Eingangsimpedanz

Das Eingangsimpedanz von einem elektrisches Netzwerk ist das Maß für die Opposition gegen Strom (Impedanz), beide statisch (Widerstand) und dynamisch (Reaktanz) in das Lastnetzwerk, das ist extern zur elektrischen Quelle. Die Eingabe Zulassung (das gegenseitig von Impedanz) ist ein Maß für die Neigung der Last, Strom zu zeichnen. Das Quellnetzwerk ist der Teil des Netzwerks, der Strom überträgt, und das Lastnetzwerk ist der Teil des Netzwerks, der Strom verbraucht.

Der Schaltkreis links vom zentralen Satz von offenen Kreisen modelliert den Ausgangsschaltkreis, während der Schaltkreis am rechten die angeschlossene Schaltung modelliert. Z_S ist die Ausgangsimpedanz, die durch die Last gesehen wird, und Z_L ist die Eingangsimpedanz von der Quelle.

Eingangsimpedanz

Wenn das Lastnetz durch ein Gerät mit einer Ausgangsimpedanz ersetzt würde, die der Eingangsimpedanz des Lastnetzwerks (äquivalente Schaltung) entspricht, wäre die Eigenschaften des Quellladungsnetzwerks aus Sicht des Verbindungspunkts gleich. Die Spannung über und der Strom über die Eingangsanschlüsse wäre also identisch mit dem ausgewählten Lastnetzwerk.

Daher bestimmen die Eingangsimpedanz der Last und die Ausgangsimpedanz der Quelle, wie sich der Quellstrom und die Spannung ändern.

Das Thévenins Äquivalent Die Schaltung des elektrischen Netzwerks verwendet das Konzept der Eingabeimpedanz, um die Impedanz der äquivalenten Schaltung zu bestimmen.

Berechnung

Wenn man einen Schaltkreis mit äquivalenten Eigenschaften über die Eingangsklemmen erstellen, indem die Eingangsimpedanz über die Last der Schaltung und die Ausgangsimpedanz in Reihe mit der Signalquelle platziert wird, Ohm'sches Gesetz könnte verwendet werden, um die Übertragungsfunktion zu berechnen.

Elektrische Effizienz

Die Werte der Eingangs- und Ausgangsimpedanz werden häufig verwendet, um die elektrische Effizienz von Netzwerken zu bewerten, indem sie in mehrere Stufen zerlegt und die Effizienz der Wechselwirkung zwischen jeder Stufe unabhängig bewertet werden. Um elektrische Verluste zu minimieren, sollte die Ausgangsimpedanz des Signals im Vergleich zur Eingangsimpedanz des angeschlossenen Netzwerks unbedeutend sein, da die Verstärkung dem Verhältnis der Eingangsimpedanz zur Gesamtimpedanz (Eingangsimpedanz + Ausgangsimpedanz) entspricht. In diesem Fall,

{\ displayStyle z_ {in} \ gg z_ {out}}

(oder

{\ displayStyle z_ {l} \ gg z_ {s}}

)

Die Eingangsimpedanz der angetriebenen Stufe (Last) ist viel größer als die Ausgangsimpedanz der Antriebsstufe (Quelle).

Leistungsfaktor

In ac Schaltungen Tragen EnergieDie Energieverluste bei Leitern aufgrund der reaktiven Komponente der Impedanz können signifikant sein. Diese Verluste manifestieren sich in einem Phänomen, das als Phasenungleichgewicht bezeichnet wird und bei dem der Strom mit der Spannung aus der Phase (hinterher nach vorne zurückbleibt). Daher ist das Produkt des Stroms und der Spannung geringer als das, wenn der Strom und die Spannung in Phase wären. Bei DC -Quellen haben reaktive Schaltkreise keinen Einfluss, daher ist keine Leistungsfaktorkorrektur erforderlich.

Damit eine Schaltung mit einer idealen Quelle, einer Ausgangsimpedanz und einer Eingangsimpedanz modelliert werden kann; Die Eingangsreaktanz des Schaltkreises kann als negativer der Ausgangsreaktanz an der Quelle dimensioniert werden. In diesem Szenario hebt die reaktive Komponente der Eingangsimpedanz die reaktive Komponente der Ausgangsimpedanz an der Quelle ab. Der resultierende äquivalente Schaltkreis ist rein resistiv, und es gibt keine Verluste aufgrund des Phasenungleichgewichts in der Quelle oder der Last.

oder

Stromübertragung

Der Zustand von Maximale Leistung Die Übertragung stellt fest, dass für eine bestimmte Quelle die maximale Leistung übertragen wird, wenn der Widerstand der Quelle gleich dem Widerstand der Last ist und der Leistungsfaktor durch Abbrechen der Reaktanz korrigiert wird. Wenn dies auftritt, soll die Schaltung sein Komplexes Konjugat angepasst zu den Signalen Impedanz. Beachten Sie, dass dies nur die Leistungsübertragung maximiert, nicht die Effizienz der Schaltung. Wenn die Stromübertragung optimiert wird, läuft der Stromkreis nur bei 50% Effizienz.

Die Formel für komplexes konjugiertes Matched ist

oder } \\ & = \ operatorname {re} (z_ {out})-j \ operatorname {im} (z_ {out}). \\\ end {aligned}}}}

Wenn es keine reaktive Komponente gibt, vereinfacht diese Gleichung zu ${\ displayStyle z_ {in} = z_ {out}}$ als imaginärer Teil von ${\ displayStyle z_ {out}}$ ist Null.

Impedanzübereinstimmung

Wenn die charakteristische Impedanz von a Übertragungsleitung, ${\ displayStyle z_ {line}}$ stimmt nicht mit der Impedanz des Lastnetzes überein, ${\ displayStyle z_ {in}}$ Das Lastnetz spiegelt einen Teil des Quellsignals zurück. Dies kann erstellen stehende Wellen auf der Übertragungslinie. Um Reflexionen zu minimieren, die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung und die Impedanz des Lastkreises muss gleich sein (oder "übereinstimmen"). Wenn die Impedanz übereinstimmt, wird die Verbindung als a bezeichnet übereinstimmende Verbindungund der Prozess der Korrektur eines Impedanz -Fehlpaarung wird genannt Impedanzübereinstimmung. Da die charakteristische Impedanz für eine homogene Übertragungslinie allein auf der Geometrie basiert und daher konstant ist und die Lastimpedanz unabhängig gemessen werden kann, gilt die Anpassungsbedingung unabhängig von der Platzierung der Last (vor oder nach der Übertragungslinie).

{\ displayStyle z_ {in} = z_ {line}}

Anwendungen

Signalverarbeitung

In modern Signalverarbeitung, Geräte wie z. Operationsverstärkersind so konzipiert, dass sie eine Eingangsimpedanz mehrere Größenordnungen haben, die höher sind als die Ausgangsimpedanz des an diesem Eingangs verbundenen Quellgeräts. Das nennt man Impedanzüberbrückung. Die Verluste aufgrund der Eingangsimpedanz (Verlust) in diesen Schaltkreisen werden minimiert, und die Spannung am Eingang des Verstärkers liegt nahe an der Spannung, als wäre der Verstärkerschaltung nicht angeschlossen. Wenn ein Gerät, dessen Eingangsimpedanz zu einem erheblichen Abbau des Signals führen kann, verwendet wird, wird häufig ein Gerät mit einer hohen Eingangsimpedanz und einer niedrigen Ausgangsimpedanz verwendet, um seine Auswirkungen zu minimieren. Spannungsfolger oder Impedanzanpassungstransformatoren werden häufig für diese Effekte verwendet.

Die Eingangsimpedanz für Hochleistungsverstärker (wie z. Vakuumröhren, Feldeffekttransistor Verstärker und Op-Ampere) wird oft als Widerstand spezifiziert parallel zu Eine Kapazität (z. B. 2.2 Mω ∥ 1 Pf). Vorverstärker, die für eine hohe Eingangsimpedanz ausgelegt sind Die relativ niedrige Impedanzquellenkonfiguration wird gegen Rauschen stärker sein (insbesondere gegen Rauschen Hauptbrummen).

Funkfrequenzstromsysteme

Signalreflexionen, die durch eine Impedanz -Nichtübereinstimmung am Ende einer Übertragungsleitung verursacht werden, können zu Verzerrungen und möglichen Schäden an der Antriebskreis führen.

In analogen Videoschaltungen kann die Impedanz-Fehlanpassung zu "Ghosting" führen, wobei das zeitverzögerte Echo des Hauptbildes als schwaches und vertriebenes Bild erscheint (typischerweise rechts vom Hauptbild). In digitalen Hochgeschwindigkeitssystemen wie HD-Videos führen Reflexionen zu Interferenzen und potenziell beschädigtem Signal.

Die von der Fehlanpassung erzeugten stehenden Wellen sind periodische Regionen mit einer höheren als normalen Spannung. Wenn diese Spannung die überschreitet dielektrischer Zusammenbruch Stärke des Isoliermaterials der Linie dann eines Bogen wird passieren. Dies kann wiederum einen reaktiven Impuls von Hochspannung verursachen, der die endgültige Ausgangsstufe des Senders zerstören kann.

In HF -Systemen sind typische Werte für Linien- und Terminierungsimpedanz 50 Ω und 75 Ω.

Maximierung der Stromübertragung^{[Klarstellung erforderlich]} Für Funkfrequenzstromsysteme sollten die Schaltkreise sein Komplexes Konjugat angepasst in der gesamten Kraftkette von der Sender Ausgabe durch die Übertragungsleitung (ein ausgewogenes Paar, ein koaxiales Kabel oder ein Wellenleiter), zu der Antenne System, was aus einem Impedanzanpassungsgerät und den Strahlungselementen besteht.

Siehe auch

Verweise

Die Kunst der Elektronik, Winfield Hill, Paul Horowitz, Cambridge University Press, ISBN0-521-37095-7
"Aorteneingangsimpedanz im normalen Menschen: Beziehung zu Druckwellenformen", JP Murgo, N Westerhof, JP Giolma, SA Altobelli PDF
Eine hervorragende Einführung in die Bedeutung von Impedanz und Impedanzübereinstimmung finden Sie in Eine praktische Einführung in elektronische Schaltkreise, M H Jones, Cambridge University Press, ISBN0-521-31312-0

Externe Links