Активная нагрузка

Активная нагрузка или динамическая нагрузка — это компонент или цепь , которая функционирует как стабильный по току нелинейный резистор .

Схемотехника

В схемотехнике активная нагрузка — это компонент схемы, состоящий из активных устройств , таких как транзисторы , предназначенных для обеспечения высокого импеданса при слабом сигнале , 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 по переменному току некоторых типов усилителей . Чаще всего активной нагрузкой является выходная часть токового зеркала. ^[1] и представлен в идеализированном виде как источник тока. Обычно , входит только резистор постоянного тока в состав всего источника тока, включая источник постоянного напряжения (источник питания V _CC на рисунках ниже).

Пример общей базы

На рисунке 1 нагрузка представляет собой резистор, а ток через резистор определяется законом Ома как:

I_{C}={\frac {V_{CC}-V_{\text{out}}}{R_{C}}}

.

Как следствие этого соотношения, падение напряжения на резисторе привязано к току в Q. точке Если ток смещения фиксирован по каким-либо причинам, связанным с производительностью, любое увеличение сопротивления нагрузки автоматически приводит к снижению напряжения V _out . что, в свою очередь, снижает падение напряжения V _CB между коллектором и базой, ограничивая размах сигнала на выходе усилителя (если размах выходного напряжения больше, чем 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.

Дифференциальные усилители

Активные нагрузки часто используются в дифференциальных входных каскадах операционных усилителей , чтобы значительно увеличить коэффициент усиления.

Практические ограничения

На практике идеальный источник тока заменяется токовым зеркалом , которое менее идеально по двум причинам. Во-первых, его сопротивление переменному току велико, но не бесконечно. Во-вторых, зеркалу для поддержания работы (чтобы выходные транзисторы зеркала находились в активном режиме) требуется небольшое падение напряжения. В результате токовое зеркало действительно ограничивает допустимый размах выходного напряжения, но это ограничение намного меньше, чем для резистора, а также не зависит от выбора тока смещения, что оставляет большую гибкость, чем резистор, при проектировании схемы.

Испытательное оборудование

В области электронного испытательного оборудования активная нагрузка используется для автоматического тестирования источников питания и других источников электроэнергии, чтобы гарантировать, что их выходное напряжение и ток соответствуют техническим характеристикам в диапазоне условий нагрузки, от холостого хода 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 с помощью электронного управления, либо с помощью аналогового регулировочного устройства, такого как многооборотный потенциометр , либо, в автоматизированных испытательных установках, с помощью цифрового компьютера. Сопротивление нагрузки часто можно быстро изменять, чтобы проверить переходные характеристики источника питания .

Как и резистор, активная нагрузка преобразует электрическую энергию источника питания в тепловую. Поэтому устройства рассеивания тепла (обычно транзисторы ) в активной нагрузке должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать возникающее в результате повышение температуры, и обычно охлаждаются с помощью радиаторов .

Для дополнительного удобства активные нагрузки часто включают в себя схемы для измерения тока и напряжения, подаваемые на входы, и могут отображать эти измерения в числовых значениях.

Ссылки

^ Ричард К. Джагер, Трэвис Н. Блэлок (2004). Проектирование микроэлектронных схем (второе изд.). Нью-Йорк: McGraw-Hill Professional. п. 1228. ИСБН 0-07-250503-6 .

[Jaeger-1] Ричард К. Джагер, Трэвис Н. Блэлок (2004). Проектирование микроэлектронных схем (второе изд.). Нью-Йорк: McGraw-Hill Professional. п. 1228. ИСБН 0-07-250503-6 .

[1]