Согласование импедансов

Частоты импедансаКомпонент или схема не будут иметь одинаковый импеданс на всех частотах. Обычно для входов и выходов многих типов оборудования их импедансы указаны в Омах и предполагают общую частоту для этого конкретного типа оборудования.

Серия статей по импедансам
  1. Введение
  2. Треугольник импеданса
  3. Согласование импедансов
  4. Измерение импеданса
  5. Тест по изученному материалу

Например, аудио обычно использует частоту 1 кГц в качестве стандарта для измерения импеданса. Это связано с тем, что 1 кГц является приблизительно центром полосы пропускания аудиоусилителя, измеренной по логарифмической шкале, как показано на картинке ниже.

Определение частоты импеданса

В оборудовании, предназначенном для соединения с другими устройствами, следует обратить внимание на то, что большинство входов (для усилителей и т.д.) имеют высокие импедансы (в Омах), тогда как выходы имеют гораздо более низкие импедансы. Причина этого заключается в эффектах импеданса.

Можно сказать, что усилитель имеет два импеданса, которые влияют на способ его подключения к другим усилителям, считается, что один импеданс подключен к входным клеммам (поскольку, когда источник входного сигнала подключен к этим клеммам, через клеммы протекает ток, следовательно, должен быть импеданс (показан в качестве резистора) для протекания тока.

Читать также:  Емкостной делитель напряжения

На выходе имеется еще один воображаемый резистор (импеданс), на этот раз подключенный последовательно с потоком тока. Эффект этого выходного импеданса заключается в снижении напряжения на выходных клеммах, и чем больше ток, потребляемый с выхода, тем больше снижается напряжение на клеммах, поэтому должно существовать (невидимое) сопротивление, через которое падает напряжение.

Входные и выходные импедансы усилителя показаны на картинке ниже:

Входное и выходное сопротивление

Согласование импедансов входов и выходов необходимо, поскольку усиления одного усилителя часто недостаточно для данной цели. По этой причине используется несколько ступеней усиления, которые включают подачу выходного сигнала одного усилителя на вход другого. Это называется подключением усилителей в «каскаде». В этом случае важно, чтобы выходное сопротивление первого усилителя и входное сопротивление второго усилителя, которые эффективно образуют делитель потенциала, как показано на картинке ниже, не приводили к чрезмерному снижению общего коэффициента усиления каскадных усилителей.

Картинка 7.2.3a

Картинка 7 2 3b

Согласование усилителей напряжения

Если усилители являются усилителями напряжения, то есть каскадами усилителей, коэффициент усиления по напряжению которых больше, чем коэффициент усиления по току или мощности, форма сигнала напряжения должна передаваться от одного каскада к следующему с как можно меньшим уменьшением его амплитуды напряжения. Обратите внимание, что выходной импеданс первого каскада и входной импеданс второго каскада образуют делитель потенциала, как показано в заштрихованной части картинки выше. Напряжение, доступное на стыке двух импедансов, будет зависеть от относительных значений Zin(B) и Zout(A). Чем выше значение импеданса, тем большее напряжение будет создаваться на нем при заданном токе. При условии, что Zout(A) намного меньше, чем Zin(B), большая часть доступного напряжения в точке X (вход для каскада B) будет создаваться на его входном сопротивлении Zin(B) и, следовательно, на входных клеммах каскада B, а не на выходе первого усилителя.

Читать также:  Основы инструментального усилителя и его применение

Усилители мощности

Однако в случае усилителей мощности, поскольку ток формы сигнала распределяется между входным и выходным импедансами в пропорциях, противоположных напряжению формы сигнала, максимальная мощность (V x I) передается с выхода на вход, если оба импеданса равны.

Поэтому значения входного и выходного импедансов оказывают значительное влияние на коэффициент усиления многоступенчатых усилителей. Всегда есть некоторая потеря амплитуды сигнала, которая происходит из-за связи последовательных каскадов усилителя, и при вычислении общего усиления многоступенчатого усилителя общее усиление будет меньше, чем равно произведению отдельных коэффициентов усиления каждого усилителя. Т.е, если каждый каскад двухкаскадного усилителя имеет коэффициент усиления 10, то можно предположить, что общий коэффициент усиления равен 10 x 10 = 100; однако на практике это недостижимо из-за потерь на связи, возникающих при согласовании усилителей, и из-за даже наилучшего согласования импедансов, и даже из-за наилучшего согласования импеданса получается несколько более низкий коэффициент усиления.

Значение входного и выходного импедансов может быть настроено на соответствующее значение путем выбора конструкции усилителя. Более сложные методы управления импедансом в многоступенчатых усилителях с использованием отрицательной обратной связи будет рассматриваться в серии статей про усилители.

Читать также:  Что такое RFID-метка?

Хотя вышеприведенное описание относится к соединению усилителей вместе, те же соображения применимы, когда усилитель управляет силовым устройством, таким как громкоговоритель, токоприводным устройством, таким как двигатель, или при согласовании входного устройства, такого как микрофон с входом усилителя напряжения.

В следующей статье поговорим об измерении импеданса.

С Уважением, МониторБанк

Добавить комментарий