Мостовое сопротивление

В аудиотехнике и звукозаписи высокоомное мостовое соединение , мостовое соединение напряжения или просто мостовое соединение — это соединение, в котором сопротивление нагрузки намного больше сопротивления источника. [1] [2] [3] Нагрузка измеряет напряжение источника, минимально потребляя ток или влияя на него.

Объяснение

Когда выход устройства (состоящего из источника напряжения V S и выходного сопротивления Z S на рисунке) подключен к входу другого устройства ( сопротивление нагрузки Z L на рисунке), эти два сопротивления образуют делитель напряжения :

В Л = З Л З С + З Л В С . {\displaystyle V_{L}={\frac {Z_{L}}{Z_{S}+Z_{L}}}V_{S}\,.}

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

  • Преимущества:
    • Уменьшает затухание на 6 дБ, вызванное согласованием импеданса , что помогает за счет уменьшения необходимого количества дополнительного усиления [5] и поддержания высокого отношения сигнал/шум . [6] [4] Однако вместо этого можно использовать трансформатор для согласования импеданса и обеспечения лучшего отношения сигнал/шум. А затухание на 6 дБ можно легко компенсировать в усилителе .
    • Облегчает подключение нескольких нагрузок к одному источнику. [5]
    • Уменьшает ток, потребляемый от исходного устройства, что помогает избежать потери мощности и помогает уменьшить искажения. Уменьшение тока через провод также снижает резистивные потери. [4]
  • Недостатки:
    • Увеличение Z L может привести к увеличению уровня шума окружающей среды , поскольку объединенное параллельное сопротивление Z S || Z L (в котором доминирует Z S ) немного увеличивается, что облегчает воздействие паразитного шума на узел сигнала.
    • Отражение сигнала от изменения импеданса. Однако для звуковых частот четверть длины волны при 20 кГц составляет примерно 2500 метров, поэтому аудиосхемы в студиях никогда не становятся настоящими линиями передачи . [4]

Приложения

Предельное затухание сигнала напряжения

Мостовое сопротивление обычно используется для избежания ненужного затухания напряжения и тока в соединениях линейного или микрофонного уровня, где исходное устройство имеет неизменяемое выходное сопротивление Z S . К счастью, входное сопротивление Z L современных схем операционных усилителей (и многих старых схем на электронных лампах ) часто естественным образом намного выше выходного сопротивления этих источников сигнала и, таким образом, естественным образом подходит для мостового сопротивления при приеме и усилении этих сигналов напряжения. По сути, более низкое выходное сопротивление современных схем облегчает мостовое сопротивление. [4]

Для устройств с очень высоким выходным импедансом, таких как гитарный звукосниматель или микрофон с высоким импедансом, DI-бокс может помочь с мостовым сопротивлением, преобразуя высокое выходное сопротивление в более низкое, чтобы не требовать от приемного устройства чрезмерно высокого входного сопротивления (что может иметь такие недостатки, как повышенный шум при длинных кабелях). DI-бокс размещается близко к исходному устройству, поэтому любые длинные кабели можно подключить к выходу DI-бокса (который обычно также преобразует несимметричные сигналы в симметричные для дальнейшего повышения помехоустойчивости).

Повышение электрической эффективности

Красная кривая показывает мощность в нагрузке, нормированную относительно ее максимально возможной (которая имеет место при R L == R S ). Черная кривая показывает эффективность передачи мощности η , которая асимптотически приближается к максимуму 100% по мере увеличения отношения. Р Л / Р С {\displaystyle R_{\mathrm {L} }/R_{\mathrm {S} }}

Как поясняется в теореме о максимальной передаче мощности § Максимизация передачи мощности в зависимости от энергоэффективности , эффективность η подачи мощности на чисто активную нагрузку с полным сопротивлением R L от источника напряжения с чисто активным выходным сопротивлением R S равна: Эта эффективность может быть увеличена с помощью мостового соединения импедансов, путем уменьшения R S и/или увеличения R L . η = 1 1 + Р С / Р Л . {\displaystyle \eta ={\frac {1}{1+R_{\mathrm {S} }/R_{\mathrm {L} }}}\,.}

Однако для передачи максимальной мощности от источника к нагрузке следует использовать согласование импеданса в соответствии с теоремой о передаче максимальной мощности .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Эргл, Джон; Форман, Крис (2002-01-01). Аудиотехника для звукоусиления. Hal Leonard Corporation. ISBN 9780634043550. Во всех современных применениях микрофон воспринимает импеданс в диапазоне 2000 Ом или выше, и это представляет собой так называемую мостовую нагрузку, которая фактически является нагрузкой разомкнутой цепи для микрофона.
  2. ^ Дэвис, Гэри Д.; Джонс, Ральф (1989-01-01). Справочник по звукоусилению. Hal Leonard Corporation. ISBN 9780881889000Схема , в которой входное сопротивление оконечной нагрузки составляет минимум 10-кратное сопротивление источника выходного сигнала, управляющего этим входом, называется мостовым входом.
  3. ^ Холман, Томлинсон (2012-11-12). Звук для кино и телевидения. Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9781136046094В случае мостовых систем мы говорим, что импеданс источника низкий, а импеданс нагрузки высокий .
  4. ^ abcde Hess, Richard (1980). «Передача напряжения для аудиосистем». www.richardhess.com . Архивировано из оригинала 2020-02-20 . Получено 16-06-2022 .
  5. ^ ab Duncan, Ben (1985-04-01). "Interfacing The Line". Home & Studio Recording (апрель 1985 г.): 56–58. Архивировано из оригинала 2021-06-14.
  6. ↑ Дункан, Бен (1984-08-01). «Mating Microphones». Home & Studio Recording (август 1984): 46–47. Архивировано из оригинала 2020-09-18.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Impedance_bridging&oldid=1175975989"