تحليل المعاوقة، ومقاومة المدخلات، ومقاومة الإخراج

المعاوقة هي مصطلح جماعي للمقاومة والمفاعلة، والفرق الأكبر بين المقاومة والمفاعلة هو أن تحديد تيار المقاومة (قانون أوم) يستهلك الطاقة الكهربائية في نفس الوقت. تقتصر المفاعلة على التيار ولا تستهلك طاقة كهربائية (دون بذل شغل). المقاومة لها تأثير تيار محدود في كل من التيار المباشر والتيار المتردد، في حين أن المفاعلة لها تأثير تيار محدود فقط في بيئات التيار المتناوب.

تشير مقاومة الإدخال إلى المعاوقة المكافئة عند طرف الإدخال في الدائرة. أضف مصدر جهد U إلى طرف الإدخال وقم بقياس التيار I عند طرف الإدخال، ثم مقاومة الإدخال Rin هي U/I. يمكنك أن تتخيل طرف الدخل كطرفي المقاومة، وقيمة مقاومة هذه المقاومة هي مقاومة الدخل.

تحت نفس جهد الإدخال، إذا كانت مقاومة الإدخال منخفضة جدًا، فيجب تدفق تيار كبير، والذي يختبر قدرة الإخراج الحالية للمرحلة السابقة؛ إذا كانت مقاومة الإدخال عالية، فلا يلزم سوى كمية صغيرة من التيار، مما يقلل العبء الكبير على قدرة الإخراج الحالية للمرحلة الأمامية. لذا، في تصميم الدوائر، حاول زيادة ممانعة الإدخال قدر الإمكان.

لا تختلف ممانعة الدخل عن مكونات المفاعلة العادية، لأنها تعكس حجم تأثير الحجب الحالي.

بالنسبة للدوائر المدفوعة بالجهد، كلما زادت مقاومة الإدخال، كان الحمل أخف على مصدر الجهد، مما يجعل القيادة أسهل دون التأثير على مصدر الإشارة؛ بالنسبة للدوائر التي يحركها التيار، كلما كانت مقاومة الإدخال أصغر، كان الحمل أخف على المصدر الحالي.

لذلك، يمكننا أن نعتقد أنه إذا تم استخدام مصدر جهد للقيادة، فكلما زادت مقاومة الإدخال، كان ذلك أفضل؛ إذا كان يتم تشغيله بواسطة مصدر تيار، فكلما كانت المعاوقة أصغر، كان ذلك أفضل (ملاحظة: مناسبة فقط للدوائر ذات التردد المنخفض، وفي الدوائر عالية التردد، يجب أيضًا مراعاة مطابقة المعاوقة.) بالإضافة إلى ذلك، عند الحصول على الحد الأقصى من طاقة الخرج، يجب أيضًا مراعاة المعاوقة. ويجب أيضًا أخذ المطابقة بعين الاعتبار.مقاومة الخرج

تشتمل مقاومة الخرج على المعاوقة الداخلية لمصدر الجهد المكافئ (دائرة Thevenin المكافئة) أو مصدر التيار المكافئ (دائرة Norton المكافئة) لمنفذ إخراج شبكة الطاقة المستقلة. قيمتها تساوي مقاومة الإدخال التي يتم رؤيتها من منفذ الإخراج عندما يتم ضبط مصدر الطاقة المستقل على الصفر.

بغض النظر عن مصدر الإشارة ومكبر الصوت ومصدر الطاقة، هناك مشكلة تتعلق بمقاومة الخرج. مقاومة الخرج هي المقاومة الداخلية لمصدر الإشارة. في الأصل، بالنسبة لمصدر الجهد المثالي (بما في ذلك مصدر الطاقة)، ​​يجب أن تكون المقاومة الداخلية 0، أو يجب أن تكون مقاومة مصدر التيار المثالي لا نهائية. تحتاج مقاومة الخرج إلى اهتمام خاص في تصميم الدوائر.

في الواقع، لا يمكن لمصادر الجهد تحقيق ذلك، وغالبًا ما يتم توصيل مصدر الجهد المثالي على التوالي مع المقاوم r لمكافئ مصدر الجهد الفعلي. المقاوم r الموصول على التوالي مع مصدر الجهد المثالي هو المقاومة الداخلية لمصدر الإشارة/مخرج مكبر الصوت/مصدر الطاقة.

عندما يقوم مصدر الجهد هذا بتزويد الحمل بالطاقة، سوف يتدفق تيار عبر الحمل ويولد I على هذه المقاومة × انخفاض الجهد r. سيؤدي ذلك إلى انخفاض جهد الخرج لمصدر الطاقة، وبالتالي الحد من الحد الأقصى لطاقة الخرج.

وبالمثل، يجب أن يكون لمصدر التيار المثالي ممانعة خرج لا نهاية لها، لكن الدوائر الفعلية مستحيلة.

تشير مقاومة الخرج إلى المعاوقة المكافئة للدائرة عند رؤية حمل الدائرة من منفذ الخرج للدائرة في الاتجاه المعاكس. في الواقع، يشير بشكل أساسي إلى المعاوقة التي يتم قياسها بواسطة مصدر الطاقة عند طرف الخرج، والمعروفة باسم المقاومة الداخلية.

تحليل تفكير المعاوقة لدوائر التبديل

كما هو موضح في الشكل التالي، يستمر V1 في توصيل التيار إلى R1، وتظهر الدائرة الحالية في الشكل بالسهم الأخضر. ما هي الطرق التي لدينا إذا أردنا التحكم في تدفق التيار إلى R1؟

الطريقة الأكثر شيوعًا هي قطع الاتصال بين V1 و R1 وقطع الدائرة الحالية. كما هو مبين في الشكل التالي.

بدلا من ذلك، يمكننا تجاوز R1 كما هو مبين في الشكل التالي. أضف سلكًا أمام R1 لتوجيه التيار نحو المسار ذي المعاوقة المنخفضة، وسيحصل R1 على تيار مهمل.

الطريقتان المذكورتان أعلاه واضحة للغاية، إما فصل المسار تمامًا من V1 إلى R1 أو قصر الدائرة R1، مما يحل المشكلة تمامًا. ولكن في عالم الهندسة، لا يمكننا القيام بذلك بشكل نظيف ومرتب، وغالبًا ما نؤكد على مبدأ "مماثل"؛ يقترب. لذلك، في "نموذج الدائرة القصيرة"، يمكننا فقط تحقيق "مقاومة منخفضة"، بينما في "نموذج الدائرة المفتوحة"، يمكننا فقط تحقيق "مقاومة عالية". إذا تم "تخفيف" الطاقة بشكل كبير، فإننا نعتقد أنها تلبي المعيار.

كما هو موضح في الشكل أدناه، يظهر نموذج حمل الطاقة الفعلي. دعونا نرى كيفية تحقيق تأثير التبديل عن طريق ضبط المعاوقة. في الدوائر الفعلية، تكون لمصادر الطاقة قيود على قدرة الخرج ومقاومة داخلية، وكلما زاد تيار الخرج، انخفض جهد الخرج.

الدائرة التالية لها مقاومة داخلية مقدارها 0.1 Ω وحمل مقداره 1K Ω. في الوضع الحالي، يتكون الجهد الذي يتم الحصول عليه عند طرفي الحمل من مقاومة داخلية وجهد جزئي R2. يمكننا حساب V=5V * (1K/(1K+0.1))=4.9999V، I=5V/1000.1 Ω=4.9mA.

إذا استخدمنا "نموذج الدائرة المفتوحة" طريقة لقطع الدائرة، كيف ينبغي علينا ضبط المعاوقة؟ إنه توصيل مقاوم أكبر بكثير من 1K على التوالي بين مصدر الطاقة والحمل، وإجراء تقسيم جهد متسلسل لتقليل الجهد الذي تم الحصول عليه على R2. كما هو موضح في الشكل التالي، إذا تم توصيل مقاومة 1M على التوالي مع مقسم جهد الحمل. يمكننا حساب توزيع الجهد النهائي بين طرفي الحمل:

V=5V * (1K/(0.1+1000K+1K))=0.00499V، I=5V/1001000.1 Ω=0.0049mA. لقد تم إضعاف السعة بما يقرب من 1000 مرة، وفي التفكير الهندسي، يكون R2 "منقطعًا" تقريبًا.

إذا استخدمنا "نموذج الدائرة القصيرة" طريقة لفصل R2، كيف ينبغي لنا أن نعدلها؟ إنه توصيل مقاومة أصغر بكثير من 0.1 Ω على التوازي عند الطرف الأمامي للحمل وإجراء مشاركة جهد تسلسلي مع المقاومة الداخلية، مما يؤدي إلى الحصول على جهد أصغر على R2.

كما هو موضح في الشكل التالي، إذا كان قياس الترشيح مكافئًا لمقاومة موازية بقيمة 0.005 أوم ومقسم جهد للمقاومة الداخلية. يمكننا حساب الجهد الموزع النهائي بين طرفي الحمل R2:

V=5V * (0.0049/(0.1+0.0049)=0.233V. لقد تم إضعاف السعة بما يقرب من 20 مرة، وفي التفكير الهندسي، R2 يشبه أيضًا كونه "منقطع الاتصال".

ما سبق هو النموذج النظري لدوائر تبديل أشباه الموصلات، مع أخذ دوائر العاكس كمثال:

عندما يتم تشغيل الطرف IN، سنقول أن ترانزستور MOS Q1 موصل. عند هذه النقطة، فإن حالة التوصيل تعادل تحول Q1 إلى مقاومة بممانعة تبلغ عشرات الملي أوم، ثم تقسيم الجهد على المقاومة R1. إذا كان مقاوم السحب R1 صغيرًا جدًا وأيضًا عشرات المللي أوم، حتى لو كان IN مرتفعًا وكان Q1 موصلاً، فلن يتمكن الطرف OUT من إخراج مستوى منخفض.

عندما يتم إيقاف تشغيل الطرف IN، سنقول أن ترانزستور MOS Q1 مقطوع. عند هذه النقطة، حالة القطع تعادل أن يصبح Q1 مقاومًا بممانعة قليلة ميغا أوم، وتقسيم الجهد على المقاوم R1. إذا كان المقاوم السحب R1 كبيرًا جدًا، وهو أيضًا عدد قليل من الميجا أوم، حتى لو كان IN منخفضًا وتم قطع Q1، فلن يتمكن الطرف OUT من إخراج مستوى عالٍ.

لذا، عند الفهم العميق لدوائر المفاتيح، من الضروري تحليلها من خلال التفكير في المعاوقة.

دائرة تصفية تحليل تفكير المعاوقة

هنا، قم بتحليل دائرة الترشيح باستخدام تفكير المعاوقة.

في التطبيقات الهندسية العملية، غالبًا ما يحتوي خرج الطاقة على مكونات تيار متردد ذات ترددات مختلفة، سواء ما نريده أو ما لا نريده. سوف تختلف مقاومة الحث والسعة مع التردد. وبسبب هذه الخاصية بالتحديد أصبحت المحاثات والمكثفات الجهات الفاعلة الرائدة في دوائر الترشيح.

لا تزال الدائرة التالية مستخدمة، بافتراض أن مصدر الطاقة يحتوي على مكون طيفي
0-1 جيجا هرتز.

إذا أردنا تصفية مكونات التيار المتردد عالية التردد للحمل R2، فسنجد أن كلا من الحث المتسلسل والسعة المتوازية يمكن أن تلبي المتطلبات.
كما هو موضح في الشكل التالي، إذا تم توصيل محث 16uH على التوالي بين مصدر الطاقة والحمل، ما مقدار اضمحلال مكون التيار المتردد 100 ميجا هرتز؟ وفقا لصيغة مقاومة الحث: ZL=2 π fL=2 * 3.14 * 100MHz * 16uH، يمكن الحصول على ZL=10K.

وفقًا لصيغة مقسم الجهد المتسلسل، فإن الجهد/الدخل عند طرفي R3=R3/(R3+ZL)=1K/11K=0.0909. لذلك عندما تكون سعة مصدر الطاقة 5V، فإن السعة عند طرفي R3 تكون 5V * 0.0909=0.45V فقط.

عند 100 ميجاهرتز، استخدم راسم الذبذبات لقياس شكل الموجة قبل التصفية وبعدها. تظهر المقارنة أن شكل موجة 100 ميجاهرتز له تأثير، والقياس الفعلي هو 0.449 فولت، وهو ما يتوافق مع نتائج التحليل.

تحليل تفكير المعاوقة لمرشحات الترددات المنخفضة

من خلال توصيل محث على التوالي بين مصدر الطاقة والحمل، وتوصيل مكثف على التوازي في الطرف الأمامي للحمل، يتم تشكيل دائرة مرشح تمرير منخفض.

<أ ط=0> على النحو التالي، إذا كانت C1=1uF وL1=22uH، فما هي درجة التوهين لدائرة الترشيح إلى مكون تيار متردد 100 ميجا هرتز؟

عند هذه النقطة، يتم توصيل الدائرة على التوازي مع الممانعة Zc للمكثف (C1) وR3، ثم يتم تقسيمها مع الممانعة ZL للمحث (L1). حتى نتمكن من إدراج معادلة المعاوقة (وهي صيغة بسيطة لمقسم الجهد التسلسلي).

سعة التوهين=Vout/Vin=(Zc//R3)/(ZL+(Zc/R3)

من بينها، Zc=1/2 π fC و ZL=2 π fL. بالنظر إلى R3=1K Ω، يمكن استنتاج أن Zc=0.0015 Ω، Zc/R=0.00149 Ω.

ZL=13816 Ω، يمكن الحصول على سعة التوهين بـ 0.00149/(13816.00149)=0.000000178.

يمكن ملاحظة أن مكون التيار المتردد بتردد 100 ميجاهرتز لا يمكنه المرور بسهولة عبر دائرة ترشيح الترددات المنخفضة البالغة 22uH و1uF. وفي الوقت نفسه، نرى أيضًا أن الحمل R3 يمكن أن يؤثر على تأثير ترشيح المرشح. لذلك نجد في بعض الأحيان أن نفس دائرة الفلتر تعمل بشكل جيد على هذه الدائرة، ولكنها تعمل بشكل سيئ على الدوائر الأخرى.