Импедансное мостовое соединение

В аудиотехнике и звукозаписи мостовое соединение с высоким импедансом , мостовое соединение по напряжению или просто мостовое соединение нагрузки — это соединение, в котором полное сопротивление намного превышает сопротивление источника. ^[1]^[2]^[3] Нагрузка измеряет напряжение источника, минимально потребляя ток или воздействуя на него.

Объяснение

Когда выход устройства (состоящего из источника напряжения V _S и выходного сопротивления Z _S на рисунке) подключается к входу другого устройства ( сопротивление нагрузки Z _L на рисунке), эти два импеданса образуют делитель напряжения :

V_{L}={\frac {Z_{L}}{Z_{S}+Z_{L}}}V_{S}\,.

можно Максимизировать уровень сигнала V _L , используя источник напряжения, выходное сопротивление Z _S которого как можно меньше, и используя приемное устройство, входное сопротивление Z _L которого как можно больше. Когда $Z_{L}\gg Z_{S}$ (обычно не менее чем в десять раз), это называется мостовым соединением и имеет ряд эффектов. ^[4] включая:

Преимущества:
- Уменьшает затухание на 6 дБ, возникающее при согласовании импедансов , что помогает уменьшить необходимое количество усиления ^[5] и за счет поддержания высокого соотношения сигнал/шум . ^[6]^[4] Однако вместо этого можно использовать трансформатор , чтобы согласовать импеданс и обеспечить лучшее соотношение сигнал/шум. А затухание в 6 дБ можно легко компенсировать в усилителе .
- Облегчает подключение нескольких нагрузок к одному источнику. ^[5]
- Уменьшает ток, потребляемый устройством-источником, что помогает избежать потери мощности и уменьшить искажения. Меньший ток через провод также снижает резистивные потери. ^[4]
Недостатки:
- Увеличение Z _L , возможно, увеличивает уровень шума окружающей среды , поскольку объединенный параллельный импеданс Z _S || Z _L (доминирует Z _S ) немного увеличивается, что облегчает попадание паразитного шума в сигнальный узел.
- Отражение сигнала от изменения импеданса. Однако для звуковых частот четверть длины волны на частоте 20 кГц составляет примерно 2500 метров, поэтому аудиосхемы в студиях никогда не становятся настоящими линиями передачи . ^[4]

Приложения

Предельное затухание сигнала напряжения

Мостовая перемычка обычно используется, чтобы избежать ненужного ослабления напряжения и потребления тока в линейных соединениях или соединениях микрофонного уровня, когда устройство-источник имеет неизменяемое выходное сопротивление Z _S . К счастью, входное сопротивление Z _L современных схем на операционных усилителях (и многих старых ламповых схем) часто естественным образом намного превышает выходное сопротивление этих источников сигналов и, таким образом, естественным образом подходит для мостового импеданса при приеме и усилении этих сигналов напряжения. . Низкий выходной импеданс современных схем облегчает перемычку импеданса. ^[4]

Для устройств с очень высоким выходным сопротивлением, таких как гитарный звукосниматель или микрофон с высоким сопротивлением, DI-бокс может помочь в мостовом соединении импеданса путем преобразования высокого выходного сопротивления в более низкое, чтобы не требовать от приемного устройства возмутительно высоких выходных импедансов. высокий входной импеданс (который может иметь такие недостатки, как повышенный шум при длинных кабелях). DI-бокс размещается рядом с устройством-источником, поэтому к выходу DI-бокса можно подключить любые длинные кабели (который обычно также преобразует несимметричные сигналы в симметричные для дальнейшего повышения помехоустойчивости).

Повышение электрической эффективности

Как объяснено в теореме о максимальной передаче мощности § Максимизация передачи мощности в зависимости от эффективности энергопотребления , эффективность $η$ подачи мощности на чисто резистивное сопротивление нагрузки $от RL$ источника напряжения с чисто резистивным выходным сопротивлением $R S$ составляет: $\eta ={\frac {1}{1+R_{\mathrm {S} }/R_{\mathrm {L} }}}\,.$ Эту эффективность можно повысить с помощью импедансного мостового соединения, уменьшив $R S$ и/или увеличив $R L$ .

Однако, чтобы вместо этого передать максимальную мощность от источника к нагрузке, согласование импеданса следует использовать в соответствии с теоремой о передаче максимальной мощности .

См. также

Ссылки

^ Эргл, Джон; Форман, Крис (1 января 2002 г.). Аудиотехника для звукоусиления . Корпорация Хэла Леонарда. ISBN 9780634043550 . При современном использовании микрофон имеет сопротивление в диапазоне 2000 Ом или выше, и это представляет собой так называемую мостовую нагрузку, которая фактически представляет собой нагрузку разомкнутой цепи для микрофона.
^ Дэвис, Гэри Д.; Джонс, Ральф (1 января 1989 г.). Справочник по звукоусилению . Корпорация Хэла Леонарда. ISBN 9780881889000 . Схема, в которой входное оконечное сопротивление как минимум примерно в 10 раз превышает сопротивление источника выходного сигнала, управляющего этим входом, называется мостовым входом.
^ Холман, Томлинсон (12 ноября 2012 г.). Звук для кино и телевидения . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9781136046094 . В случае мостовых систем мы говорим, что сопротивление источника низкое, а сопротивление нагрузки высокое.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Гесс, Ричард (1980). «Передача напряжения для аудиосистем» . www.richardhess.com . Архивировано из оригинала 20 февраля 2020 г. Проверено 16 июня 2022 г.
^ Jump up to: ^а ^б Дункан, Бен (1 апреля 1985 г.). «Взаимодействие с линией» . Домашняя и студийная запись (апрель 1985 г.): 56–58. Архивировано из оригинала 14 июня 2021 г.
^ Дункан, Бен (1 августа 1984 г.). «Сопряжение микрофонов» . Домашняя и студийная запись (август 1984 г.): 46–47. Архивировано из оригинала 18 сентября 2020 г.

[1] Эргл, Джон; Форман, Крис (1 января 2002 г.). Аудиотехника для звукоусиления . Корпорация Хэла Леонарда. ISBN 9780634043550 . При современном использовании микрофон имеет сопротивление в диапазоне 2000 Ом или выше, и это представляет собой так называемую мостовую нагрузку, которая фактически представляет собой нагрузку разомкнутой цепи для микрофона.

[2] Дэвис, Гэри Д.; Джонс, Ральф (1 января 1989 г.). Справочник по звукоусилению . Корпорация Хэла Леонарда. ISBN 9780881889000 . Схема, в которой входное оконечное сопротивление как минимум примерно в 10 раз превышает сопротивление источника выходного сигнала, управляющего этим входом, называется мостовым входом.

[3] Холман, Томлинсон (12 ноября 2012 г.). Звук для кино и телевидения . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9781136046094 . В случае мостовых систем мы говорим, что сопротивление источника низкое, а сопротивление нагрузки высокое.

[:1-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Гесс, Ричард (1980). «Передача напряжения для аудиосистем» . www.richardhess.com . Архивировано из оригинала 20 февраля 2020 г. Проверено 16 июня 2022 г.

[:0-5] Jump up to: ^а ^б Дункан, Бен (1 апреля 1985 г.). «Взаимодействие с линией» . Домашняя и студийная запись (апрель 1985 г.): 56–58. Архивировано из оригинала 14 июня 2021 г.

[6] Дункан, Бен (1 августа 1984 г.). «Сопряжение микрофонов» . Домашняя и студийная запись (август 1984 г.): 46–47. Архивировано из оригинала 18 сентября 2020 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]