Основной принцип согласования импедансов
1. цепь чистого сопротивления
В средней школе по физике электричества была описана такая задача: сопротивление электроприборов R, подключенных к электрическому потенциалу E, внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи r, при каких условиях выходная мощность источника питания является наибольшей?Когда внешнее сопротивление равно внутреннему сопротивлению, выходная мощность источника питания во внешней цепи является наибольшей, что представляет собой чисто резистивное согласование мощности цепи.В случае замены цепью переменного тока она также должна соответствовать условиям цепи R = r.
2. цепь реактивного сопротивления
Схема импеданса более сложна, чем схема чистого сопротивления, помимо сопротивлений в цепи присутствуют конденсаторы и катушки индуктивности.Компоненты и работают в низкочастотных или высокочастотных цепях переменного тока.В цепях переменного тока сопротивление, емкость и индуктивность препятствия переменному току называют импедансом, обозначаемым буквой Z. Из них тормозящее влияние емкости и индуктивности на переменный ток называют емкостным реактивным сопротивлением и и индуктивным реактивным сопротивлением соответственно.Величина емкостного реактивного сопротивления и индуктивного реактивного сопротивления связана с частотой действующего переменного тока, а также с величиной самой емкости и индуктивности.Стоит отметить, что в цепи реактивного сопротивления значение сопротивления R, индуктивного реактивного сопротивления и двойного емкостного реактивного сопротивления не может быть добавлено с помощью простой арифметики, а для расчета обычно используется метод триангуляции импеданса.Таким образом, схема импеданса для достижения согласования, чем чисто резистивные цепи, должна быть более сложной, в дополнение к входным и выходным цепям в требованиях к резистивному компоненту равны, но также требуется, чтобы компонент реактивного сопротивления был одинакового размера и знака противоположного (сопряженное согласование). );или резистивная составляющая и составляющая реактивного сопротивления равны (неотражающее согласование).Здесь имеется в виду реактивное сопротивление X, то есть разность индуктивного XL и емкостного реактивного сопротивления XC (только для последовательных цепей, если параллельную цепь рассчитать сложнее).Соответствие вышеуказанным условиям называется согласованием импеданса, нагрузки, которая может получить максимальную мощность.
Ключом к согласованию импедансов является то, что выходное сопротивление переднего каскада равно входному сопротивлению заднего каскада.Входное и выходное сопротивление широко используются в электронных схемах всех уровней, во всех видах измерительных приборов и всех видах электронных компонентов.Так что же такое входное сопротивление и выходное сопротивление?Входное сопротивление — это сопротивление цепи по отношению к источнику сигнала.Как показано на рисунке 3 усилителя, его входное сопротивление предназначено для удаления источника сигнала E и внутреннего сопротивления r от концов AB в эквивалентное сопротивление.Его значение равно Z = UI/I1, то есть соотношение входного напряжения и входного тока.Для источника сигнала его нагрузкой становится усилитель.Численно эквивалентное значение нагрузки усилителя представляет собой значение входного сопротивления.Величина входного сопротивления неодинакова для разных схем.
Например, чем выше входное сопротивление (называемое чувствительностью по напряжению) блока напряжения мультиметра, тем меньше шунт на проверяемой цепи и тем меньше погрешность измерения.Чем ниже входное сопротивление токового блока, тем меньше деление напряжения в проверяемой цепи и, следовательно, тем меньше погрешность измерения.Для усилителей мощности, когда выходное сопротивление источника сигнала равно входному сопротивлению схемы усилителя, это называется согласованием импеданса, и тогда схема усилителя может получить максимальную мощность на выходе.Выходное сопротивление — это сопротивление цепи относительно нагрузки.Как и на рисунке 4, источник питания входной стороны схемы закорочен, выходная сторона нагрузки удалена, эквивалентное сопротивление с выходной стороны КД называется выходным сопротивлением.Если сопротивление нагрузки не равно выходному сопротивлению, что называется несоответствием импеданса, нагрузка не может получить максимальную выходную мощность.Отношение выходного напряжения U2 и выходного тока I2 называется выходным сопротивлением.Размер выходного сопротивления зависит от различных схем и требований.
Например, источник напряжения требует низкого выходного сопротивления, а источник тока требует высокого выходного сопротивления.Для схемы усилителя значение выходного сопротивления указывает на ее способность выдерживать нагрузку.Обычно небольшой выходной импеданс обеспечивает высокую нагрузочную способность.Если выходное сопротивление не может быть согласовано с нагрузкой, для достижения согласования можно добавить трансформатор или сетевую цепь.Например, транзисторный усилитель обычно подключается к выходному трансформатору между усилителем и динамиком, выходное сопротивление усилителя согласуется с первичным сопротивлением трансформатора, а вторичное сопротивление трансформатора согласовывается с сопротивлением динамик.Вторичное сопротивление трансформатора согласовано с сопротивлением громкоговорителя.Трансформатор преобразует коэффициент импеданса через коэффициент трансформации первичной и вторичной обмоток.В реальных электронных схемах часто встречаются источник сигнала и схема усилителя или схема усилителя, а сопротивление нагрузки не соответствует ситуации, поэтому их нельзя подключить напрямую.Решение состоит в том, чтобы добавить между ними согласующую цепь или сеть.Наконец, следует отметить, что согласование импеданса применимо только к электронным схемам.Поскольку мощность сигналов, передаваемых в электронных схемах, по своей природе слаба, для увеличения выходной мощности необходимо согласование.В электрических цепях согласование обычно не учитывается, так как оно может привести к чрезмерному выходному току и повреждению прибора.
Применение согласования импеданса
Для обычных высокочастотных сигналов, таких как тактовые сигналы, сигналы шины и даже сигналы DDR размером до нескольких сотен мегабайт и т. д., общий индуктивный и емкостный импеданс приемопередатчика относительно невелик, относительное сопротивление (т. е. действительная часть импеданс), который можно игнорировать, и на этом этапе при согласовании импеданса необходимо учитывать только действительную часть.
В области радиочастот, во многих устройствах, таких как антенны, усилители и т. д., их входное и выходное сопротивление не является действительным (не чистым сопротивлением), а его мнимая часть (емкостная или индуктивная) настолько велика, что ее нельзя игнорировать. , то мы должны использовать метод сопряженного сопоставления.
Время публикации: 17 августа 2023 г.