В электронике делитель тока — это простая линейная цепь , которая вырабатывает выходной ток ( I X ), который является частью его входного тока ( I T ). Деление тока относится к разделению тока между ветвями делителя. Токи в различных ветвях такой цепи всегда будут делиться таким образом, чтобы минимизировать общую затраченную энергию.
Формула, описывающая делитель тока, по форме похожа на формулу для делителя напряжения . Однако соотношение, описывающее деление тока, помещает импеданс рассматриваемых ветвей в знаменатель , в отличие от деления напряжения, где рассматриваемый импеданс находится в числителе. Это происходит потому, что в делителе тока общая затрачиваемая энергия минимизируется, что приводит к токам, которые проходят по путям с наименьшим импедансом, отсюда и обратная зависимость с импедансом. Для сравнения, делитель напряжения используется для удовлетворения закона напряжения Кирхгофа (KVL). Напряжение вокруг контура должно быть в сумме равно нулю, поэтому падения напряжения должны быть разделены равномерно в прямой зависимости от импеданса.
Если говорить конкретно, если два или более импедансов параллельны, ток, который входит в комбинацию, будет разделен между ними обратно пропорционально их импедансам (согласно закону Ома ). Из этого также следует, что если импедансы имеют одинаковое значение, ток делится поровну.
Общая формула для тока I X в резисторе R X , который включен параллельно с комбинацией других резисторов с общим сопротивлением R T (см. рисунок 1), выглядит следующим образом [1]
где I T — общий ток, входящий в объединенную сеть R X параллельно с R T. Обратите внимание, что когда R T состоит из параллельной комбинации резисторов, скажем, R 1 , R 2 , ... и т. д., то необходимо сложить обратную величину каждого резистора, чтобы найти обратную величину общего сопротивления R T :
Хотя резистивный делитель является наиболее распространенным, токовый делитель может быть выполнен из частотно-зависимых импедансов . В общем случае:
а ток I X определяется по формуле [2]
где Z T относится к эквивалентному сопротивлению всей цепи. [3]
Вместо использования импедансов можно применять правило делителя тока так же, как и правило делителя напряжения, если используется проводимость (величина, обратная импедансу):
Обратите внимание, что Y T — это простое сложение, а не сумма инвертированных инверсий (как это было бы сделано для стандартной параллельной резистивной сети). Для рисунка 1 ток I X будет равен
Рисунок 2 показывает простой делитель тока, состоящий из конденсатора и резистора. Используя формулу ниже, ток в резисторе равен
где Z C = 1/( jωC ) — импеданс конденсатора, а j — мнимая единица .
Произведение τ = CR известно как постоянная времени цепи, а частота, для которой ωCR = 1, называется угловой частотой цепи. Поскольку конденсатор имеет нулевое сопротивление на высоких частотах и бесконечное сопротивление на низких частотах, ток в резисторе остается на своем постоянном значении I T для частот вплоть до угловой частоты, после чего он падает до нуля для более высоких частот, поскольку конденсатор эффективно замыкает резистор. Другими словами, делитель тока является фильтром нижних частот для тока в резисторе.
Коэффициент усиления усилителя обычно зависит от его источника и нагрузки. Усилители тока и транскондуктивные усилители характеризуются выходным состоянием короткого замыкания, а усилители тока и трансрезистивные усилители характеризуются использованием идеальных источников тока с бесконечным импедансом. Когда усилитель заканчивается конечным, ненулевым завершением и/или управляется неидеальным источником, эффективный коэффициент усиления уменьшается из-за эффекта нагрузки на выходе и/или входе, что можно понять с точки зрения деления тока.
На рисунке 3 показан пример усилителя тока. Усилитель (серый ящик) имеет входное сопротивление R in , выходное сопротивление R out и идеальный коэффициент усиления тока A i . С идеальным драйвером тока (бесконечное сопротивление Нортона) весь ток источника i S становится входным током усилителя. Однако для драйвера Нортона на входе формируется делитель тока, который уменьшает входной ток до
что явно меньше i S . Аналогично, при коротком замыкании на выходе усилитель подает выходной ток i out = A in i i в короткое замыкание. Однако, когда нагрузка представляет собой ненулевой резистор R L , ток, подаваемый на нагрузку, уменьшается путем деления тока до значения
Объединяя эти результаты, можно сказать, что идеальный коэффициент усиления тока A i , реализуемый с идеальным драйвером и короткозамкнутой нагрузкой, сводится к коэффициенту усиления нагрузки A load :
Соотношения резисторов в приведенном выше выражении называются коэффициентами нагрузки . Для более подробного обсуждения нагрузки в других типах усилителей см. раздел Деление напряжения § Эффект нагрузки .
Рисунок 3 и связанное с ним обсуждение относятся к одностороннему усилителю. В более общем случае, когда усилитель представлен двухпортовой сетью , входное сопротивление усилителя зависит от его нагрузки, а выходное сопротивление — от импеданса источника. Коэффициенты нагрузки в этих случаях должны использовать истинные импедансы усилителя, включая эти двусторонние эффекты. Например, взяв односторонний усилитель тока на рисунке 3, соответствующая двусторонняя двухпортовая сеть показана на рисунке 4 на основе h-параметров . [4] Проводя анализ для этой схемы, коэффициент усиления по току с обратной связью A fb оказывается равным
То есть идеальный коэффициент усиления тока A i уменьшается не только из-за факторов нагрузки, но и из-за двусторонней природы двухполюсника на дополнительный фактор [5] (1 + β( R L / R S ) A load ) , что типично для схем усилителей с отрицательной обратной связью . Фактор β( R L / R S ) представляет собой обратную связь по току, обеспечиваемую источником обратной связи по напряжению с коэффициентом усиления напряжения β V/V. Например, для идеального источника тока с R S = ∞ Ω обратная связь по напряжению не оказывает никакого влияния, а при R L = 0 Ω напряжение нагрузки равно нулю, что снова отключает обратную связь.
