Zasady dopasowania impedancji

Podstawowa zasada dopasowania impedancji

1. obwód czystego oporu

W fizyce w szkole średniej elektryczność postawiła taki problem: rezystancja R urządzeń elektrycznych połączonych z potencjałem elektrycznym E, rezystancja wewnętrzna r zestawu akumulatorów, w jakich warunkach moc wyjściowa zasilacza jest największa?Gdy rezystancja zewnętrzna jest równa rezystancji wewnętrznej, moc wyjściowa zasilacza do obwodu zewnętrznego jest największa, co jest czysto rezystancyjnym dopasowaniem mocy obwodu.Jeśli zostanie zastąpiony obwodem prądu przemiennego, musi on również spełniać warunki obwodu R = r.

2. obwód reaktancyjny

Obwód impedancji jest bardziej złożony niż obwód czystej rezystancji, oprócz rezystancji w obwodzie znajdują się kondensatory i cewki indukcyjne.Komponenty i działają w obwodach prądu przemiennego o niskiej lub wysokiej częstotliwości.W obwodach prądu przemiennego rezystancja, pojemność i indukcyjność przeszkody prądu przemiennego nazywane są impedancją, oznaczoną literą Z. Spośród nich zakłócający wpływ pojemności i indukcyjności na prąd przemienny nazywa się odpowiednio reaktancją pojemnościową i reaktancją indukcyjną.Wartość reaktancji pojemnościowej i reaktancji indukcyjnej jest powiązana z częstotliwością obsługiwanego prądu przemiennego, a także z wielkością samej pojemności i indukcyjności.Warto zauważyć, że w obwodzie reaktancji wartości rezystancji R, reaktancji indukcyjnej i podwójnej reaktancji pojemnościowej nie można dodać za pomocą prostej arytmetyki, ale do obliczeń powszechnie stosowaną metodą triangulacji impedancji.Zatem obwód impedancji w celu uzyskania dopasowania niż obwody czysto rezystancyjne jest bardziej złożony, oprócz obwodów wejściowych i wyjściowych w wymaganiach dotyczących elementu rezystancyjnego są równe, ale wymaga również składowej reaktancyjnej o jednakowej wielkości i znaku przeciwnym (dopasowanie sprzężone );lub składnik rezystancyjny i składniki reaktancyjne są równe (dopasowanie bezodblaskowe).Tutaj odnosi się to do reaktancji X, to znaczy różnicy reaktancji indukcyjnej XL i różnicy reaktancji pojemnościowej XC (tylko w przypadku obwodów szeregowych, jeśli obwód równoległy jest bardziej skomplikowany do obliczenia).Spełnienie powyższych warunków nazywa się dopasowaniem impedancji, czyli obciążeniem, które może uzyskać maksymalną moc.

Kluczem do dopasowania impedancji jest to, że impedancja wyjściowa stopnia przedniego jest równa impedancji wejściowej stopnia tylnego.Impedancja wejściowa i impedancja wyjściowa są szeroko stosowane w obwodach elektronicznych na wszystkich poziomach, we wszystkich rodzajach przyrządów pomiarowych i wszelkiego rodzaju komponentach elektronicznych.Czym zatem jest impedancja wejściowa i wyjściowa?Impedancja wejściowa to impedancja obwodu względem źródła sygnału.Jak pokazano na rysunku 3 wzmacniacza, jego impedancja wejściowa polega na usunięciu źródła sygnału E i rezystancji wewnętrznej r z końców AB do równoważnej impedancji.Jego wartość to Z = UI / I1, czyli stosunek napięcia wejściowego i prądu wejściowego.Dla źródła sygnału wzmacniacz staje się jego obciążeniem.Liczbowo równoważną wartością obciążenia wzmacniacza jest wartość impedancji wejściowej.Rozmiar impedancji wejściowej nie jest taki sam dla różnych obwodów.

Na przykład im wyższa impedancja wejściowa (zwana czułością napięciową) bloku napięciowego multimetru, tym mniejszy bocznik w badanym obwodzie i tym mniejszy błąd pomiaru.Im niższa impedancja wejściowa bloku prądowego, tym mniejszy jest podział napięcia na badany obwód, a co za tym idzie, mniejszy błąd pomiaru.W przypadku wzmacniaczy mocy, gdy impedancja wyjściowa źródła sygnału jest równa impedancji wejściowej obwodu wzmacniacza, nazywa się to dopasowaniem impedancji i wtedy obwód wzmacniacza może uzyskać maksymalną moc na wyjściu.Impedancja wyjściowa to impedancja obwodu w stosunku do obciążenia.Podobnie jak na rysunku 4, zasilanie strony wejściowej obwodu jest zwarte, strona wyjściowa obciążenia jest usuwana, impedancja zastępcza strony wyjściowej płyty CD nazywana jest impedancją wyjściową.Jeśli impedancja obciążenia nie jest równa impedancji wyjściowej, co nazywa się niedopasowaniem impedancji, obciążenie nie może uzyskać maksymalnej mocy wyjściowej.Stosunek napięcia wyjściowego U2 do prądu wyjściowego I2 nazywany jest impedancją wyjściową.Rozmiar impedancji wyjściowej zależy od różnych obwodów i mają różne wymagania.

Na przykład źródło napięcia wymaga niskiej impedancji wyjściowej, podczas gdy źródło prądu wymaga wysokiej impedancji wyjściowej.W przypadku obwodu wzmacniacza wartość impedancji wyjściowej wskazuje na jego zdolność do przenoszenia obciążenia.Zwykle mała impedancja wyjściowa skutkuje dużą obciążalnością.Jeśli impedancji wyjściowej nie można dopasować do obciążenia, w celu uzyskania dopasowania można dodać transformator lub obwód sieciowy.Na przykład wzmacniacz tranzystorowy jest zwykle podłączony do transformatora wyjściowego pomiędzy wzmacniaczem a głośnikiem, a impedancja wyjściowa wzmacniacza jest dopasowywana do pierwotnej impedancji transformatora, a wtórna impedancja transformatora jest dopasowywana do impedancji mówca.Impedancja wtórna transformatora jest dopasowana do impedancji głośnika.Transformator przekształca stosunek impedancji poprzez współczynnik zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego.W rzeczywistych obwodach elektronicznych często spotyka się źródło sygnału i obwód wzmacniacza lub obwód wzmacniacza, a impedancja obciążenia nie jest równa sytuacji, więc nie można ich bezpośrednio podłączyć.Rozwiązaniem jest dodanie między nimi pasującego obwodu lub sieci.Na koniec należy zauważyć, że dopasowanie impedancji ma zastosowanie tylko do obwodów elektronicznych.Ponieważ moc sygnałów przesyłanych w obwodach elektronicznych jest z natury słaba, konieczne jest dopasowanie w celu zwiększenia mocy wyjściowej.W obwodach elektrycznych generalnie nie bierze się pod uwagę dopasowania, ponieważ może to prowadzić do nadmiernego prądu wyjściowego i uszkodzenia urządzenia.

Zastosowanie dopasowania impedancji

W przypadku ogólnych sygnałów o wysokiej częstotliwości, takich jak sygnały zegara, sygnały magistrali, a nawet do kilkuset megabajtów sygnałów DDR itp., ogólna impedancja indukcyjna i pojemnościowa urządzenia nadawczo-odbiorczego jest stosunkowo mała, rezystancja względna (tj. rzeczywista część impedancja), którą można zignorować i w tym momencie dopasowywanie impedancji musi uwzględniać jedynie rzeczywistą część możliwej.

W dziedzinie częstotliwości radiowych wiele urządzeń, takich jak anteny, wzmacniacze itp., ich impedancja wejściowa i wyjściowa nie jest rzeczywista (nie jest to czysta rezystancja), a jej część urojona (pojemnościowa lub indukcyjna) jest tak duża, że ​​nie można jej zignorować , wówczas musimy zastosować metodę dopasowywania sprzężonego.