1.06. динамічний опір
Часто доводиться мати справу з електронними пристроями, в яких струм I НЕ пропорційний напрузі U; в подібних випадках немає сенсу говорити про опір, так як відношення не є постійною величиною, незалежною від U, а, навпаки, залежить від U. Для подібних пристроїв корисно знати нахил залежності (вольт-амперної характеристики). Іншими словами, представляє інтерес ставлення невеликої зміни прикладеного напруги до відповідної зміни струму через схему: (або). Це ставлення вимірюється в одиницях опору (в Омасі) і в багатьох розрахунках відіграє роль опору. Воно називається опором для малих сигналів, диференціальним опором, динамічним або інкрементного опором.
Мал. 1.13. Вольт-амперні характеристики, а - резистор (лінійна залежність); б - зенеровскій діод (нелінійна залежність).
Зенеровскіе діоди (стабілітрони).
Як приклад розглянемо зенеровскій діод (стабілітрон), вольт-амперна характеристика якого наведена на рис. 1.13. Зенеровскіе діоди використовують для отримання постійної напруги на якій-небудь ділянці схеми. Це досягається за рахунок струму (в грубому наближенні постійного), одержуваного від джерела більшої напруги в тій же схемі. Наприклад, зенеровскій діод, представлений на рис. 1.13, перетворює живить струм, що змінюється в зазначеному діапазоні, в відповідний (але більш вузький) діапазон напруг. Важливо зрозуміти, як буде вести себе відповідну напругу на зенеровском діоді (зенеровское напруга пробою) при зміні живлячої струму, це зміна є міра впливу змін напруги струму. Воно характеризується динамічним опором зенеровского діода, що визначаються при заданому струмі.
Врахуйте, що динамічний опір зенеровского діода в режимі стабілізації змінюється обернено пропорційно току. Наприклад, динамічний опір зенеровского діода, що створює напругу стабілізації 5 В, може дорівнювати 10 Ом при струмі. Скориставшись визначенням динамічного опору, знайдемо, чому дорівнюватиме зміна напруги при зміні струму живлення на або Тим самим підтверджуються високі стабілізуючі якості зенеровского діода. На практиці часто доводиться мати справу з такими схемами, як показана на рис. 1.14. Тут струм, що протікає через стабілітрон і резистор, обумовлений наявними в тій же схемі напругою, більшим ніж напруга стабілізації. При цьому (, тоді) і нарешті,. Отже, по відношенню до змін напруги схема веде себе як дільник напруги, в якому зенеровскій діод замінений резистором, опір якого дорівнює динамічному опору діода при робочому струмі. Наведений приклад показує, для чого потрібен такий параметр, як динамічний опір. Припустимо, що в розглянутої нами схемою вхідна напруга змінюється в межах від 15 до 20 В, а для отримання стабільного джерела напруги 5,1 В використовується зенеровскій діод типу (зенеровскій діод з напругою 5,1 В і потужністю. Резистор опором 300 Ом забезпечить максимальний зенеровскій струм, рівний. Оцінимо зміна вихідної напруги, знаючи, що максимальний опір для обраного діода становить 7 Ом при струмі. У діапазоні зміни вхідної напруги струм через зенеровскій діод змінюється від до зміна струму на викли кість зміна напруги на виході схеми, рівне, або 0,12 В. Інші приклади використання зенеровскіх діодів ви знайдете в розд. 2.04 і 16.14. В реальних умовах зенеровскій діод забезпечує найвищу стабільність, якщо він живиться від джерела струму, у якого за визначенням Лдін (струм не залежить від напруги). Але джерело струму являє собою досить складний пристрій, і тому на практиці ми найчастіше задовольняємося простим резистором.
Мал. 1.14. Регулятор на зенеровском діоді.
Тунельні діоди.
Ще один цікавий приклад використання параметра динамічного опору пов'язаний з тунельним діодом. Його вольт-амперна характеристика показана на рис. 1.15. В області між точками А і В він володіє негативним динамічним опором. З цього випливає важливий наслідок: дільник напруги, що складається з резистора і тунельного діода, може працювати як підсилювач (рис. 1.16). Скористаємося рівнянням для дільника напруги і для мінливого напруги ісші, отримаємо івих де -динамічна опір тунельного діода при робочому струмі, -зміна малого сигналу, яке до теперішнього моменту ми позначали через (в подальшому ми будемо користуватися цим широко поширеним позначенням).
Для тунельного діода. Значить, або для області вольт-амперної характеристики тунельного діода, укладеної між точками А і В. Якщо, то знаменник стає близьким до нуля, і схема починає працювати як підсилювач. Напруга створює постійний струм, або зсув, яке зміщує робочу точку в область негативного опору. (Безумовно, у всякому усилительном приладі необхідно мати джерело живлення.)
І нарешті, в двох словах історія тунельних діодів: вони з'явилися в кінці років, і з ними відразу стали пов'язувати шляхи вирішення безлічі проблем схемотехніки. Їх високу швидкодію дало підставу припустити, що вони зроблять революцію в області обчислювальної техніки. На жаль, виявилося, що ці елементи складні у використанні; ця обставина, а також успішний розвиток транзисторів призвело до того, що тунельні діоди зараз майже не знаходять застосування.
Пізніше при розгляді активних фільтрів ми повернемося до явища негативного опору. Тоді ви познайомитеся зі схемою перетворювача негативного імпедансу, яка забезпечує поряд з іншими характеристиками даний (а не динамічний) негативне опір.