Dalam konteks rangkaian pembeda, apa itu "resistor pengindera arus"?

Saya membaca The Art of Electronics dan saya bingung dengan penggunaan istilah "resistor pengindera arus" karena berkaitan dengan rangkaian pembeda. Pada gambar di atas, penulis menjelaskan bahwa pembeda yang sempurna dapat dibuat dari kapasitor saja, meskipun arus melalui kapasitor tidak dapat digunakan sebagai output. Jadi, dia mengatakan "resistor pengindera arus" harus ditambahkan. Pertanyaan saya adalah:

1) Apa arti istilah "penginderaan saat ini" dalam konteks ini?

2) Mengapa resistor itu perlu? Saya mengalami kesulitan memahami secara intuitif mengapa ini terjadi.

Apa arti istilah "penginderaan saat ini" dalam konteks ini?

Ketika arus mengalir melalui resistor, perbedaan tegangan proporsional muncul di antara kedua ujungnya, menurut hukum Ohm. Jadi, sebuah resistor mengubah arus menjadi tegangan. Jika salah satu ujung resistor terhubung ke GND, seperti di sini, maka tegangan sehubungan dengan GND sebanding dengan arus yang mengalir ke / dari GND melalui resistor.

Ada peringatan, tentu saja:

• Jika arus bukan dari sumber arus ideal, tetapi dari sirkuit yang perilakunya tergantung pada voltase di atasnya, maka perilaku rangkaian berubah dibandingkan jika resistornya hanya kawat (0 Ω, perbedaan tegangan 0 V).

  Dalam kasus khusus ini, arus ditentukan oleh turunan waktu dari tegangan melintasi kapasitor. Tetapi dengan memperkenalkan resistor, kami telah membagi tegangan antara kapasitor dan resistor, jadi kami telah mengubah arus (lihat jawaban Chu untuk efek yang tepat).$V_{in}$

• Resistor menghilangkan energi dan menjadi panas. Untuk meminimalkan efek ini (jika arus tidak berubah), Anda menggunakan nilai resistor yang lebih rendah, tetapi itu berarti bahwa tegangannya lebih kecil dan lebih banyak kebisingan. Secara khusus, resistor harus besar dibandingkan dengan resistansi kabel catu daya.

• Jika Anda mengukur voltase maka itu berarti Anda menghubungkannya ke beberapa elemen rangkaian lain, yang melaluinya sejumlah arus juga mengalir, mengganggu karakteristik ("memuat rangkaian"). Oleh karena itu, Anda ingin menghubungkan ke input impedansi tinggi seperti penguat operasional atau sirkuit buffer lainnya.$V_{out}$

Sebagian besar di atas berlaku untuk setiap arus resistor-sensing, bukan hanya orang-orang yang merupakan bagian dari pembeda. Penggunaan umum resistor penginderaan saat ini adalah dalam perangkat yang mengukur arus, seperti multimeter dan meter penggunaan energi. Ketika mereka besar dan bernilai rendah, untuk menangani arus besar, mereka sering disebut "shunt saat ini" sebagai gantinya.

Mengapa resistor itu perlu?

Seperti yang saya sebutkan di atas, mengurangi resistansi mengurangi output tegangan secara proporsional. Bayangkan menguranginya sampai nol; maka outputnya adalah nol volt - terminal terhubung langsung ke ground, dan Anda telah mengubah sirkuit B menjadi sirkuit A. Jadi Anda telah menghilangkan resistor tetapi juga menghilangkan tegangan output Anda.$V_{out}$

Untuk kapasitor, , tetapi kami ingin sinyal tegangan sebagai turunannya karena lebih nyaman ... jadi lewati melalui resistor dan ukur tegangan melintasi resistor.$\small i=C\large \frac{dv}{dt}$$\small i$

Sayangnya, menambahkan resistor ke sirkuit berarti bahwa arus tidak lagi merupakan turunan tegangan yang tepat, jadi kita harus mentolerir kesalahan; tapi ini diminimalkan jika resistor bernilai kecil.

Fungsi transfer sirkuit, , kira-kira menjadi jika .$\frac{V_{out}}{V_{in}}= \frac {RCs}{1+RCs}$$\small \frac{V_{out}}{V_{in}}= RCs$$\small RCs<<1$

Namun, itu tidak semua berita buruk. Diferensiasi secara inheren merupakan proses penguatan noise, dan penyebut mewakili filter low-pass dengan frekuensi sudut, rad / detik.$\small (1+RCs)$$\small \omega_c=\frac{1}{RC}$

Rangkaian dalam A membedakan sinyal tegangan input tetapi outputnya adalah arus yang tidak dapat dengan mudah digunakan untuk tahapan berikut.

Untuk mengubah arus menjadi tegangan yang dapat dengan mudah digunakan, Anda dapat menggunakan resistor yang ditunjukkan dalam B - tegangan melintasi resistor sebanding dengan arus yang mengalir melalui resistor. Ini adalah "resistor penginderaan arus" tugasnya adalah mengubah arus menjadi tegangan.

Namun keberadaan resistor menghancurkan kesempurnaan pembeda sehingga sekarang hanya perkiraan. Jika tegangan melintasi resistor menjadi fraksi signifikan dari tegangan (Vin) akan ada kesalahan dalam diferensiasi.

Ada pengaturan rangkaian untuk meminimalkan kesalahan ini yang dijelaskan nanti dalam buku ini. Biasanya mereka melibatkan rangkaian aktif yang dikenal sebagai penguat operasional.