Gjeldende skillelinje - Current divider

fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Figur 1: Skjematisk over en elektrisk krets som illustrerer strømdelingen. Notasjon R T . henviser til den totale motstand av kretsen til høyre for motstanden R- X .

I elektronikk , en strøm skillelinje er en enkel lineær krets som frembringer en utgangsstrøm ( I X ) som er en brøkdel av den inngående strøm ( I -T ). Gjeldende inndeling refererer til deling av strøm mellom grenene til skillelinjen. Strømmene i de forskjellige grenene i en slik krets vil alltid dele seg på en slik måte at den totale energien som brukes, minimeres.

Formelen som beskriver en strømdelere er i form som den for spenningsdeleren . Forholdet som beskriver gjeldende inndeling plasserer imidlertid impedansen til de betraktede grenene i nevneren , i motsetning til spenningsdelingen der den vurderte impedansen er i telleren. Dette skyldes at i strømdelere minimeres den totale energiforbruket, noe som resulterer i strømmer som går gjennom baner med minst impedans, og derfor er det omvendte forholdet til impedansen. På den annen side brukes spenningsdelere for å tilfredsstille Kirchhoffs spenningslov . Spenningen rundt en sløyfe må summe seg opp til null, så spenningsfallene må deles jevnt i et direkte forhold til impedansen.

For å være spesifikk, hvis to eller flere impedanser er parallelt, vil strømmen som kommer inn i kombinasjonen bli delt mellom dem i omvendt forhold til deres impedanser (i følge Ohms lov ). Det følger videre at hvis impedansene har samme verdi, blir strømmen delt likt.

Gjeldende skillelinje

En generell formel for strømmen I X i en motstand R X som er parallelt med en kombinasjon av andre motstander med total motstand R T er (se figur 1):

hvor I T er den totale strøm som går inn i kombinerte nettverk av R X i parallell med R T . Legg merke til at når R T er sammensatt av en parallell kombinasjon av motstander, si R 1 , R 2 , ... etc. , da den resiproke verdi av hver motstand må legges for å finne den totale motstand R T :

Generell sak

Selv om den resistive skillelinjen er mest vanlig, kan den nåværende skillelinjen være laget av frekvensavhengige impedanser . I det generelle tilfellet er den nåværende I X gitt av:

hvor Z T refererer til den ekvivalente impedansen til hele kretsen.

Bruker Admittance

I stedet for å bruke impedanser , kan den gjeldende skillelinjen brukes akkurat som spenningsdelingsregelen hvis adgang (det inverse av impedans) brukes.

Vær nøye med å merke deg at Y Total er et greit tillegg, ikke summen av inversene som er omvendt (som du ville gjort for et standard parallelt resistivt nettverk). For figur 1 ville den nåværende I X være

Eksempel: RC-kombinasjon

Figur 2: En lavpass RC-strømdelere

Figur 2 viser en enkel strømdelingsdel bestående av en kondensator og en motstand. Ved å bruke formelen nedenfor gis strømmen i motstanden ved:

hvor Z C = 1 / (jωC) er impedansen til kondensatoren og j er den imaginære enheten .

Produktet τ = CR er kjent som kretsens tidskonstant , og frekvensen som ωCR = 1 kalles kretsens hjørnefrekvens . Fordi kondensatoren har null impedans ved høye frekvenser og uendelig impedans ved lave frekvenser, forblir strømmen i motstanden på sin DC verdi I T for frekvenser opp til hjørnefrekvensen, hvorpå den synker mot null for høyere frekvenser da kondensatoren effektivt korter kretser motstanden. Med andre ord er strømdeleren et lavpassfilter for strøm i motstanden.

Lasteeffekt

Figur 3: En strømforsterker (grå boksen) som drives av en Norton-kilde ( i S , R S ) og med en motstand belastning R L . Strømdeleren i blå boks ved inngang ( R S , R in ) reduserer strømforsterkningen, og det samme gjør gjeldende skillelinje i grønn boks ved utgangen ( R ut , R L )

Forsterkningen av en forsterker avhenger vanligvis av kildens og belastningsavslutningene. Strømforsterkere og transkonduktansforsterkere er preget av en kortslutningsutgangsforhold, og strømforsterkere og transresistensforsterkere er karakterisert ved hjelp av ideelle uendelige impedansstrømkilder. Når en forsterker avsluttes med en begrenset, ikke-null terminering og / eller drevet av en ikke-ideell kilde, reduseres den effektive forsterkningen på grunn av belastningseffekten ved utgangen og / eller inngangen, noe som kan forstås i termer av nåværende inndeling.

Figur 3 viser et eksempel på strømforsterker. Forsterkeren (grå boks) har inngangsmotstand R inn og utgangsmotstand R ut og en ideell strømforsterkning A i . Med en ideell strømdriver (uendelig Norton-motstand) blir all kildestrøm i S inngangsstrøm til forsterkeren. For en Norton-driver blir det imidlertid dannet en strømdelere ved inngangen som reduserer inngangsstrømmen til

som tydelig er mindre enn i S . På samme måte leverer forsterkeren for en kortslutning ved utgangen en utgangsstrøm i o = A i i i til kortslutningen. Imidlertid, når lasten er en ikke-null motstand R L , blir den strøm som avgis til belastningen reduseres med strøm deling til den verdi:

Ved å kombinere disse resultatene, det ideelle strømforsterkningen A i realiseres med en ideell sjåfør og en kortslutning belastning reduseres til den belastede forsterkningen A lastet :

Motstandsforholdene i uttrykket ovenfor kalles belastningsfaktorene . For mer omtale av lasting i andre forsterkertyper, se lasteffekt .

Ensidige versus bilaterale forsterkere

Figur 4: Strømforsterker som et bilateralt to-port nettverk; tilbakemelding gjennom avhengig spenningskilde for forsterkning ß V / V

Figur 3 og den tilhørende diskusjonen viser til en ensidig forsterker. I et mer generelt tilfelle hvor forsterkeren er representert med en to port , avhenger inngangsmotstanden til forsterkeren av dens belastning, og utgangsmotstanden på kildeimpedansen. Lastefaktorene i disse tilfellene må bruke de virkelige forsterkerimpedansene inkludert disse bilaterale effektene. For eksempel, ved å ta den ensidige strømforsterkeren i figur 3, er det tilsvarende bilaterale to-port nettverket vist i figur 4 basert på h-parametere . Gjennomføring av analysen for denne kretsen viser at den nåværende gevinsten med tilbakemelding A fb er

Det vil si, det ideelle strømforsterkningen A jeg reduseres ikke bare av laste faktorer, men på grunn av den bilaterale arten av to-port med en tilleggsfaktor (1 + β (R L / R S ) A lastet ), som er typisk for negative tilbakemeldingsforsterkerkretser . Faktoren ß (R L / R S ) er den nåværende tilbakemeldingen som gis av spenningens tilbakemeldingskilde for spenningsforsterkningen ß V / V. For en ideell strømkilde med R S = ∞ Ω, har for eksempel spenningstilbakemeldingen ingen innflytelse, og for R L = 0 Ω er det null belastningsspenning, noe som igjen deaktiverer tilbakemeldingen.

Referanser og merknader

  1. ^ Nilsson, James; Riedel, Susan (2015). Elektriske kretser . Edinburgh Gate, England: Pearson Education Limited. s. 85. ISBN  978-1-292-06054-5 .
  2. ^ "Aktuelle dividerkretser | Dividerkretsløp og Kirchhoffs lover | Elektronikk-lærebok" . Hentet 2018-01-10 .
  3. ^ Alexander, Charles; Sadiku, Matthew (2007). Grunnleggende om elektriske kretser . New York, NY: McGraw-Hill. s. 392. ISBN  978-0-07-128441-7 .
  4. ^ Den h-parameter med to porter er de eneste to-port blant de fire standard valg som har en strømstyrt strøm kilde på utgangssiden.
  5. ^ Ofte kalt forbedringsfaktor eller desensitivitetsfaktor .

Se også

Eksterne linker