หลักการจับคู่อิมพีแดนซ์

หลักการพื้นฐานของการจับคู่อิมพีแดนซ์

1. วงจรความต้านทานบริสุทธิ์

ในฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษา ไฟฟ้าได้บอกปัญหาดังกล่าว: ความต้านทานของเครื่องใช้ไฟฟ้า R ที่เชื่อมต่อกับศักย์ไฟฟ้าของ E ความต้านทานภายในของก้อนแบตเตอรี่ r ภายใต้เงื่อนไขใดที่เอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟมีขนาดใหญ่ที่สุดเมื่อความต้านทานภายนอกเท่ากับความต้านทานภายใน กำลังไฟฟ้าที่จ่ายออกจากแหล่งจ่ายไฟไปยังวงจรภายนอกจะมีขนาดใหญ่ที่สุด ซึ่งเป็นการจับคู่กำลังวงจรตัวต้านทานล้วนๆหากแทนที่ด้วยวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ วงจรเดียวกันจะต้องตรงตามเงื่อนไขของวงจร R = r เพื่อให้ตรงกัน

2. วงจรรีแอกแตนซ์

วงจรอิมพีแดนซ์มีความซับซ้อนมากกว่าวงจรความต้านทานบริสุทธิ์ นอกจากความต้านทานในวงจรแล้วยังมีตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำอีกด้วยส่วนประกอบและทำงานในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับความถี่ต่ำหรือความถี่สูงในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ความต้านทาน ความจุ และการเหนี่ยวนำของการอุดตันของกระแสสลับเรียกว่า อิมพีแดนซ์ ซึ่งระบุด้วยตัวอักษร Z ในจำนวนนี้ ผลที่ขัดขวางของความจุและการเหนี่ยวนำต่อกระแสสลับเรียกว่า ปฏิกิริยารีแอกแตนซ์แบบคาปาซิทีฟ และ และปฏิกิริยารีแอคแตนซ์แบบเหนี่ยวนำ และตามลำดับค่าของปฏิกิริยารีแอคแตนซ์แบบคาปาซิทีฟและรีแอคแทนซ์แบบเหนี่ยวนำมีความสัมพันธ์กับความถี่ของกระแสสลับที่ทำงานนอกเหนือจากขนาดของความจุและความเหนี่ยวนำนั่นเองเป็นที่น่าสังเกตว่าในวงจรรีแอกแตนซ์ ค่าของความต้านทาน R รีแอคแทนซ์แบบอุปนัย และรีแอกแทนซ์แบบคาปาซิทีฟสองเท่าไม่สามารถบวกได้ด้วยเลขคณิตอย่างง่าย แต่ใช้วิธีคำนวณสมการอิมพีแดนซ์ที่ใช้กันทั่วไปในการคำนวณดังนั้นวงจรอิมพีแดนซ์เพื่อให้บรรลุการจับคู่มากกว่าวงจรต้านทานล้วนๆจะมีความซับซ้อนมากขึ้น นอกเหนือจากวงจรอินพุตและเอาต์พุตในข้อกำหนดส่วนประกอบตัวต้านทานจะเท่ากัน แต่ยังต้องใช้ส่วนประกอบรีแอกแตนซ์ที่มีขนาดเท่ากันและเครื่องหมายตรงข้าม (การจับคู่คอนจูเกต );หรือส่วนประกอบตัวต้านทานและส่วนประกอบรีแอกแตนซ์เท่ากัน (การจับคู่แบบไม่สะท้อนแสง)ในที่นี้หมายถึงค่ารีแอกแตนซ์ X นั่นคือค่า XL อุปนัยและค่ารีแอกแตนซ์ XC ที่แตกต่างกัน (สำหรับวงจรอนุกรมเท่านั้น หากวงจรขนานมีความซับซ้อนในการคำนวณมากกว่า)เพื่อให้ตรงตามเงื่อนไขข้างต้นเรียกว่าการจับคู่อิมพีแดนซ์ซึ่งเป็นโหลดที่สามารถรับกำลังสูงสุดได้

สิ่งสำคัญในการจับคู่อิมพีแดนซ์คืออิมพีแดนซ์เอาต์พุตของสเตจด้านหน้าเท่ากับอิมพีแดนซ์อินพุตของสเตจด้านหลังอิมพีแดนซ์อินพุตและอิมพีแดนซ์เอาต์พุตใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ในทุกระดับ เครื่องมือวัดทุกชนิด และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ทุกชนิดแล้วอิมพีแดนซ์อินพุตและอิมพีแดนซ์เอาท์พุตคืออะไร?อิมพีแดนซ์อินพุตคืออิมพีแดนซ์ของวงจรต่อแหล่งสัญญาณดังที่แสดงในรูปที่ 3 แอมพลิฟายเออร์ อิมพีแดนซ์อินพุตคือการถอดแหล่งสัญญาณ E และความต้านทานภายใน r จาก AB สิ้นสุดเป็นอิมพีแดนซ์ที่เท่ากันค่าของมันคือ Z = UI / I1 นั่นคืออัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าอินพุตและกระแสอินพุตสำหรับแหล่งสัญญาณ เครื่องขยายเสียงจะกลายเป็นโหลดในเชิงตัวเลข ค่าโหลดที่เท่ากันของเครื่องขยายเสียงคือค่าของอิมพีแดนซ์อินพุตขนาดของอิมพีแดนซ์อินพุตไม่เหมือนกันสำหรับวงจรที่ต่างกัน

ตัวอย่างเช่น ยิ่งความต้านทานอินพุต (เรียกว่าความไวต่อแรงดันไฟฟ้า) ของบล็อกแรงดันไฟฟ้าของมัลติมิเตอร์ยิ่งสูง ค่าสับเปลี่ยนบนวงจรที่ทดสอบก็จะยิ่งน้อยลง และข้อผิดพลาดในการวัดก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้นยิ่งอิมพีแดนซ์อินพุตของบล็อกกระแสไฟฟ้าต่ำลง การแบ่งแรงดันไฟฟ้าของวงจรที่กำลังทดสอบก็จะน้อยลง และข้อผิดพลาดในการวัดก็จะน้อยลงด้วยสำหรับเพาเวอร์แอมป์ เมื่ออิมพีแดนซ์เอาต์พุตของแหล่งสัญญาณเท่ากับอิมพีแดนซ์อินพุตของวงจรแอมพลิฟายเออร์ จะเรียกว่าการจับคู่อิมพีแดนซ์ จากนั้นวงจรแอมพลิฟายเออร์สามารถรับกำลังสูงสุดที่เอาต์พุตได้อิมพีแดนซ์เอาต์พุตคืออิมพีแดนซ์ของวงจรต่อโหลดดังในรูปที่ 4 แหล่งจ่ายไฟของด้านอินพุตของวงจรลัดวงจร เอาต์พุตด้านเอาต์พุตของโหลดจะถูกลบออก อิมพีแดนซ์ที่เทียบเท่าจากด้านเอาต์พุตของซีดีเรียกว่าอิมพีแดนซ์เอาต์พุตหากอิมพีแดนซ์โหลดไม่เท่ากับอิมพีแดนซ์เอาต์พุต เรียกว่าอิมพีแดนซ์ไม่ตรงกัน โหลดจะไม่สามารถรับเอาต์พุตกำลังสูงสุดได้อัตราส่วนของแรงดันเอาต์พุต U2 และกระแสเอาต์พุต I2 เรียกว่าอิมพีแดนซ์เอาต์พุตขนาดของอิมพีแดนซ์เอาท์พุตขึ้นอยู่กับวงจรที่แตกต่างกันซึ่งมีข้อกำหนดที่แตกต่างกัน

ตัวอย่างเช่น แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าต้องการอิมพีแดนซ์เอาต์พุตต่ำ ในขณะที่แหล่งจ่ายกระแสต้องการอิมพีแดนซ์เอาต์พุตสูงสำหรับวงจรเครื่องขยายเสียง ค่าของอิมพีแดนซ์เอาต์พุตบ่งชี้ความสามารถในการรับโหลดโดยปกติแล้ว อิมพีแดนซ์เอาต์พุตเพียงเล็กน้อยจะส่งผลให้มีความสามารถในการรับโหลดสูงหากไม่สามารถจับคู่อิมพีแดนซ์เอาต์พุตกับโหลดได้ คุณสามารถเพิ่มหม้อแปลงหรือวงจรเครือข่ายเพื่อให้จับคู่ได้ตัวอย่างเช่น เครื่องขยายเสียงทรานซิสเตอร์มักจะเชื่อมต่อกับหม้อแปลงเอาท์พุทระหว่างเครื่องขยายเสียงและลำโพง และความต้านทานเอาท์พุทของเครื่องขยายเสียงจะจับคู่กับความต้านทานหลักของหม้อแปลง และความต้านทานรองของหม้อแปลงจะจับคู่กับความต้านทานของ นักพูด.อิมพีแดนซ์ทุติยภูมิของหม้อแปลงจะจับคู่กับอิมพีแดนซ์ของลำโพงหม้อแปลงไฟฟ้าจะแปลงอัตราส่วนอิมพีแดนซ์ผ่านอัตราส่วนการหมุนของขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิในวงจรอิเล็กทรอนิกส์จริงมักพบกับแหล่งสัญญาณและวงจรเครื่องขยายเสียงหรือวงจรเครื่องขยายเสียงและความต้านทานโหลดไม่เท่ากับสถานการณ์จึงไม่สามารถเชื่อมต่อโดยตรงได้วิธีแก้ไขคือเพิ่มวงจรหรือเครือข่ายที่ตรงกันระหว่างกันท้ายที่สุด ควรสังเกตว่าการจับคู่อิมพีแดนซ์ใช้ได้กับวงจรอิเล็กทรอนิกส์เท่านั้นเนื่องจากกำลังของสัญญาณที่ส่งในวงจรอิเล็กทรอนิกส์โดยธรรมชาติแล้วมีความอ่อนแอ จึงจำเป็นต้องมีการจับคู่เพื่อเพิ่มกำลังเอาท์พุตในวงจรไฟฟ้า โดยทั่วไปจะไม่พิจารณาการจับคู่ เนื่องจากอาจทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเอาต์พุตมากเกินไปและทำให้เครื่องใช้ไฟฟ้าเสียหายได้

การประยุกต์ใช้การจับคู่อิมพีแดนซ์

สำหรับสัญญาณความถี่สูงทั่วไป เช่น สัญญาณนาฬิกา สัญญาณบัส และแม้แต่สัญญาณ DDR สูงถึงหลายร้อยเมกะไบต์ เป็นต้น อิมพีแดนซ์แบบเหนี่ยวนำและแบบคาปาซิทีฟของตัวรับส่งสัญญาณอุปกรณ์ทั่วไปจะมีค่าค่อนข้างน้อย และมีความต้านทานสัมพัทธ์ (เช่น ส่วนที่แท้จริงของ อิมพีแดนซ์) ที่สามารถละเลยได้ และ ณ จุดนี้ การจับคู่อิมพีแดนซ์จะต้องคำนึงถึงส่วนที่แท้จริงของสามารถเป็นเท่านั้น

ในด้านความถี่วิทยุ อุปกรณ์จำนวนมาก เช่น เสาอากาศ เครื่องขยายสัญญาณ ฯลฯ อิมพีแดนซ์อินพุตและเอาท์พุตนั้นไม่มีอยู่จริง (ไม่ใช่ความต้านทานล้วนๆ) และส่วนที่จินตภาพ (คาปาซิทีฟหรืออุปนัย) มีขนาดใหญ่มากจนไม่สามารถละเลยได้ จากนั้นเราจะต้องใช้วิธีการจับคู่แบบคอนจูเกต