفون خازنی است که امپدانس خروجی آن نه بر حسب اهم، بلکه بر حسب پیکوفاراد، با مقدار معمولی در ناحیه 50 pF بیان می شود. برای بازتولید فرکانس های پایین خوب، امپدانس ورودی تقویت کننده باید در مقایسه با راکتانس خازن 50 pF در فرکانس های تا 20 هرتز بزرگ باشد. در عمل، این نیاز به امپدانس ورودی حدود 200 MΩ دارد که معمولاً توسط یک تقویت کننده FET نصب شده در محفظه میکروفون ارائه می شود.

تطبیق مقاومت برای انتقال بهینه توان. اگرچه، به عنوان یک قاعده، معیار تطبیق مقاومت حداکثر انتقال ولتاژ است، اما مواردی وجود دارد که لازم است حداکثر توان را منتقل کنید. بدون دادن محاسبات ریاضی به شما اطلاع خواهیم داد که برای مدار 2.22 حداکثر توان در RIN در RIN = ROUT به دست می آید. این نتیجه به عنوان قضیه حداکثر توان شناخته می شود: حداکثر توان زمانی از منبع به بار منتقل می شود که امپدانس بار برابر با امپدانس خروجی منبع باشد. این قضیه نه تنها برای اجزای مقاومتی، بلکه برای اجزای پیچیده ZIN و ZOUT نیز معتبر است. در این حالت لازم است که علاوه بر شرط RIN = ROUT، شرط XIN = -XOUT نیز برقرار باشد، یعنی اگر یک امپدانس خازنی باشد، امپدانس دیگر باید القایی باشد.

تطبیق مقاومت برای انتقال جریان بهینه گاهی اوقات تطبیق مقاومت برای اطمینان از حداکثر جریان در مدار ورودی لازم است. با مراجعه مجدد به شکل 2.22، می توانید ببینید که حداکثر جریان ورودی IВХ در صورتی به دست می آید که مقاومت کل در مدار تا حد امکان کم انتخاب شود. بنابراین، با یک ROUT ثابت، باید برای کمترین مقدار ممکن RIN تلاش کنید. این وضعیت نسبتاً غیرعادی دقیقاً برعکس حالت معمولی است که در آن ولتاژ باید منتقل شود.

امپدانس خروجی را می توان به دو روش تعیین کرد.

1) مقاومت بار را جدا کنید. منبع ورودی فعال را اتصال کوتاه کنید. ولتاژ متناوب را به پایانه های خروجی تقویت کننده اعمال کنید. جریان متناوب مصرف شده از منبع را محاسبه کنید. امپدانس خروجی تقویت کننده را تعیین کنید. مدار معادل تقویت کننده ای که این روش را اجرا می کند در شکل 2.11 نشان داده شده است.

شکل 2.11 - مدار معادل تقویت کننده، برای محاسبه R بیرون

2) تعیین مقاومت خروجی بر اساس مشخصه بار.

مدار خروجی تقویت کننده را می توان با مدل زیر نشان داد که در آن مدار خروجی ترانزیستور با یک منبع EMF نشان داده می شود (شکل 2.12).

شکل 2.12 - مدار معادل مدار خروجی تقویت کننده

مشخصه بار تقویت کننده که با وابستگی ولتاژ بار به جریان بار تعیین می شود، شکل نشان داده شده در شکل 2.13 را خواهد داشت.

شکل 2.13 - مشخصه بار تقویت کننده

برای مدار خروجی تقویت کننده در حالت های بیکار ( آر اچ=¥) و اتصال کوتاه ( آر اچ=0) مقادیر را تعریف کنید U Hxxو من اتصال کوتاه کردم:

از مشخصه بار نتیجه می شود که امپدانس خروجی تقویت کننده برابر است با:

به شرطی که می توانیم بنویسیم: .

در نتیجه، نتایج حاصل از تعیین مقاومت خروجی به‌دست‌آمده از روش اول و دوم یکسان است.

از آنجایی که امپدانس های ورودی و خروجی مدار با OE متناسب هستند، در صورت تطابق رضایت بخش، می توان به صورت متوالی آبشارهای تقویت کننده ها را با OE روشن کرد. بنابراین، برای مثال، برای تقویت کننده دو مرحله ای با فاکتورهای بهره K 1 و K 2 و برابری R Out1 = R In2، بهره کلی تقویت کننده را به دست می آوریم.

نتیجه گیری:

مدار تقویت کننده ولتاژ (VO) دارای مقاومت ورودی و خروجی تقریباً برابری است، که این امکان را فراهم می کند که ولتاژ مقاومت ورودی مرحله بعدی را با مقاومت خروجی قبلی در هنگام اتصال سری در تقویت کننده های چند مرحله ای مطابقت دهد. مدار با OB اجازه چنین گنجاندن را نمی دهد، زیرا . برای جابه‌جایی متوالی آبشارها با OC بین آنها، لازم است آبشارهای منطبق را که مطابق طرح با OC ساخته می‌شوند، اضافه کنید (به بخش 2.3 مراجعه کنید).

بهره ولتاژ مدارها با OE و OB K U>>1 (ده ها) و فقط در روابط فاز متفاوت است j OE=180 درجه، j در مورد=0°.

افزایش جریان برای مدار با OE ( K I>>1)، و برای مدار با OB ( K I<1). Поскольку коэффициент усиления по мощности K P=K U × K I، سپس مدار با OE بالاترین ضریب را دارد.

مدار تقویت کننده ولتاژ با OE بیشتر در الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرد، اما مدار با OB با وجود تعدادی از این معایب، مطابق با مزایای آن استفاده می شود. اینها شامل بالاترین پایداری دما و اعوجاج غیرخطی کمتر است (به بخش 5 مراجعه کنید).

8 ویژگی فرکانس تقویت کننده های RC
فرکانس های صدا