اصول تطبیق امپدانس

اصل اساسی تطبیق امپدانس

1. مدار مقاومت خالص

در فیزیک دبیرستان، برق چنین مشکلی را بیان کرده است: مقاومت وسایل برقی R، متصل به پتانسیل الکتریکی E، مقاومت داخلی بسته باتری r، در چه شرایطی توان خروجی منبع تغذیه بزرگترین است؟هنگامی که مقاومت خارجی برابر با مقاومت داخلی باشد، توان خروجی منبع تغذیه به مدار خارجی بزرگترین است، که یک تطبیق توان مدار کاملاً مقاومتی است.اگر با یک مدار AC جایگزین شود، باید شرایط مدار R = r را برای مطابقت داشته باشد.

2. مدار راکتانس

مدار امپدانس پیچیده تر از مدار مقاومت خالص است، علاوه بر مقاومت در مدار خازن و سلف وجود دارد.قطعات، و کار در مدارهای AC فرکانس پایین یا فرکانس بالا.در مدارهای AC مقاومت، ظرفیت و اندوکتانس انسداد جریان متناوب را امپدانس می گویند که با حرف Z نشان داده می شود. از این میان، اثر بازدارنده خازن و اندوکتانس بر جریان متناوب را راکتانس خازنی و و راکتانس القایی و به ترتیب نامیده می شود.مقدار راکتانس خازنی و راکتانس القایی به فرکانس جریان متناوب اعمال شده علاوه بر اندازه خود خازن و اندوکتانس مربوط می شود.شایان ذکر است که در یک مدار راکتانس، مقدار مقاومت R، راکتانس القایی و راکتانس خازنی دو برابر را نمی توان با محاسبات ساده اضافه کرد، اما معمولاً از روش مثلثی امپدانس برای محاسبه استفاده می شود.بنابراین، مدار امپدانس برای دستیابی به تطابق نسبت به مدارهای صرفاً مقاومتی پیچیده تر است، علاوه بر مدارهای ورودی و خروجی در اجزای مقاومتی برابر است، بلکه نیاز به مولفه راکتانس با اندازه مساوی و علامت مخالف دارد (تطبیق مزدوج )یا جزء مقاومتی و اجزای راکتانس برابر هستند (تطابق غیر بازتابی).در اینجا به راکتانس X اشاره دارد، یعنی تفاوت XL القایی و راکتانس خازنی XC (فقط برای مدارهای سری، اگر مدار موازی برای محاسبه پیچیده تر باشد).برای برآوردن شرایط فوق تطبیق امپدانس نامیده می شود، باری که می تواند حداکثر توان را به دست آورد.

کلید تطبیق امپدانس این است که امپدانس خروجی استیج جلو با امپدانس ورودی مرحله پشتی برابر است.امپدانس ورودی و امپدانس خروجی به طور گسترده در مدارهای الکترونیکی در تمام سطوح، انواع ابزار اندازه گیری و انواع قطعات الکترونیکی استفاده می شود.بنابراین امپدانس ورودی و امپدانس خروجی چیست؟امپدانس ورودی، امپدانس مدار به منبع سیگنال است.همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، امپدانس ورودی آن حذف منبع سیگنال E و مقاومت داخلی r، از انتهای AB به امپدانس معادل است.مقدار آن Z = UI / I1 است، یعنی نسبت ولتاژ ورودی و جریان ورودی.برای منبع سیگنال، تقویت کننده بار آن می شود.از نظر عددی، مقدار بار معادل تقویت کننده، مقدار امپدانس ورودی است.اندازه امپدانس ورودی برای مدارهای مختلف یکسان نیست.

به عنوان مثال، هر چه امپدانس ورودی (به نام حساسیت ولتاژ) بلوک ولتاژ یک مولتی متر بیشتر باشد، شنت مدار مورد آزمایش کوچکتر و خطای اندازه گیری کوچکتر است.هرچه امپدانس ورودی بلوک جریان کمتر باشد، تقسیم ولتاژ به مدار مورد آزمایش کمتر می شود و در نتیجه خطای اندازه گیری کوچکتر می شود.برای تقویت کننده های قدرت، زمانی که امپدانس خروجی منبع سیگنال با امپدانس ورودی مدار تقویت کننده برابر باشد، به آن تطبیق امپدانس می گویند و سپس مدار تقویت کننده می تواند حداکثر توان را در خروجی به دست آورد.امپدانس خروجی امپدانس مدار در برابر بار است.همانطور که در شکل 4، منبع تغذیه سمت ورودی مدار اتصال کوتاه دارد، سمت خروجی بار حذف می شود، امپدانس معادل از سمت خروجی سی دی امپدانس خروجی نامیده می شود.اگر امپدانس بار برابر با امپدانس خروجی نباشد که به آن عدم تطابق امپدانس می گویند، بار نمی تواند حداکثر توان خروجی را بدست آورد.نسبت ولتاژ خروجی U2 و جریان خروجی I2 را امپدانس خروجی می گویند.اندازه امپدانس خروجی بستگی به مدارهای مختلف دارد که نیازهای متفاوتی دارند.

به عنوان مثال، یک منبع ولتاژ به امپدانس خروجی کم نیاز دارد، در حالی که یک منبع جریان به امپدانس خروجی بالا نیاز دارد.برای مدار تقویت کننده، مقدار امپدانس خروجی نشان دهنده توانایی آن در حمل بار است.معمولاً یک امپدانس خروجی کوچک منجر به ظرفیت حمل بار بالا می شود.اگر امپدانس خروجی را نتوان با بار تطبیق داد، می توان یک ترانسفورماتور یا مدار شبکه را برای دستیابی به تطابق اضافه کرد.به عنوان مثال، یک تقویت کننده ترانزیستوری معمولاً به یک ترانسفورماتور خروجی بین تقویت کننده و بلندگو متصل می شود و امپدانس خروجی تقویت کننده با امپدانس اولیه ترانسفورماتور و امپدانس ثانویه ترانسفورماتور با امپدانس ترانسفورماتور مطابقت داده می شود. سخنران.امپدانس ثانویه ترانسفورماتور با امپدانس بلندگو مطابقت دارد.ترانسفورماتور نسبت امپدانس را از طریق نسبت چرخش سیم پیچ های اولیه و ثانویه تبدیل می کند.در مدارهای الکترونیکی واقعی، اغلب با منبع سیگنال و مدار تقویت کننده یا مدار تقویت کننده مواجه می شوند و امپدانس بار برابر با وضعیت نیست، بنابراین نمی توان آنها را مستقیماً متصل کرد.راه حل این است که یک مدار یا شبکه مطابق بین آنها اضافه کنید.در نهایت باید توجه داشت که تطبیق امپدانس فقط برای مدارهای الکترونیکی قابل استفاده است.از آنجایی که قدرت سیگنال های ارسال شده در مدارهای الکترونیکی ذاتا ضعیف است، برای افزایش توان خروجی به تطابق نیاز است.در مدارهای الکتریکی، تطبیق معمولا در نظر گرفته نمی شود، زیرا می تواند منجر به جریان خروجی بیش از حد و آسیب به دستگاه شود.

کاربرد تطبیق امپدانس

برای سیگنال‌های عمومی با فرکانس بالا، مانند سیگنال‌های ساعت، سیگنال‌های اتوبوس، و حتی تا چند صد مگابایت سیگنال‌های DDR و غیره، امپدانس القایی و خازنی فرستنده گیرنده عمومی دستگاه نسبتاً کوچک و مقاومت نسبی است (یعنی بخش واقعی امپدانس) که می تواند نادیده گرفته شود، و در این مرحله، تطبیق امپدانس تنها نیاز به در نظر گرفتن بخش واقعی قوطی دارد.

در زمینه فرکانس رادیویی، بسیاری از دستگاه ها مانند آنتن، تقویت کننده و ... امپدانس ورودی و خروجی آن واقعی نیست (مقاومت خالص نیست) و قسمت خیالی آن (خازنی یا القایی) آنقدر بزرگ است که نمی توان از آن چشم پوشی کرد. ، سپس باید از روش تطبیق مزدوج استفاده کنیم.