2.3. Компенсированный делитель напряжения

Широкую полосу частот (теоретически – от 0 до бесконечно больших значений частоты, на практике – от 0 до сотен мегагерц) в сочетании с большим входным сопротивлением имеют делители напряжения, реализованные по схеме, изображенной на рис. 2.6, причем должно выполняться условие

.

(2.4)

Рис. 2.6

Этот делитель напряжения называют компенсированным, а условие (2.4) – условием компенсированности делителя.

Коэффициент передачи компенсированного делителя можно вычислить по формуле

.

(2.5)

На рис. 2.7 изображена принципиальная схема компенсированного делителя напряжения с присоединенным к его выходу некоторым устройством, имеющим входное сопротивление и входную емкость .

Рис. 2.7

Наличие входного сопротивления и входной емкости устройства приводят к нарушению условия компенсированности делителя напряжения (2.4). С учетом и условие компенсированности делителя примет вид

,	(2.6)
где .	(2.7)

Компенсированный делитель, подключенный к выходу какого-либо устройства, является нагрузкой для этого устройства. Подключение компенсированного делителя по схеме на рис. 2.6 к выходу устройства создает такой же эффект, как и при подключении к устройству параллельно соединенных резистора с сопротивлением и конденсатора с емкостью , значения которых определяются по формулам

;	(2.8)
.	(2.9)

Выражения для и для схемы на рис. 2.7 предлагается записать самостоятельно.

Важным достоинством компенсированного делителя является то, что при большой полосе пропускаемых частот сопротивления его резисторов могут быть довольно большими, и это позволяет получить большое входное сопротивление делителя.

Например, в радиоизмерительных приборах часто используется компенсированный делитель с коэффициентом передачи по напряжению 0,1, имеющий следующие параметры элементов:

= 9 МОм, = 1 МОм, = 15 пФ, = 135 пФ.

При этом = 10 МОм, = 13,5 пФ.

Для анализа процессов, происходящих при прохождении гармонического напряжения через компенсированный делитель, предлагается ознакомиться с работой ВП «22 Компенсированный делитель напряжения.ехе», лицевая панель которого приведена на рис. 2.8. Данный виртуальный прибор моделирует физические процессы, происходящие в делителе напряжения, изображенном на рис. 2.7.

Рис. 2.8

Упражнение 2.2. Запустите пример-программу «22 Компенсированный делитель.exe» и проведите следующие исследования:

1. С помощью регуляторов установите следующие значения параметров:

- амплитуда входного воздействия – 10 В;

- частота входного воздействия – 10 кГц;

- начальная фаза входной гармоники – произвольная;

- сопротивления и – по 100 кОм;

- емкость = 10 пФ;

- входное сопротивление = 100 МОм;

- входная емкость = 0 пФ.

Следует обратить внимание на то, что значение емкости не задается, а определяется программой, исходя из выполнения условия компенсированности делителя с учетом заданных значений и .

2. Изменяя емкость в пределах от 1 до 1000 пФ, пронаблюдайте за постоянством коэффициента передачи делителя (он определяется сопротивлениями и , а они, в данном случае, неизменны). Обратите внимание на то, что изменение емкости влияет лишь на изменение емкости и входной емкости делителя .

3. Изменяя значения и в пределах всего допустимого диапазона их значений, пронаблюдайте за изменением коэффициента передачи делителя. Сделайте выводы о предельно возможных значениях коэффициента передачи и о зависимости значений коэффициента передачи от соотношения между и . Установите коэффициент передачи равным 0,1 и сделайте выводы о степени влияния входного сопротивления (даже равного 100 МОм) на соотношение между и при заданном коэффициенте передачи.

4. Установите коэффициент передачи равным 0,1 (это значение будет наблюдаться, например, при = 9 МОм, = 1010 кОм и  = 100 МОм) и, постепенно уменьшая сопротивление , пронаблюдайте увеличение шунтирующего влияния входного сопротивления устройства на коэффициент передачи делителя (с уменьшением коэффициент передачи уменьшается). Сформулируйте объяснение полученной зависимости коэффициента передачи от входного сопротивления.

5. Установите значения = 10 кОм и = 10 кОм, = 100 пФ, = 100 МОм. Установите частоту колебания равной 100 кГц, и, увеличивая значение входной емкости от нуля до 100 пФ, убедитесь в неизменности всех параметров делителя напряжения, за исключением емкости . Дайте объяснение этому обстоятельству, анализируя поведение емкости . Обратите внимание, что при некоторых значениях и выполнение условия компенсированности может потребовать отрицательных значений емкости , что невозможно реализовать на практике.

6. Проанализируйте влияние частоты входного колебания на коэффициент передачи компенсированного делителя для нескольких различных наборов параметров элементов делителя и не равной нулю входной емкости . Сделайте выводы по результатам проведенных исследований.

7. Ответьте на следующие вопросы.

Как изменится коэффициент передачи компенсированного делителя, показанного на рис. 2.7, если:

- увеличить частоту гармонического колебания на его входе?

- уменьшить амплитуду гармонического колебания на его входе?

- уменьшить начальную фазу гармонического колебания на его входе?

- увеличить сопротивления и резисторов?

- увеличить емкость ?

- уменьшить сопротивление ?

- увеличить емкость ?

8. Остановите выполнение программы нажатием на кнопку СТОП. Закройте ВП.