Согласование сопротивлений генераторных ИП

Есть два преобразователя: генераторный измерительный преобразователь ИП, который представлен своей ЭДС — Е(х), которая является функцией входной величины х, и СИ с входным сопротивлением Rн.

Найдем условия, при которых мощность, передаваемая от ИП к СИ, – максимальна.

Мощность выделяемая в нагрузке Рн=I2Rн (1). Если Rн=0, то ток в цепи , и Рн=0. Если , то I=0, и так же Pн=0.

Следовательно, должно найтись такое значение Rн, при котором выделяемая мощность Pн максимальна (см. рис).

Т.к. , отсюда и из (1) получим: .

Введем величину – мощность короткого замыкания ИП, которая является характеристикой ИП. Введем также обозначение , где . Таким образом, мощность, выделяемая в нагрузке дается формулой, где x — коэффициент эффективности преобразования энергии преобразователя ИП.

Изобразим на графике в логарифмическом масштабе зависимость x(а). Эта зависимость имеет максимум. Если согласуемые сопротивления комплексные, то следует провести замены:

Ri®Zi и Rн®Zн. Поскольку, ,тогда .

Величина максимума x зависит от соотношения φi и φн:

Если φi н, то кривая не отличается от случая обычных активных резисторов.

Если φiн, то максимум x составляет 1/2 вместо 1/4.

Если φi=-φн или φiн±p, т.е., например, внутреннее сопротивление преобразователя ИП емкостное, а нагрузка – индуктивная, то в точке a=1 будет разрыв. Последний случай встречается редко. Его стараются избежать из-за резкой зависимости чувствительности от изменения частоты вблизи резонанса. Поэтому весь практически встречающийся набор максимальных значений ξ укладывается в диапазон от 0,25 до 0,5.

Вывод: максимальная эффективность преобразования ξ достигается при равенстве модулей нагрузки и внутреннего сопротивления: .

Из графика следует, что при а<<1 параметр ξ изменяется прямо пропорционально а, при а>>1 параметр ξ изменяется пропорционально 1/а. Поэтому при а далеких от единицы эффективность преобразования сигнала падает, что приводит к понижению чувствительности, точности и рабочего диапазона СИ.

Для компенсации этих потерь приходится снижать быстродействие преобразователей, вводить в прибор усилитель и увеличивать мощность, питающую прибор.

С другой стороны, выполнение условий согласования не требует материальных затрат и широко применяется на практике. На практике из-за того, что максимум зависимости ξ(а) очень пологий, согласование обеспечивается даже при а в диапазоне от 3 до 5.