В электронике , А ток делителя является простой линейной цепи , которая формирует выходной ток ( I X ) , который представляет собой часть его входного тока ( I T ). Текущее деление относится к разделению тока между ветвями делителя. Токи в различных ветвях такой цепи всегда будут делиться таким образом, чтобы минимизировать общую затрачиваемую энергию.
Формула, описывающая делитель тока, по форме аналогична формуле для делителя напряжения . Однако соотношение, описывающее деление тока, помещает импеданс рассматриваемых ветвей в знаменатель , в отличие от деления напряжения, где рассматриваемый импеданс находится в числителе. Это связано с тем, что в делителях тока общая затрачиваемая энергия сведена к минимуму, что приводит к токам, которые проходят по путям с наименьшим импедансом, следовательно, обратная связь с импедансом. Для сравнения, делитель напряжения используется для соответствия закону напряжения Кирхгофа (KVL) . Суммарное напряжение вокруг контура должно равняться нулю, поэтому падение напряжения должно быть равномерно распределено в прямой зависимости от импеданса.
Чтобы быть конкретным, если два или более импеданса подключены параллельно, ток, который входит в комбинацию, будет разделен между ними обратно пропорционально их импедансам (согласно закону Ома ). Из этого также следует, что если импедансы имеют одинаковое значение, ток делится поровну.
Текущий делитель
Общая формула для тока I X в резисторе R X, который включен параллельно с комбинацией других резисторов с общим сопротивлением R T, выглядит следующим образом (см. Рисунок 1):
где я Т представляет общий ток , поступающий в сочетании сеть R X параллельно с R T . Обратите внимание, что когда R T состоит из параллельной комбинации резисторов, скажем, R 1 , R 2 , ... и т. Д. , Тогда необходимо сложить обратную величину каждого резистора, чтобы найти полное сопротивление R T :
Общий случай [2]
Хотя резистивный делитель является наиболее распространенным, делитель тока может быть выполнен с частотно-зависимым импедансом . В общем случае:
а ток I X определяется по формуле:
где Z T относится к эквивалентному сопротивлению всей цепи.
Использование допуска
Вместо использования импедансов правило делителя тока может применяться так же, как правило делителя напряжения, если используется полная проводимость (обратная импедансу).
Обратите внимание, что Y Total - это прямое добавление, а не сумма инвертированных обратных величин (как вы сделали бы для стандартной параллельной резистивной сети). Для рисунка 1 ток I X будет
Пример: комбинация RC
На рисунке 2 показан простой делитель тока, состоящий из конденсатора и резистора. Используя формулу ниже, ток в резисторе определяется по формуле:
где Z C = 1 / (jωC) - полное сопротивление конденсатора, а j - мнимая единица .
Произведение τ = CR известно как постоянная времени цепи, а частота, для которой ωCR = 1, называется угловой частотой цепи. Поскольку конденсатор имеет нулевой импеданс на высоких частотах и бесконечный импеданс на низких частотах, ток в резисторе остается на своем постоянном значении I T для частот вплоть до угловой частоты, после чего он падает до нуля для более высоких частот, поскольку конденсатор эффективно замыкает накоротко. подключает резистор. Другими словами, делитель тока представляет собой фильтр нижних частот для тока в резисторе.
Эффект нагрузки
Коэффициент усиления усилителя обычно зависит от его источника и нагрузки. Усилители тока и усилители крутизны характеризуются состоянием выхода короткого замыкания, а усилители тока и усилители сопротивления имеют идеальные источники тока с бесконечным импедансом. Когда усилитель завершается конечной, ненулевой нагрузкой и / или управляется неидеальным источником, эффективное усиление уменьшается из-за эффекта нагрузки на выходе и / или входе, что можно понять в терминах текущего подразделения.
На рисунке 3 показан пример усилителя тока. Усилитель (серый прямоугольник) имеет входное сопротивление R in и выходное сопротивление R out, а также идеальный коэффициент усиления по току A i . С идеальным драйвером тока (бесконечное сопротивление Нортона) весь ток источника i S становится входным током для усилителя. Однако для драйвера Norton на входе формируется делитель тока, уменьшающий входной ток до
которая явно меньше , чем я S . Аналогично, при коротком замыкании на выходе усилитель подает выходной ток i o = A i i i на короткое замыкание. Однако, когда нагрузка представляет собой ненулевой резистор R L , ток, подаваемый на нагрузку, уменьшается путем деления тока до значения:
Комбинируя эти результаты, идеальный коэффициент усиления по току A i, реализованный с помощью идеального драйвера и нагрузки короткого замыкания, уменьшается до коэффициента усиления A при нагрузке :
Соотношения резисторов в приведенном выше выражении называются коэффициентами нагрузки . Дополнительные сведения о нагрузке в усилителях других типов см. В разделе « Эффект нагрузки» .
Односторонние и двусторонние усилители
Рисунок 3 и связанное с ним обсуждение относятся к одностороннему усилителю. В более общем случае, когда усилитель представлен двумя портами , входное сопротивление усилителя зависит от его нагрузки, а выходное сопротивление - от импеданса источника. Коэффициенты нагрузки в этих случаях должны использовать истинные импедансы усилителя, включая эти двусторонние эффекты. Например, если взять односторонний усилитель тока на Рисунке 3, соответствующая двусторонняя двухпортовая сеть показана на Рисунке 4 на основе h-параметров . [4] Проведя анализ для этой схемы, было установлено, что коэффициент усиления по току с обратной связью A fb равен
То есть идеальный коэффициент усиления по току A i уменьшается не только из-за факторов нагрузки, но из-за двустороннего характера двухполюсника на дополнительный коэффициент [5] (1 + β (R L / R S ) A загружен ) , что характерно для схем усилителей с отрицательной обратной связью . Коэффициент β (R L / R S ) - это обратная связь по току, обеспечиваемая источником обратной связи по напряжению для усиления β V / V по напряжению. Например, для идеального источника тока с R S = ∞ Ω обратная связь по напряжению не имеет никакого влияния, а для R L = 0 Ω имеется нулевое напряжение нагрузки, что снова отключает обратную связь.
Ссылки и примечания
- ^ Нильссон, Джеймс; Ридель, Сьюзен (2015). Электрические схемы . Эдинбургские ворота, Англия: Pearson Education Limited. п. 85. ISBN 978-1-292-06054-5.
- ^ "Цепи делителя тока | Цепи делителя и законы Кирхгофа | Учебник по электронике" . Проверено 10 января 2018 .
- ^ Александр, Чарльз; Садику, Мэтью (2007). Основы электрических схем . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. п. 392 . ISBN 978-0-07-128441-7.
- ^ Ч-параметры два порта является единственными два порта среди четырех стандартных вариантовкоторый имеет источник тока управляемого тока на выходной стороне.
- ^ Часто называется фактором улучшения или коэффициентом чувствительности .
Смотрите также
Внешние ссылки
- Перегородки схемы и законы Кирхгофа глава из уроков в электрических цепях постоянного тока Том 1 бесплатную электронную книгу и уроки в электрических цепях серии.
- Техасский университет: Заметки по теории электронных схем