Выходное сопротивление

Мера противодействия протеканию тока со стороны внутренней электрической нагрузки

В электротехнике выходной импеданс электрической сети является мерой сопротивления протеканию тока ( импеданс ), как статического ( сопротивление ), так и динамического ( реактивное сопротивление ), в подключаемую сеть нагрузки , которая является внутренней по отношению к электрическому источнику . Выходное сопротивление является мерой склонности источника к падению напряжения , когда нагрузка потребляет ток, причем сеть источника представляет собой часть сети, которая передает, а сеть нагрузки представляет собой часть сети, которая потребляет.

Из-за этого выходной импеданс иногда называют импедансом источника или внутренним импедансом .

Схема слева от центрального набора открытых кружков моделирует исходную схему, а схема справа моделирует подключенную цепь. Z _S — выходной импеданс, видимый нагрузкой, а Z _L — входной импеданс, видимый источником.

Описание

Все устройства и соединения имеют ненулевое сопротивление и реактивное сопротивление, поэтому ни одно устройство не может быть идеальным источником. Выходное сопротивление часто используется для моделирования реакции источника на ток. Некоторая часть измеренного выходного сопротивления устройства может физически не существовать внутри устройства; некоторые из них являются артефактами, возникающими из-за химических, термодинамических или механических свойств источника. Этот импеданс можно представить как импеданс последовательно с идеальным источником напряжения или параллельно с идеальным источником тока ( см .: Последовательные и параллельные цепи ).

Источники моделируются как идеальные источники (идеальные источники, которые всегда сохраняют желаемое значение) в сочетании с их выходным сопротивлением. Выходной импеданс определяется как смоделированный и/или реальный импеданс, включенный последовательно с идеальным источником напряжения. Математически источники тока и напряжения можно преобразовать друг в друга с помощью теоремы Тевенена и теоремы Нортона .

В случае нелинейного устройства , такого как транзистор , термин «выходное сопротивление» обычно относится к воздействию на сигнал малой амплитуды и будет меняться в зависимости от точки смещения транзистора, то есть от постоянного тока ( постоянного тока) и напряжение, приложенное к устройству.

Измерение

Сопротивление источника чисто резистивного устройства можно определить экспериментально путем увеличения нагрузки на устройство до тех пор, пока напряжение на нагрузке (переменного или постоянного тока) не станет половиной напряжения холостого хода. В этот момент сопротивление нагрузки и внутреннее сопротивление равны.

Более точно его можно описать, отслеживая кривые зависимости напряжения от тока для различных нагрузок и вычисляя сопротивление по закону Ома . (Внутреннее сопротивление может быть неодинаковым для разных типов нагрузки или разных частот, особенно в таких устройствах, как химические батареи.)

Обобщенный импеданс источника реактивного (индуктивного или емкостного) источника определить сложнее, и его обычно измеряют с помощью специализированных приборов, а не проводят множество измерений вручную.

Аудио усилители

Реальное выходное сопротивление (Z _S ) усилителя мощности обычно меньше 0,1 Ом, но это редко указывается. Вместо этого он «спрятан» внутри параметра коэффициента демпфирования , который:

${\displaystyle DF={\frac {Z_{\mathrm {L} }}{Z_{\mathrm {S} }}}}$

Решение для Z _S ,

${\displaystyle Z_{\mathrm {S} }={\frac {Z_{\mathrm {L} }}{DF}}}$

дает небольшой импеданс источника (выходной импеданс) усилителя мощности. Его можно рассчитать, исходя из Z _L громкоговорителя (обычно 2, 4 или 8 Ом) и заданного значения коэффициента демпфирования.

Обычно в аудио и Hi-Fi входное сопротивление компонентов в несколько раз (технически более чем в 10 раз) превышает выходное сопротивление подключенного к ним устройства. Это называется мостовым соединением импеданса или мостовым соединением напряжения.

В этом случае Z _L >> Z _S , (на практике:) DF > 10

В видео, радиочастотных и других системах импедансы входов и выходов одинаковы. Это называется согласованием импеданса или согласованным соединением.

В этом случае Z _S = Z _L , DF = 1/1 = 1.

Фактическое выходное сопротивление большинства устройств не совпадает с номинальным выходным сопротивлением. Усилитель мощности может иметь номинальное сопротивление 8 Ом, но фактическое выходное сопротивление будет меняться в зависимости от условий цепи. Номинальное выходное сопротивление — это сопротивление, при котором усилитель может без сбоев выдавать максимальную мощность.

Батареи

Внутреннее сопротивление — это концепция, которая помогает моделировать электрические последствия сложных химических реакций внутри батареи . Невозможно напрямую измерить внутреннее сопротивление батареи, но его можно рассчитать на основе данных о токе и напряжении, измеренных в цепи. Когда к батарее приложена нагрузка, внутреннее сопротивление можно рассчитать по следующим уравнениям:

${\displaystyle {\begin{aligned}R_{B}&=\left({\frac {Vs}{I}}\right)-R_{L}\\&={\frac {V_{S}-V_{L}}{I}}\end{aligned}}}$

где

${\displaystyle R_{B}}$внутреннее сопротивление аккумулятора

${\displaystyle V_{S}}$напряжение аккумулятора без нагрузки

${\displaystyle V_{L}}$напряжение аккумулятора с нагрузкой

${\displaystyle R_{L}}$полное сопротивление цепи

${\displaystyle I}$общий ток, отдаваемый батареей

Внутреннее сопротивление меняется в зависимости от возраста батареи, но для большинства коммерческих батарей внутреннее сопротивление составляет порядка 1 Ом.

Когда через ячейку протекает ток, измеренная ЭДС ниже, чем когда ячейка не пропускает ток. Причина этого в том, что часть доступной энергии клетки расходуется на прохождение зарядов через ячейку. Эта энергия тратится впустую из-за так называемого «внутреннего сопротивления» этой клетки. Эта потраченная впустую энергия проявляется в виде потери напряжения. Внутреннее сопротивление есть . ${\displaystyle r={\frac {E-V_{L}}{I}}}$

Смотрите также

• Электрический импеданс
• Входное сопротивление
• Номинальное сопротивление
• Коэффициент демпфирования
• Делитель напряжения
• Модель слабого сигнала с ранним эффектом
• Эквивалентное последовательное сопротивление
• Прирост мощности

Рекомендации

• Точчи, Рональд Дж. (1975). «11». Основы электронных устройств (2-е изд.). Меррилл. стр. 243–246. ISBN 978-0-675-08771-1. Проверено 27 октября 2011 г.

Внешние ссылки

• Расчет коэффициента демпфирования и демпфирования импедансного мостового соединения.