Активная нагрузка или динамическая нагрузка — это компонент или цепь , которая функционирует как стабильный по току нелинейный резистор .
В схемотехнике активная нагрузка — это компонент схемы, состоящий из активных устройств , таких как транзисторы , предназначенных для представления высокого импеданса малого сигнала , но не требующих большого падения напряжения постоянного тока, как это произошло бы, если бы вместо этого использовался большой резистор. Такие большие импедансы нагрузки переменного тока могут быть желательны, например, для увеличения усиления переменного тока некоторых типов усилителей . Чаще всего активная нагрузка является выходной частью токового зеркала [1] и представлена в идеализированном виде как источник тока. Обычно это только резистор постоянного тока , который является частью всего источника тока, включая также источник постоянного напряжения (источник питания V CC на рисунках ниже).
На рисунке 1 нагрузкой является резистор, а ток через резистор определяется по закону Ома как:
Вследствие этого соотношения падение напряжения на резисторе связано с током в точке Q. Если ток смещения фиксирован по каким-либо причинам, влияющим на производительность, любое увеличение сопротивления нагрузки автоматически приводит к более низкому напряжению для V out , что в свою очередь снижает падение напряжения V CB между коллектором и базой, ограничивая размах сигнала на выходе усилителя (если размах выходного сигнала больше V CB , транзистор выводится из активного режима в течение части цикла сигнала).
Напротив, при использовании активной нагрузки, показанной на рисунке 2, сопротивление переменного тока идеального источника тока бесконечно, независимо от падения напряжения V CC − V out , что допускает даже большое значение V CB . и, следовательно, большой размах выходного сигнала.
Активные нагрузки часто используются в дифференциальных входных каскадах операционных усилителей с целью значительного увеличения коэффициента усиления.
На практике идеальный источник тока заменяется токовым зеркалом , которое менее идеально в двух отношениях. Во-первых, его сопротивление переменному току велико, но не бесконечно. Во-вторых, зеркалу требуется небольшое падение напряжения для поддержания работы (чтобы выходные транзисторы зеркала оставались в активном режиме). В результате токовое зеркало ограничивает допустимый размах выходного напряжения, но это ограничение намного меньше, чем у резистора, и также не зависит от выбора тока смещения, что обеспечивает большую гибкость, чем резистор, при проектировании схемы.
В области электронного испытательного оборудования активная нагрузка используется для автоматического тестирования блоков питания и других источников электроэнергии, чтобы убедиться, что их выходное напряжение и ток соответствуют заявленным значениям в диапазоне условий нагрузки — от нулевой нагрузки до максимальной нагрузки.
Один из подходов к тестированию нагрузок использует набор резисторов разных номиналов и ручное вмешательство. Напротив, активная нагрузка представляет источнику значение сопротивления, изменяемое электронным управлением, либо аналоговым регулирующим устройством, таким как многооборотный потенциометр , либо, в автоматизированных тестовых установках, цифровым компьютером. Сопротивление нагрузки часто можно быстро изменять для проверки переходной характеристики источника питания .
Так же, как и резистор, активная нагрузка преобразует электрическую энергию источника питания в тепло. Поэтому рассеивающие тепло устройства (обычно транзисторы ) в активной нагрузке должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать возникающее повышение температуры, и обычно охлаждаются с помощью радиаторов .
Для дополнительного удобства активные нагрузки часто включают в себя схемы для измерения тока и напряжения, подаваемых на входы, и могут отображать эти измерения в виде числовых показаний.
