Nuvarande avdelare

Figur 1: Schematisk över en elektrisk krets som illustrerar strömindelningen. Notation R _{T _.} hänför sig till den totala resistansen hos kretsen till höger om motståndet R _X .

I elektronik , en strömdelare är en enkel linjär krets som alstrar en utgångsström ( I _X ) som är en bråkdel av dess ingångsström ( I _T ). Strömdelning avser delning av ström mellan grenarna på avdelaren. Strömmarna i de olika grenarna av en sådan krets kommer alltid att dela sig på ett sådant sätt att den totala energiförbrukningen minimeras.

Formeln som beskriver en strömavdelare liknar formen för spänningsdelaren . Förhållandet som beskriver strömdelningen placerar emellertid impedansen för de betraktade grenarna i nämnaren , till skillnad från spänningsdelning där den övervägda impedansen finns i täljaren. Detta beror på att i nuvarande delare minimeras den totala energiförbrukningen, vilket resulterar i strömmar som går genom vägar med minst impedans, därav det omvända förhållandet till impedans. Jämförelsevis används spänningsdelare för att uppfylla Kirchhoffs spänningslag (KVL) . Spänningen runt en slinga måste summeras till noll, så spänningsfallet måste delas jämnt i ett direkt förhållande till impedansen.

För att vara specifik, om två eller flera impedanser är parallella, kommer strömmen som går in i kombinationen att delas mellan dem i omvänd proportion till deras impedanser (enligt Ohms lag ). Det följer också att om impedanserna har samma värde delas strömmen lika.

En allmän formel för strömmen I _X i ett motstånd R _X som är parallellt med en kombination av andra motstånd för totalt motstånd R _T är (se figur 1):

{\ displaystyle I_ {X} = {\ frac {R_ {T}} {R_ {X}+R_ {T}}} I_ {T} \}

där jag _T är den totala strömmen som kommer in i kombinerade nätverket av R _X parallellt med R _T . Observera att när R _T är sammansatt av en parallell kombination av motstånd, säger R ₁ , R ₂ , ... etc , då det reciproka värdet av varje motstånd måste tillsättas för att hitta det reciproka värdet av den totala resistansen R _T :

{\ displaystyle {\ frac {1} {R_ {T}}} = {\ frac {1} {R_ {1}}}+{\ frac {1} {R_ {2}}}+\ ldots+{\ frac {1} {R_ {n}}}}

Allmänt fall

Även om den resistiva avdelaren är vanligast, kan strömavdelaren vara gjord av frekvensberoende impedanser . I det allmänna fallet:

{\ displaystyle {\ frac {1} {Z_ {T}}} = {\ frac {1} {Z_ {1}}}+{\ frac {1} {Z_ {2}}}+\ ldots+{\ frac {1} {Z_ {n}}}}

och nuvarande I _X ges av:

{\ displaystyle I_ {X} = {\ frac {Z_ {T}} {Z_ {X}}} I_ {T} \,}

där Z _T hänvisar till ekvivalentimpedansen för hela kretsen.

Använda Admittance

I stället för att använda impedanser kan den aktuella delningsregeln tillämpas precis som spänningsdelningsregeln om tillträde (inversen av impedans) används.

{\ displaystyle I_ {X} = {\ frac {Y_ {X}} {Y_ {Total}}} I_ {T}}

Var noga med att notera att Y _Total är ett enkelt tillägg, inte summan av inverterade inverterade (som du skulle göra för ett standard parallellt resistivt nätverk). För figur 1 skulle nuvarande I _X vara

{\ displaystyle I_ {X} = {\ frac {Y_ {X}} {Y_ {Total}}} I_ {T} = {\ frac {\ frac {1} {R_ {X}}} {{\ frac { 1} {R_ {X}}}+{\ frac {1} {R_ {1}}}+{\ frac {1} {R_ {2}}}+{\ frac {1} {R_ {3}} }}}DEN}}

Exempel: RC -kombination

Figur 2: En lågpass RC -strömavdelare

Figur 2 visar en enkel strömdelare som består av en kondensator och ett motstånd. Med hjälp av formeln nedan ges strömmen i motståndet av:

{\ displaystyle I_ {R} = {\ frac {\ frac {1} {j \ omega C}} {R+{\ frac {1} {j \ omega C}}}} I_ {T}}

{\ displaystyle = {\ frac {1} {1+j \ omega CR}} I_ {T} \,}

där Z _C = 1/(jωC) är kondensatorns impedans och j är den imaginära enheten .

Produkten τ = CR är känt som tidskonstanten hos kretsen, och den frekvens, för vilken ωCR = 1 kallas hörnfrekvensen hos kretsen. Eftersom kondensatorn har nollimpedans vid höga frekvenser och oändlig impedans vid låga frekvenser, förblir strömmen i motståndet vid dess DC-värde I _T för frekvenser upp till hörnfrekvensen, varefter den sjunker mot noll för högre frekvenser då kondensatorn effektivt kort- kretsar motståndet. Med andra ord är strömavdelaren ett lågpassfilter för ström i motståndet.

Laddningseffekt

Figur 3: en strömförstärkare (grå ruta) som drivs av en Norton-källa ( i _S , R _S ) och med ett motstånd belastning R _L . Strömdelare i blå ruta vid ingång ( R _S , R _in ) minskar strömförstärkningen, liksom strömavdelaren i grön ruta vid utgången ( R _ut , R _L )

Förstärkarens förstärkning beror i allmänhet på dess källa och belastningsavslutningar. Strömförstärkare och transkonduktansförstärkare kännetecknas av ett kortslutningsutgångstillstånd och strömförstärkare och transresistansförstärkare kännetecknas av idealiska oändliga impedansströmkällor. När en förstärkare avslutas med en ändlig, icke-noll avslutning och/eller drivs av en icke-idealisk källa, reduceras den effektiva förstärkningen på grund av belastningseffekten vid utgången och/eller ingången, vilket kan förstås i termer av nuvarande division.

Figur 3 visar ett exempel på strömförstärkare. Förstärkaren (grå ruta) har ingångsmotstånd R _in och utmotstånd R _ut och en ideal strömförstärkning A _i . Med ett idealiskt strömdriv (oändlig Norton resistens) alla källströmmen i _S blir ingångsström till förstärkaren. För en Norton -drivrutin bildas dock en strömavdelare vid ingången som reducerar ingångsströmmen till

{\ displaystyle i_ {i} = {\ frac {R_ {S}} {R_ {S}+R_ {in}}} i_ {S} \,}

som tydligt är mindre än i _S . På samma sätt, för en kortslutning vid utgången, levererar förstärkaren en utström i _o = A _i i _i till kortslutningen. Emellertid, när belastningen är en icke-noll motstånd R _L , är strömmen som levereras till lasten minskas med nuvarande uppdelningen till värdet:

{\ displaystyle i_ {L} = {\ frac {R_ {out}} {R_ {out}+R_ {L}}} A_ {i} i_ {i} \.}

Genom att kombinera dessa resultat reduceras den ideala strömförstärkningen A _i med en idealisk förare och en kortslutningsbelastning till den laddade förstärkningen A _laddad :

{\ displaystyle A_ {laddad} = {\ frac {i_ {L}} {i_ {S}}} = {\ frac {R_ {S}} {R_ {S}+R_ {i}}}}}

{\ displaystyle {\ frac {R_ {out}} {R_ {out}+R_ {L}}} A_ {i} \.}

Motståndsförhållandena i ovanstående uttryck kallas laddningsfaktorer . För mer diskussion om laddning i andra förstärkartyper, se laddningseffekt .

Unilaterala kontra bilaterala förstärkare

Figur 4: Strömförstärkare som ett bilateralt tvåportsnät; återkoppling via beroende spänningskälla för förstärkning β V/V

Figur 3 och den tillhörande diskussionen hänvisar till en ensidig förstärkare. I ett mer allmänt fall där förstärkaren representeras av en två-port , ingångsmotståndet hos förstärkaren beror på dess belastning, och utgångsmotstånd på källimpedansen. Laddningsfaktorerna i dessa fall måste använda de verkliga förstärkarimpedanserna inklusive dessa bilaterala effekter. Till exempel, med den ensidiga strömförstärkaren i figur 3, visas motsvarande bilaterala tvåportsnät i figur 4 baserat på h-parametrar . Genom att utföra analysen för denna krets, _{befinner sig} strömförstärkningen med återkoppling A _fb vara

{\ displaystyle A_ {fb} = {\ frac {i_ {L}} {i_ {S}}} = {\ frac {A_ {laddad}} {1+{\ beta} (R_ {L}/R_ {S }) A_ {laddad}}} \.}

Det vill säga, den ideala strömförstärkningen A _i reduceras inte bara av laddningsfaktorerna, utan på grund av den tvåsidiga portens bilaterala natur med en ytterligare faktor (1 + β (R _L / R _S ) A _laddad ), vilket är typiskt för negativa återkopplingsförstärkarkretsar . Faktorn β (R _L / R _S ) är den aktuella återkopplingen som tillhandahålls av spänningsåterkopplingskällan för spänningsförstärkning β V / V. Till exempel, för en ideal strömkälla med R _S = ∞ Ω, har spänningsåterkopplingen inget inflytande, och för R _L = 0 Ω finns det nollastspänning, vilket återaktiverar återkopplingen.

Referenser och anteckningar

^ Nilsson, James; Riedel, Susan (2015). Elektriska kretsar . Edinburgh Gate, England: Pearson Education Limited. sid. 85. ISBN 978-1-292-06054-5.
^ "Nuvarande avdelningskretsar | Avdelarkretsar och Kirchhoffs lagar | Elektronikbok" . Hämtad 2018-01-10 .
^ Alexander, Charles; Sadiku, Matthew (2007). Grunderna i elektriska kretsar . New York, NY: McGraw-Hill. sid. 392 . ISBN 978-0-07-128441-7.
^ Den h-parameter två porten är den enda två portar bland de fyra vanliga val som har en strömstyrd strömkälla på utgångssidan.
^ Kallas ofta förbättringsfaktorn eller desensitivitetsfaktorn .

Se även

externa länkar

Divider Circuits och Kirchhoffs lagkapitel från Lessons In Electric Circuits Vol 1 DC gratis e -bok och Lessons In Electric Circuits -serien.
University of Texas: Anteckningar om elektronisk kretsteori

[1] Nilsson, James; Riedel, Susan (2015). Elektriska kretsar . Edinburgh Gate, England: Pearson Education Limited. sid. 85. ISBN 978-1-292-06054-5.

[2] "Nuvarande avdelningskretsar | Avdelarkretsar och Kirchhoffs lagar | Elektronikbok" . Hämtad 2018-01-10 .

[3] Alexander, Charles; Sadiku, Matthew (2007). Grunderna i elektriska kretsar . New York, NY: McGraw-Hill. sid. 392 . ISBN 978-0-07-128441-7.

[4] Den h-parameter två porten är den enda två portar bland de fyra vanliga val som har en strömstyrd strömkälla på utgångssidan.

[5] Kallas ofta förbättringsfaktorn eller desensitivitetsfaktorn .

Languages

In other projects

Nuvarande avdelare - Current divider

Innehåll