Základní princip impedančního přizpůsobení
1. čistě odporový obvod
Ve fyzice na střední škole elektřina vyprávěla takový problém: odpor R elektrických spotřebičů, připojených k elektrickému potenciálu E, vnitřní odpor r akumulátoru, za jakých podmínek je výkon zdroje největší?Když je vnější odpor roven vnitřnímu odporu, je výstupní výkon napájecího zdroje do vnějšího obvodu největší, což je čistě odporové přizpůsobení výkonu obvodu.Pokud je nahrazen střídavým obvodem, musí tento také splňovat podmínky obvodu R = r, aby odpovídal.
2. obvod reaktance
Impedanční obvod je složitější než čistě odporový obvod, kromě odporu jsou v obvodu ještě kondenzátory a tlumivky.Komponenty a pracují v nízkofrekvenčních nebo vysokofrekvenčních střídavých obvodech.Ve střídavých obvodech se odpor, kapacita a indukčnost překážky střídavým proudem nazývá impedance, označovaná písmenem Z. Z nich se brzdící účinek kapacity a indukčnosti na střídavý proud nazývá kapacitní reaktance a resp. indukční reaktance.Hodnota kapacitní reaktance a indukční reaktance souvisí kromě velikosti samotné kapacity a indukčnosti s frekvencí provozovaného střídavého proudu.Stojí za zmínku, že v reaktančním obvodu nelze hodnotu odporu R, indukční reaktance a kapacitní reaktance dvojnásobku sečíst jednoduchou aritmetickou, ale běžně používanou metodou impedanční triangulace k výpočtu.To znamená, že impedanční obvod k dosažení přizpůsobení než čistě odporové obvody musí být složitější, kromě vstupních a výstupních obvodů jsou požadavky na odporovou složku stejné, ale také vyžaduje reaktanční složku stejné velikosti a opačného znaménka (konjugované přizpůsobení );nebo odporová složka a reaktanční složky jsou stejné (neodrazové přizpůsobení).Zde se odkazuje na reaktanci X, tj. rozdíl induktivní XL a kapacitní reaktance XC (pouze pro sériové obvody, pokud je výpočet paralelního obvodu složitější).Pro splnění výše uvedených podmínek se nazývá impedanční přizpůsobení, zátěž, která může získat maximální výkon.
Klíčem k impedančnímu přizpůsobení je, že výstupní impedance předního stupně je rovna vstupní impedanci zadního stupně.Vstupní impedance a výstupní impedance jsou široce používány v elektronických obvodech na všech úrovních, u všech druhů měřicích přístrojů a všech druhů elektronických součástek.Co je tedy vstupní impedance a výstupní impedance?Vstupní impedance je impedance obvodu ke zdroji signálu.Jak je znázorněno na obrázku 3 zesilovače, jeho vstupní impedance má odstranit zdroj signálu E a vnitřní odpor r z konců AB do ekvivalentní impedance.Jeho hodnota je Z = UI / I1, tedy poměr vstupního napětí a vstupního proudu.Pro zdroj signálu se zesilovač stává jeho zátěží.Číselně je ekvivalentní hodnota zátěže zesilovače hodnota vstupní impedance.Velikost vstupní impedance není pro různé obvody stejná.
Například, čím vyšší je vstupní impedance (nazývaná napěťová citlivost) napěťového bloku multimetru, tím menší je bočník na testovaném obvodu a tím menší je chyba měření.Čím nižší je vstupní impedance proudového bloku, tím menší je rozdělení napětí do testovaného obvodu a tím menší je chyba měření.U výkonových zesilovačů, kdy se výstupní impedance zdroje signálu rovná vstupní impedanci zesilovacího obvodu, se tomu říká impedanční přizpůsobení, a pak může obvod zesilovače získat maximální výkon na výstupu.Výstupní impedance je impedance obvodu vůči zátěži.Stejně jako na obrázku 4 je napájení vstupní strany obvodu zkratováno, výstupní strana zátěže je odstraněna, ekvivalentní impedance z výstupní strany CD se nazývá výstupní impedance.Pokud se impedance zátěže nerovná výstupní impedanci, tzv. impedanční nesoulad, zátěž nemůže získat maximální výstupní výkon.Poměr výstupního napětí U2 a výstupního proudu I2 se nazývá výstupní impedance.Velikost výstupní impedance závisí na různých obvodech mají různé požadavky.
Například zdroj napětí vyžaduje nízkou výstupní impedanci, zatímco zdroj proudu vyžaduje vysokou výstupní impedanci.U obvodu zesilovače hodnota výstupní impedance udává jeho schopnost přenášet zátěž.Malá výstupní impedance má obvykle za následek vysokou nosnost.Pokud výstupní impedanci nelze přizpůsobit zátěži, lze k dosažení shody přidat transformátor nebo síťový obvod.Například tranzistorový zesilovač je obvykle připojen k výstupnímu transformátoru mezi zesilovačem a reproduktorem a výstupní impedance zesilovače je přizpůsobena primární impedanci transformátoru a sekundární impedance transformátoru je přizpůsobena impedanci mluvčí.Sekundární impedance transformátoru je přizpůsobena impedanci reproduktoru.Transformátor transformuje impedanční poměr prostřednictvím poměru závitů primárního a sekundárního vinutí.Ve skutečných elektronických obvodech se často setkáváme se zdrojem signálu a obvodem zesilovače nebo obvodem zesilovače a zátěžová impedance není rovna situaci, takže je nelze přímo zapojit.Řešením je přidat mezi ně odpovídající obvod nebo síť.Nakonec je třeba poznamenat, že impedanční přizpůsobení je použitelné pouze pro elektronické obvody.Protože výkon signálů přenášených v elektronických obvodech je ze své podstaty slabý, je ke zvýšení výstupního výkonu zapotřebí přizpůsobení.V elektrických obvodech se s přizpůsobením obecně nepočítá, protože může vést k nadměrnému výstupnímu proudu a poškození spotřebiče.
Aplikace impedančního přizpůsobení
U obecných vysokofrekvenčních signálů, jako jsou hodinové signály, signály sběrnice, a dokonce až několik stovek megabajtů signálů DDR atd., je obecná indukční a kapacitní impedance transceiveru zařízení relativně malá, relativní odpor (tj. skutečná část impedance), kterou lze ignorovat, a v tomto bodě musí impedanční přizpůsobení vzít v úvahu pouze skutečnou část může být.
V oblasti radiofrekvence mnoho zařízení, jako jsou antény, zesilovače atd., jejich vstupní a výstupní impedance není skutečná (není čistý odpor) a její imaginární část (kapacitní nebo indukční) je tak velká, že ji nelze ignorovat , pak musíme použít metodu konjugovaného párování.
Čas odeslání: 17. srpna 2023