Empedans Eşleştirmenin İlkeleri

Empedans eşleştirmenin temel prensibi

1. saf direnç devresi

Ortaokul fiziğinde elektrik şöyle bir problem anlatmıştır: E'nin elektrik potansiyeline bağlı R elektrikli cihazların direnci, r pil takımının iç direnci, hangi koşullar altında güç kaynağının güç çıkışı en büyüktür?Dış direnç iç dirence eşit olduğunda, güç kaynağının harici devreye verdiği güç çıkışı en büyük olur; bu tamamen dirençli bir devre güç uyumudur.Bir AC devresi ile değiştirilirse, aynısının eşleşmesi için R = r devresinin koşullarını da karşılaması gerekir.

2. reaktans devresi

Empedans devresi saf direnç devresinden daha karmaşıktır, devrede direncin yanı sıra kapasitörler ve indüktörler de vardır.Bileşenler ve düşük frekanslı veya yüksek frekanslı AC devrelerinde çalışır.Alternatif akım devrelerinde alternatif akımın engellenmesinin direnci, kapasitansı ve endüktansı empedans olarak adlandırılır ve Z harfi ile gösterilir. Bunlardan kapasitans ve endüktansın alternatif akımı engelleyici etkisine sırasıyla kapasitif reaktans ve endüktif reaktans denir.Kapasitif reaktans ve endüktif reaktansın değeri, kapasitans ve endüktansın boyutuna ek olarak çalıştırılan alternatif akımın frekansıyla da ilgilidir.Bir reaktans devresinde, direnç R değerinin, endüktif reaktansın ve kapasitif reaktansın çift değerinin basit aritmetik ile eklenemeyeceğini, ancak hesaplamak için yaygın olarak kullanılan empedans üçgenleme yöntemini belirtmekte fayda vardır.Bu nedenle, empedans devresinin eşleşmesini sağlamak için tamamen dirençli devrelerden daha karmaşık olması, ayrıca giriş ve çıkış devrelerindeki dirençli bileşen gereksinimlerinin eşit olması, ancak aynı zamanda eşit büyüklükte ve zıt işaretli reaktans bileşenini de gerektirir (eşlenik eşleştirme) );veya dirençli bileşen ve reaktans bileşenleri eşittir (yansıtıcı olmayan eşleşme).Burada X reaktansı, yani endüktif XL ve kapasitif reaktans XC farkı ifade edilir (paralel devrenin hesaplanması daha karmaşıksa yalnızca seri devreler için).Yukarıdaki koşulları sağlamak için empedans uyumu, maksimum gücü alabilecek yüke denir.

Empedans eşleştirmenin anahtarı, ön katın çıkış empedansının arka katın giriş empedansına eşit olmasıdır.Giriş empedansı ve çıkış empedansı, her seviyedeki elektronik devrelerde, her türlü ölçüm cihazında ve her türlü elektronik bileşende yaygın olarak kullanılmaktadır.Peki giriş empedansı ve çıkış empedansı nedir?Giriş empedansı, devrenin sinyal kaynağına olan empedansıdır.Şekil 3'te gösterildiği gibi amplifikatörün giriş empedansı, sinyal kaynağı E'yi ve iç direnç r'yi AB uçlarından eşdeğer empedansa çıkarmaktır.Değeri Z = UI / I1, yani giriş voltajının giriş akımına oranıdır.Sinyal kaynağı için amplifikatör onun yükü haline gelir.Sayısal olarak amplifikatörün eşdeğer yük değeri, giriş empedansının değeridir.Giriş empedansının boyutu farklı devreler için aynı değildir.

Örneğin, bir multimetrenin voltaj bloğunun giriş empedansı (voltaj hassasiyeti olarak adlandırılır) ne kadar yüksek olursa, test edilen devredeki şönt o kadar küçük olur ve ölçüm hatası da o kadar küçük olur.Akım bloğunun giriş empedansı ne kadar düşük olursa, test edilen devrenin gerilim bölümü de o kadar küçük olur ve dolayısıyla ölçüm hatası da o kadar küçük olur.Güç amplifikatörleri için, sinyal kaynağının çıkış empedansı amplifikatör devresinin giriş empedansına eşit olduğunda buna empedans uyumu denir ve amplifikatör devresi çıkışta maksimum gücü elde edebilir.Çıkış empedansı devrenin yüke karşı empedansıdır.Şekil 4'teki gibi devrenin giriş tarafındaki güç kaynağına kısa devre yapılır, çıkış tarafındaki yük kaldırılır, CD'nin çıkış tarafındaki eşdeğer empedansa çıkış empedansı denir.Yük empedansı, empedans uyumsuzluğu olarak adlandırılan çıkış empedansına eşit değilse, yük maksimum güç çıkışını elde edemez.Çıkış voltajı U2 ile çıkış akımı I2'nin oranına çıkış empedansı denir.Çıkış empedansının boyutu farklı devrelerin farklı gereksinimlerine bağlıdır.

Örneğin, bir voltaj kaynağı düşük bir çıkış empedansı gerektirirken, bir akım kaynağı yüksek bir çıkış empedansı gerektirir.Bir amplifikatör devresi için çıkış empedansının değeri, devrenin yük taşıma yeteneğini gösterir.Genellikle küçük bir çıkış empedansı, yüksek yük taşıma kapasitesiyle sonuçlanır.Çıkış empedansı yük ile eşleştirilemiyorsa, eşleşmeyi sağlamak için bir transformatör veya ağ devresi eklenebilir.Örneğin, bir transistörlü amplifikatör genellikle amplifikatör ile hoparlör arasındaki bir çıkış transformatörüne bağlanır ve amplifikatörün çıkış empedansı, transformatörün birincil empedansı ile eşleştirilir ve transformatörün ikincil empedansı, amplifikatörün empedansı ile eşleştirilir. konuşmacı.Transformatörün ikincil empedansı hoparlörün empedansıyla eşleştirilir.Transformatör, empedans oranını birincil ve ikincil sargıların dönüş oranı aracılığıyla dönüştürür.Gerçek elektronik devrelerde sıklıkla karşılaşılan sinyal kaynağı ve amplifikatör devresi veya amplifikatör devresi ile yük empedansı eşit olmadığı için doğrudan bağlanamazlar.Çözüm, aralarına eşleşen bir devre veya ağ eklemektir.Son olarak empedans eşleştirmenin yalnızca elektronik devrelere uygulanabileceği unutulmamalıdır.Elektronik devrelerde iletilen sinyallerin gücü doğası gereği zayıf olduğundan, çıkış gücünü artırmak için eşleştirmeye ihtiyaç vardır.Elektrik devrelerinde, aşırı çıkış akımına ve cihazın hasar görmesine yol açabileceği için eşleştirme genellikle dikkate alınmaz.

Empedans Eşleştirme Uygulaması

Saat sinyalleri, veri yolu sinyalleri ve hatta birkaç yüz megabayta kadar DDR sinyalleri vb. gibi genel yüksek frekanslı sinyaller için, genel cihaz alıcı-vericisinin endüktif ve kapasitif empedansı nispeten küçüktür, göreceli direnç (yani, empedans) göz ardı edilebilecek olandır ve bu noktada empedans eşleştirmenin sadece mümkün olanın gerçek kısmını hesaba katması gerekir.

Radyo frekansı alanında, antenler, amplifikatörler vb. gibi birçok cihazın giriş ve çıkış empedansı gerçek değildir (saf direnç değildir) ve hayali kısmı (kapasitif veya endüktif) göz ardı edilemeyecek kadar büyüktür. , o zaman eşlenik eşleştirme yöntemini kullanmalıyız.