Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
5.11 Изменение сопротивления с помощью трансформатора
Обычно трансформатор применяют для изменения переменных напряжений. Его
использование для преобразования сопротивления лишь чуть менее очевидно.
Рассмотрим трансформатор, изображенный на рис. 5.12. Здесь напряжение Кп,
приложенное к первичной обмотке, повышается до большего по величине
напряжения Fut. Ко вторичной обмотке подключена нагрузка Rl, и по ней
течет ток /out. Отношение напряжений Ку[/Кп равно отношению числа витков:
где Nt - число витков в первичной обмотке, a N2 - число витков во
вторичной обмотке.
Теперь будет разумно предположить, что потери мощности в трансформаторе
пренебрежимо малы, так что мощность в первичной обмотке равна мощности в
цепи вторичной обмотки, то есть
Рис. 5.12. Трансформатор в качестве преобразователя напряжения.
Кп/.п = Кц[/оц[ (в предположении, что V я I находятся в фазе). Тогда из
закона Ома следует:
Если смотреть на трансформатор со стороны его первичной обмотки, то
(5.16)
Г0Ш
Отношение числа
витков
п
V - оц*
поэтому
v2
V. I. = out r Ш 1 in г> KL
И
100 Согласование сопротивлений
кажется, что он обладает некоторым входным сопротивлением, равным
V-
D _ in . in " - '
Лп
подставляя значение тока /п, получим
R. = V(tm)Ri- , (5.17)
,п у2 ' out
то есть
R =
>п 2 *
П
Таким образом, мы видим, что первичная обмотка трансформатора оказывает
сопротивление, равное сопротивлению нагрузки во вторичной обмотке,
деленному на квадрат отношения числа витков. Величину Rm называют
сопротивлением RL, пересчитанным в первичную обмотку.
Может показаться удивительным, что обмотка трансформатора, являющаяся по
своей сути катушкой, ведет себя как сопротивление, а не как
индуктивность. Это происходит потому, что в наших вычислениях мы неявно
предполагали бесконечной собственную реактивность первичной обмотки,
которую следовало бы включить параллельно с Rin. Это оправданное
допущение, когда у трансформатора достаточно большое число витков на
вольт и подходящий сердечник, но существует предел в области низких
частот, ниже которого эффективность (к.п.д.) трансформатора уменьшается
из-за шунтирования первичной обмотки реактивностью.
Наше второе важное допущение неявно содержится в предположении, что
отношение напряжений / Кп в точности равно отношению числа витков п. Это
имеет место, когда магнитный поток, создаваемый током вторичной обмотки,
равен по величине и направлен в противоположную сторону по отношению к
потоку, создаваемому током в первичной обмотке. Таким образом,
результирующий поток в первичной катушке равен нулю, и никакой индукции
от тока вторичной обмотки нет. На практике происходит некоторое рассеяние
потоков, в результате чего возникают "индуктивности рассеяния", которые
оказываются включенными последовательно с первичной и вторичной
обмотками; индуктивностями рассеяния можно пренебрегать, за исключением
высоких частот, где они, совместно с емкостями обмоток, приводят к
потерям и фазовым сдвигам, которыми определяется верхняя граница
частотной характеристики трансформатора.
Подводя итог сказанному, видим, что трансформатор может преобразовать
высоковольтный сигнал с малым током в низковольтный сигнал с большим
током и наоборот. Вот почему происходит изменение сопротивления, а это, в
частности, необходимо, когда источник слабого сигнала, такой как
микрофон, должен быть согласован с усилителем для получения возможно
лучшего отношения сигнал/шум. Если источник сигнала с сопротивлением R
должен быть согласован с усилителем, которому необходимо оптимальное
сопротивление источника Rm, то требуемое отношение числа витков в
трансформаторе равно:
Эмиттерный повторитель 101
г
\!/2
П
Таким образом, в примере (а) из параграфа 5.10, где нам желательно, чтобы
30-омный микрофон казался усилителю источником с сопротивлением 5000 Ом,
необходим повышающий трансформатор с отношением числа витков, равным
В подобном случае значение п выбирают между 1:10 и 1:15.
Кроме правильного отношения числа витков, необходимо также, чтобы через
трансформатор хорошо проходили сигналы в желаемом диапазоне частот и
требуемой величины, что обеспечивается соответствующей величиной
индуктивности первичной обмотки и пренебрежимо малыми индуктивностями
рассеяния.
5.12 Эмиттерный повторитель
5.12.1 Расчет схемы эмиттерного повторителя
Если для оптимальной передачи напряжения в последующую цепь выходное
сопротивление должно быть уменьшено, то от применения трансформатора
будет мало пользы, так как одновременно с уменьшением сопротивления будет
происходить понижение напряжения. Значительно более удовлетворительное
решение этой проблемы дает использование транзистора в схеме эмиттерного
повторителя (в схеме с общим коллектором). В этой схеме, типичный пример
которой представлен на рис. 5.13, коэффициент усиления напряжения лишь
чуть меньше единицы. Однако, благодаря усилению тока в транзисторе,
эмиттерный повторитель понижает выходное сопротивление любого источника
