Подбор входных и выходных импедансов

Согласование сигналов

Последовательное соединение одного или нескольких электронных устройств преобразования измерительного сигнала может существенно изменить поведение каждого из них по сравнению с автономным использованием. Например, подключение вольтметра может изменить токи и напряжения в цепи. Такой эффект называется эффектом нагрузки. Ошибки, вызванные эффектом нагрузки, могут превосходить все другие типы ошибок измерения; их следует предусматривать при соединении различных датчиков и устройств передачи/преобразования информации.

Процедура уменьшения влияния эффекта нагрузки называется согласованием сигналов. Она выполняется путём подбора значений входных и выходных импедансов (полных сопротивлений) соединяемых устройств. Для согласования импедансов при подключении датчика к системе сбора данных может потребоваться включение одного или нескольких усилителей между датчиком и входом системы.

Рассмотрим два усилителя (рис. 1), соединённых последовательно. Каждый усилитель представлен в виде четырёхполюсника, ЭДС источника которого определяется формулой

Рис. 1. Согласование импедансов последовательно соединённых четырёхполюсников

Задав коэффициенты усиления К₁ и К₂, связывающие входные напряжения и ЭДС можно получить следующие выражения.

(1)

Из выражения (1) видно, что значение ЭДС e₂ будет стремиться к произведению К₁·К₂·U_вх1, если выходной импеданс первого четырёхполюсника Z_вых1 будет намного меньше, чем входной импеданс второго Z_вх2, т.е. амплитудные искажения сигнала будут стремиться к нулю. Кроме того, частотная характеристика устройства с двумя последовательно соединёнными усилителями не будет иметь значительных искажений, если их импедансы согласованы.

Вообще говоря, устройство с высоким входным импедансом потребляет меньший ток при заданном напряжении и, соответственно, меньшую мощность. Устройство с низким входным импедансом потребляет больший ток при данном напряжении. Поскольку оно отбирает большую мощность у предшествующего в цепи устройства, это может вызвать ошибки нагрузки. Напряжение, генерируемое устройством с высоким выходным импедансом, чрезвычайно чувствительно к эффекту нагрузки. Напротив, низкий выходной импеданс позволяет уменьшить зависимость выходного напряжения от тока нагрузки. Для выходных сигналов в виде силы тока картина прямо противоположная: высокий выходной импеданс делает выходной сигнал менее подверженным влиянию токов нагрузки. Поэтому во многих случаях требуется применение специальных согласующих электронных устройств для усиления сигналов и приведения в соответствие импедансов. В случае сигналов в виде напряжений применяются усилители с высоким входным импедансом и низким выходным импедансом. Процедура согласования импедансов должна тщательно выполняться на каждом этапе.

Дата добавления: 2015-05-10