Das Grundprinzip der Impedanzanpassung
1. reine Widerstandsschaltung
In der Physik der Sekundarstufe hat die Elektrizität ein solches Problem beschrieben: Ein Widerstand von R Elektrogeräten, angeschlossen an ein elektrisches Potenzial von E, Innenwiderstand von r Batteriesatz, unter welchen Bedingungen ist die Leistungsabgabe des Netzteils am größten?Wenn der Außenwiderstand gleich dem Innenwiderstand ist, ist die Leistungsabgabe des Netzteils an den externen Schaltkreis am größten, was eine rein ohmsche Leistungsanpassung des Schaltkreises darstellt.Wenn er durch einen Wechselstromkreis ersetzt wird, muss dieser auch die Bedingungen des R = r-Stromkreises erfüllen, um zu entsprechen.
2. Reaktanzschaltung
Die Impedanzschaltung ist komplexer als die reine Widerstandsschaltung. Zusätzlich zum Widerstand gibt es in der Schaltung Kondensatoren und Induktivitäten.Komponenten und arbeiten in Niederfrequenz- oder Hochfrequenz-Wechselstromkreisen.In Wechselstromkreisen werden Widerstand, Kapazität und Induktivität der Wechselstrombehinderung als Impedanz bezeichnet und mit dem Buchstaben Z gekennzeichnet. Von diesen wird die behindernde Wirkung von Kapazität und Induktivität auf den Wechselstrom als kapazitive Reaktanz bzw. induktive Reaktanz bezeichnet.Der Wert der kapazitiven Reaktanz und der induktiven Reaktanz hängt zusätzlich zur Größe der Kapazität und Induktivität selbst von der Frequenz des betriebenen Wechselstroms ab.Es ist erwähnenswert, dass in einer Reaktanzschaltung der Wert des Widerstands R, der induktiven Reaktanz und der kapazitiven Reaktanz doppelt nicht durch einfache Arithmetik addiert werden kann, sondern durch die üblicherweise verwendete Impedanztriangulationsmethode berechnet werden kann.Daher ist die Impedanzschaltung zur Erzielung einer Anpassung komplexer als die rein ohmsche Schaltung. Zusätzlich zu den Eingangs- und Ausgangsschaltungen sind die Anforderungen an die Widerstandskomponente gleich, aber auch die Reaktanzkomponente muss die gleiche Größe und das entgegengesetzte Vorzeichen haben (konjugierte Anpassung). );oder Widerstandskomponente und Reaktanzkomponente sind gleich (nicht reflektierende Anpassung).Hierbei handelt es sich um den BlindwiderstandUm die oben genannten Bedingungen zu erfüllen, nennt man Impedanzanpassung die Last, die die maximale Leistung erhalten kann.
Der Schlüssel zur Impedanzanpassung liegt darin, dass die Ausgangsimpedanz der vorderen Stufe gleich der Eingangsimpedanz der hinteren Stufe ist.Die Eingangsimpedanz und die Ausgangsimpedanz werden häufig in elektronischen Schaltkreisen aller Ebenen, allen Arten von Messgeräten und allen Arten elektronischer Komponenten verwendet.Was sind also Eingangsimpedanz und Ausgangsimpedanz?Die Eingangsimpedanz ist die Impedanz des Stromkreises zur Signalquelle.Wie in Abbildung 3 dargestellt, besteht die Eingangsimpedanz des Verstärkers darin, die Signalquelle E und den Innenwiderstand r von den AB-Enden in die äquivalente Impedanz zu entfernen.Sein Wert ist Z = UI / I1, also das Verhältnis von Eingangsspannung und Eingangsstrom.Als Signalquelle dient der Verstärker als Last.Numerisch ist der äquivalente Lastwert des Verstärkers der Wert der Eingangsimpedanz.Die Größe der Eingangsimpedanz ist für verschiedene Schaltkreise nicht gleich.
Je höher beispielsweise die Eingangsimpedanz (Spannungsempfindlichkeit) des Spannungsblocks eines Multimeters ist, desto kleiner ist der Shunt im zu prüfenden Schaltkreis und desto kleiner ist der Messfehler.Je niedriger die Eingangsimpedanz des Stromblocks ist, desto kleiner ist die Spannungsteilung zum zu prüfenden Schaltkreis und desto kleiner ist somit der Messfehler.Wenn bei Leistungsverstärkern die Ausgangsimpedanz der Signalquelle gleich der Eingangsimpedanz der Verstärkerschaltung ist, spricht man von Impedanzanpassung, und dann kann die Verstärkerschaltung die maximale Leistung am Ausgang erhalten.Die Ausgangsimpedanz ist die Impedanz des Stromkreises gegenüber der Last.Wie in Abbildung 4 wird die Stromversorgung der Eingangsseite der Schaltung kurzgeschlossen, die Ausgangsseite der Last entfernt, die äquivalente Impedanz von der Ausgangsseite des CD wird als Ausgangsimpedanz bezeichnet.Wenn die Lastimpedanz nicht mit der Ausgangsimpedanz übereinstimmt, was als Impedanzfehlanpassung bezeichnet wird, kann die Last nicht die maximale Ausgangsleistung erreichen.Das Verhältnis von Ausgangsspannung U2 und Ausgangsstrom I2 wird als Ausgangsimpedanz bezeichnet.Die Größe der Ausgangsimpedanz hängt davon ab, dass verschiedene Schaltkreise unterschiedliche Anforderungen haben.
Beispielsweise erfordert eine Spannungsquelle eine niedrige Ausgangsimpedanz, während eine Stromquelle eine hohe Ausgangsimpedanz erfordert.Bei einer Verstärkerschaltung gibt der Wert der Ausgangsimpedanz an, ob sie eine Last tragen kann.Normalerweise führt eine kleine Ausgangsimpedanz zu einer hohen Belastbarkeit.Wenn die Ausgangsimpedanz nicht an die Last angepasst werden kann, kann ein Transformator oder eine Netzwerkschaltung hinzugefügt werden, um die Anpassung zu erreichen.Beispielsweise ist ein Transistorverstärker normalerweise mit einem Ausgangstransformator zwischen dem Verstärker und dem Lautsprecher verbunden, und die Ausgangsimpedanz des Verstärkers ist an die Primärimpedanz des Transformators angepasst, und die Sekundärimpedanz des Transformators ist an die Impedanz von angepasst der Lautsprecher.Die Sekundärimpedanz des Transformators ist an die Impedanz des Lautsprechers angepasst.Der Transformator wandelt das Impedanzverhältnis durch das Windungsverhältnis der Primär- und Sekundärwicklung um.In tatsächlichen elektronischen Schaltkreisen kommt es häufig vor, dass die Signalquelle und die Verstärkerschaltung bzw. die Lastimpedanz nicht gleich ist und daher nicht direkt angeschlossen werden kann.Die Lösung besteht darin, eine passende Schaltung oder ein passendes Netzwerk dazwischen hinzuzufügen.Abschließend ist zu beachten, dass die Impedanzanpassung nur für elektronische Schaltkreise gilt.Da die Leistung der in elektronischen Schaltkreisen übertragenen Signale von Natur aus schwach ist, ist eine Anpassung erforderlich, um die Ausgangsleistung zu erhöhen.In elektrischen Schaltkreisen wird die Anpassung im Allgemeinen nicht berücksichtigt, da sie zu einem zu hohen Ausgangsstrom und einer Beschädigung des Geräts führen kann.
Anwendung der Impedanzanpassung
Für allgemeine Hochfrequenzsignale wie Taktsignale, Bussignale und sogar bis zu mehrere hundert Megabyte DDR-Signale usw. ist die allgemeine induktive und kapazitive Impedanz des Gerätetransceivers relativ klein und der relative Widerstand (dh der Realteil) relativ klein die Impedanz), die ignoriert werden kann, und an diesem Punkt muss die Impedanzanpassung nur den Realteil der Impedanz berücksichtigen.
Im Bereich der Hochfrequenz ist die Eingangs- und Ausgangsimpedanz vieler Geräte wie Antennen, Verstärker usw. nicht real (kein reiner Widerstand) und ihr Imaginärteil (kapazitiv oder induktiv) ist so groß, dass er nicht ignoriert werden kann , dann müssen wir die konjugierte Matching-Methode verwenden.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 17. August 2023