Het basisprincipe van impedantiematching
1. puur weerstandscircuit
In de natuurkunde op de middelbare school heeft elektriciteit zo'n probleem verteld: een weerstand van R elektrische apparaten, verbonden met een elektrische potentiaal van E, interne weerstand van r batterijpakket, onder welke omstandigheden is het uitgangsvermogen van de voeding het grootst?Wanneer de externe weerstand gelijk is aan de interne weerstand, is het uitgangsvermogen van de voeding naar het externe circuit het grootst, wat een puur resistieve circuitvermogenaanpassing is.Indien vervangen door een AC-circuit, moet dit ook voldoen aan de voorwaarden van R = r-circuit.
2. reactantiecircuit
Het impedantiecircuit is complexer dan het pure weerstandscircuit, naast de weerstand in het circuit zijn er condensatoren en inductoren.Componenten, en werken in laagfrequente of hoogfrequente AC-circuits.In AC-circuits worden weerstand, capaciteit en inductie van wisselstroomobstructie impedantie genoemd, aangegeven door de letter Z. Hiervan wordt het belemmerende effect van capaciteit en inductie op de wisselstroom respectievelijk capacitieve reactantie en inductieve reactantie genoemd.De waarde van capacitieve reactantie en inductieve reactantie houdt verband met de frequentie van de wisselstroom die wordt gebruikt, naast de grootte van de capaciteit en inductantie zelf.Het is vermeldenswaard dat in een reactantiecircuit de waarde van weerstand R, inductieve reactantie en capacitieve reactantie dubbel niet kan worden opgeteld door eenvoudige rekenkundige, maar algemeen gebruikte impedantietriangulatiemethode om te berekenen.Dus het impedantiecircuit om aanpassing te bereiken dan puur resistieve circuits is complexer, naast de ingangs- en uitgangscircuits in de weerstandscomponentvereisten zijn gelijk, maar vereist ook de reactantiecomponent van gelijke grootte en teken van het tegenovergestelde (conjugaataanpassing );of de resistieve component en de reactantiecomponenten zijn gelijk (niet-reflecterende matching).Verwijst hier naar de reactantie X, dat wil zeggen het verschil in inductieve XL en capacitieve reactantie XC (alleen voor serieschakelingen, als het parallelle circuit ingewikkelder te berekenen is).Om aan bovenstaande voorwaarden te voldoen wordt impedantiematching genoemd, de belasting die het maximale vermogen kan krijgen.
De sleutel tot impedantiematching is dat de uitgangsimpedantie van de voortrap gelijk is aan de ingangsimpedantie van de achtertrap.De ingangsimpedantie en uitgangsimpedantie worden veel gebruikt in elektronische schakelingen op alle niveaus, allerlei meetinstrumenten en allerlei elektronische componenten.Dus wat zijn ingangsimpedantie en uitgangsimpedantie?De ingangsimpedantie is de impedantie van het circuit ten opzichte van de signaalbron.Zoals weergegeven in figuur 3, is de ingangsimpedantie ervan bedoeld om de signaalbron E en de interne weerstand r van de AB-uiteinden te verwijderen naar de equivalente impedantie.De waarde is Z = UI / I1, dat wil zeggen de verhouding tussen de ingangsspanning en de ingangsstroom.Voor de signaalbron wordt de versterker de belasting.Numeriek gezien is de equivalente belastingswaarde van de versterker de waarde van de ingangsimpedantie.De grootte van de ingangsimpedantie is niet hetzelfde voor verschillende circuits.
Hoe hoger bijvoorbeeld de ingangsimpedantie (spanningsgevoeligheid genoemd) van het spanningsblok van een multimeter, hoe kleiner de shunt op het te testen circuit en hoe kleiner de meetfout.Hoe lager de ingangsimpedantie van het stroomblok, hoe kleiner de spanningsverdeling naar het te testen circuit, en dus hoe kleiner de meetfout.Voor vermogensversterkers, wanneer de uitgangsimpedantie van de signaalbron gelijk is aan de ingangsimpedantie van het versterkercircuit, wordt dit impedantieaanpassing genoemd, en dan kan het versterkercircuit het maximale vermogen aan de uitgang verkrijgen.Uitgangsimpedantie is de impedantie van het circuit ten opzichte van de belasting.Net als in figuur 4 wordt de voeding van de ingangszijde van het circuit kortgesloten, wordt de uitgangszijde van de belasting verwijderd en wordt de equivalente impedantie van de uitgangszijde van de CD de uitgangsimpedantie genoemd.Als de belastingsimpedantie niet gelijk is aan de uitgangsimpedantie, ook wel impedantie-mismatch genoemd, kan de belasting niet het maximale uitgangsvermogen verkrijgen.De verhouding tussen uitgangsspanning U2 en uitgangsstroom I2 wordt uitgangsimpedantie genoemd.De grootte van de uitgangsimpedantie is afhankelijk van verschillende circuits en verschillende vereisten.
Een spanningsbron vereist bijvoorbeeld een lage uitgangsimpedantie, terwijl een stroombron een hoge uitgangsimpedantie vereist.Voor een versterkercircuit geeft de waarde van de uitgangsimpedantie het vermogen aan om een belasting te dragen.Meestal resulteert een kleine uitgangsimpedantie in een hoog draagvermogen.Als de uitgangsimpedantie niet kan worden aangepast aan de belasting, kan een transformator of netwerkcircuit worden toegevoegd om de match te bereiken.Een transistorversterker wordt bijvoorbeeld gewoonlijk aangesloten op een uitgangstransformator tussen de versterker en de luidspreker, en de uitgangsimpedantie van de versterker wordt afgestemd op de primaire impedantie van de transformator, en de secundaire impedantie van de transformator wordt afgestemd op de impedantie van De spreker.De secundaire impedantie van de transformator wordt afgestemd op de impedantie van de luidspreker.De transformator transformeert de impedantieverhouding via de windingsverhouding van de primaire en secundaire wikkelingen.In de daadwerkelijke elektronische circuits kom je vaak de signaalbron en het versterkercircuit of het versterkercircuit tegen en is de belastingsimpedantie niet gelijk aan de situatie, zodat ze niet rechtstreeks kunnen worden aangesloten.De oplossing is om er een passend circuit of netwerk tussen toe te voegen.Ten slotte moet worden opgemerkt dat impedantieaanpassing alleen van toepassing is op elektronische circuits.Omdat het vermogen van de signalen die in elektronische circuits worden verzonden inherent zwak is, is afstemming nodig om het uitgangsvermogen te vergroten.In elektrische circuits wordt aanpassing doorgaans niet overwogen, omdat dit kan leiden tot overmatige uitgangsstroom en schade aan het apparaat.
Toepassing van impedantiematching
Voor algemene hoogfrequente signalen, zoals kloksignalen, bussignalen en zelfs tot enkele honderden megabytes aan DDR-signalen, enz., is de inductieve en capacitieve impedantie van de algemene apparaattransceiver relatief klein, de relatieve weerstand (dat wil zeggen, het echte deel van de impedantie) die genegeerd kan worden, en op dit punt hoeft bij het matchen van de impedantie alleen rekening te worden gehouden met het reële deel van het blik.
Op het gebied van radiofrequentie is de ingangs- en uitgangsimpedantie van veel apparaten zoals antennes, versterkers, enz. niet reëel (geen pure weerstand), en het denkbeeldige deel (capacitief of inductief) is zo groot dat het niet kan worden genegeerd , dan moeten we de conjugaatmatchingmethode gebruiken.
Posttijd: 17 augustus 2023