1.6.3 Генератори напруги та струму

При узгоджені за опорами першого каскаду підсилювача з виходом датчика, вихідних та вхідних опорів багатокаскадних підсилювачів, а також вихідного каскаду з кінцевими пристроями РЕА широко користуються поняттями щодо джерел постійної напруги та струму.

Генератором напруги або генератором електричної рушійної сили (е.р.с.) є джерело постійної або змінної напруги, яке має внутрішній опір R_i = 0. Це ідеальний випадок. Генератори напруги забезпечують постійну напругу на навантаженні при зміні його опору. В реальних схемах для визначення типу генератора оцінюють співвідношення опорів навантаження (наступного каскаду) та R_i (вихідного опору попереднього каскаду). Для пояснення цього положення та грамотного його використання звернемось до схеми подільника напруги (рис.1.11). Основне завдання генератора напруги - забезпечити постійну напругу на навантажені за зміни струму. Для згаданої схеми можна записати:

U_н = Е – I_н .

В даному випадку R₁ розглядається як внутрішній опір генератора. За умови, коли R₁ << R₂, тобто R₁ << Rн можна допустити R₁= 0, а значить U_н = Е = const. Наприклад, якщо R₁ = 1 кОм, а R₂ = 100 кОм, маємо генератор постійної напруги. Напруга на навантажені (R2) буде залишатись незмінною (майже незміною) при зміні опору навантаження в межах приблизно від 10 кОм і більше, тому в таких межах з допустимою похибкою джерело можна вважати генератором напруги. Таким чином, генератори напруги мають внутрішній опір значно менший, ніж опір навантаження. Електронні пристрої, які побудовані на електронних вакуумних лампах мають зазвичай великий вхідний опір (мегоми), а тому керуються генераторами напруги.

Генератори струму – це джерела постійного або змінного струму, які в ідеальному випадку мають нескінченно великий внутрішній опір та забезпечують постійний струм в навантажені при зміни опору навантаження. В реальних схемах генератором струму з невеликими похибками можна вважати джерело за умови Ri>>Rн. Струм подільника напруги (рис.1.11) визначається:

I_н = E / ( R₁ + R₂ ).

За умови >> струм допустимо визначати співвідношенням E/R₁,а значить він залишається майже постійним при зміні опору навантаження від нуля до величини, за якої можна вважати, що R₁>>R₂. Зазвичай при аналізі електронних схем такий режим зберігається, коли =0.1 . Тобто, коли опори різняться на порядок. Це відноситься і до визначення співвідношення опорів в генераторах напруги.

В електронних схемах на біполярних транзисторах вхідний опір каскадів незначний (оми – кілооми), а тому керування каскадами відбувається генераторами струму.

Звертаю увагу на наступне. Електронні каскади зазвичай включаються послідовно, тобто до попереднього підсилювача з вихідним опором Rвих підключається наступний з вхідним опором Rвх. Для того, щоб наступний каскад не порушив режим роботи попереднього, необхідно дотримуватись співвідношення Rвх>10 Rвих. Наприклад, якщо вихідна напруга сформована за допомогою резисторів R1 та R3 (рис.1.12), вона буде становити приблизно 12В і майже не зміниться при підключенні паралельно резистора R4(100 кОм) ) - режим не буде порушено. Але при підключенні резистора R2 напруга впаде десь до 6 В, що недопустимо (треба враховувати). Загальні вимоги: вихідний опір якомога менший, а вхідний – якомога більший. Таким вимогам відповідають операційні підсилювачі.

При побудові підсилювачів потужності максимальний результат досягається за умови .