ความต้านทานอินพุต

ในวิศวกรรมไฟฟ้าอิมพีแดนซ์อินพุตของเครือข่ายไฟฟ้าคือการวัดความต้านทานต่อกระแส ( อิมพีแดนซ์ ) ทั้งแบบคงที่ ( ความต้านทาน ) และไดนามิก ( รีแอกแตนซ์ ) เข้าสู่ เครือข่าย โหลดที่อยู่ภายนอกเครือข่ายแหล่งกำเนิดไฟฟ้าการรับอินพุต( ส่วนกลับของอิมพีแดนซ์) คือการวัดแนวโน้มของเครือข่ายโหลดในการวาดกระแส เครือข่ายต้นทางคือส่วนของเครือข่ายที่ส่งพลังงานและเครือข่ายโหลดคือส่วนหนึ่งของเครือข่ายที่ใช้พลังงาน

วงจรทางด้านซ้ายของชุดศูนย์กลางของวงกลมเปิดจำลองวงจรต้นทาง ในขณะที่วงจรทางด้านขวาจำลองวงจรที่เชื่อมต่อZ Sคืออิมพีแดนซ์เอาต์พุตที่โหลดเห็น และZ Lคืออิมพีแดนซ์อินพุตที่แหล่งกำเนิดเห็น

ความต้านทานอินพุต

ถ้าเครือข่ายโหลดถูกแทนที่ด้วยอุปกรณ์ที่มีอิมพีแดนซ์เอาต์พุตเท่ากับอิมพีแดนซ์อินพุตของเครือข่ายโหลด (วงจรสมมูล) คุณลักษณะของเครือข่ายโหลดต้นทางจะเหมือนกันจากมุมมองของจุดเชื่อมต่อ ดังนั้นแรงดันตกคร่อมและกระแสผ่านขั้วอินพุตจะเหมือนกันกับเครือข่ายโหลดที่เลือก

ดังนั้นอิมพีแดนซ์อินพุตของโหลดและอิมพีแดนซ์เอาต์พุตของแหล่งกำเนิดจะกำหนดว่ากระแสและแรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดเปลี่ยนแปลงอย่างไร

วงจร สมมูลของเครือข่ายไฟฟ้าของเธเวแนงใช้แนวคิดเรื่องอิมพีแดนซ์อินพุตเพื่อกำหนดอิมพีแดนซ์ของวงจรสมมูล

การคำนวณ

ถ้าจะสร้างวงจรที่มีคุณสมบัติเท่ากันทั่วทั้งขั้วอินพุตโดยการวางอิมพีแดนซ์อินพุตไว้บนโหลดของวงจรและอิมพีแดนซ์เอาต์พุตเป็นอนุกรมกับแหล่งสัญญาณกฎของโอห์มสามารถนำมาใช้ในการคำนวณฟังก์ชันถ่ายโอนได้

ประสิทธิภาพทางไฟฟ้า

ค่าของอิมพีแดนซ์อินพุตและเอาท์พุตมักใช้ในการประเมินประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของเครือข่ายโดยแบ่งออกเป็นหลายสเตจ และประเมินประสิทธิภาพของปฏิสัมพันธ์ระหว่างแต่ละสเตจอย่างอิสระ เพื่อลดการสูญเสียทางไฟฟ้าให้เหลือน้อยที่สุด อิมพีแดนซ์เอาต์พุตของสัญญาณควรไม่มีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับอิมพีแดนซ์อินพุตของเครือข่ายที่เชื่อมต่ออยู่ เนื่องจากการได้รับจะเทียบเท่ากับอัตราส่วนของอิมพีแดนซ์อินพุตต่ออิมพีแดนซ์ทั้งหมด (อิมพีแดนซ์อินพุต + อิมพีแดนซ์เอาต์พุต) ในกรณีนี้,

(หรือ)
อิมพีแดนซ์อินพุตของสเตจขับเคลื่อน (โหลด) มีขนาดใหญ่กว่าอิมพีแดนซ์เอาท์พุตของสเตจขับเคลื่อน (ต้นฉบับ) มาก

ตัวประกอบกำลัง

ในวงจร ไฟฟ้ากระแสสลับ ที่มีกำลังไฟฟ้า การสูญเสียพลังงานในตัวนำเนื่องจากส่วนประกอบที่ทำปฏิกิริยาของอิมพีแดนซ์อาจมีนัยสำคัญ การสูญเสียเหล่านี้แสดงให้เห็นในปรากฏการณ์ที่เรียกว่าความไม่สมดุลของเฟส โดยที่กระแสไฟฟ้าอยู่นอกเฟส (ล้าหลังหรือข้างหน้า) ตามแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นผลคูณของกระแสและแรงดันจึงน้อยกว่าที่ควรจะเป็นหากกระแสและแรงดันอยู่ในเฟส สำหรับแหล่งจ่ายไฟ DC วงจรรีแอกทีฟจะไม่ส่งผลกระทบ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องแก้ไขตัวประกอบกำลัง

สำหรับวงจรที่จะจำลองด้วยแหล่งกำเนิดในอุดมคติ อิมพีแดนซ์เอาต์พุต และอิมพีแดนซ์อินพุต รีแอคแทนซ์อินพุตของวงจรสามารถกำหนดขนาดให้เป็นค่าลบของรีแอกแตนซ์เอาต์พุตที่แหล่งกำเนิดได้ ในสถานการณ์สมมตินี้ ส่วนประกอบรีแอกทีฟของอิมพีแดนซ์อินพุตจะยกเลิกส่วนประกอบรีแอกทีฟของอิมพีแดนซ์เอาต์พุตที่แหล่งกำเนิด วงจรสมมูลที่ได้จะเป็นแบบต้านทานโดยธรรมชาติ และไม่มีการสูญเสียเนื่องจากความไม่สมดุลของเฟสในแหล่งกำเนิดหรือโหลด

การถ่ายโอนอำนาจ

เงื่อนไขของ การถ่ายโอน กำลังสูงสุดระบุว่าสำหรับแหล่งที่กำหนด กำลังสูงสุดจะถูกถ่ายโอนเมื่อความต้านทานของแหล่งกำเนิดเท่ากับความต้านทานของโหลด และตัวประกอบกำลังได้รับการแก้ไขโดยการยกเลิกรีแอกแตนซ์ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น วงจรจะกล่าวว่าเป็นคอนจูเกตที่ซับซ้อนซึ่งจับคู่กับอิมพีแดนซ์ของสัญญาณ โปรดทราบว่านี่จะเป็นการเพิ่มการถ่ายโอนพลังงานให้สูงสุดเท่านั้น ไม่ใช่ประสิทธิภาพของวงจร เมื่อการถ่ายโอนพลังงานได้รับการปรับให้เหมาะสม วงจรจะทำงานที่ประสิทธิภาพเพียง 50% เท่านั้น

สูตรสำหรับการจับคู่คอนจูเกตเชิงซ้อนคือ

เมื่อไม่มีองค์ประกอบที่เกิดปฏิกิริยา สมการนี้จะลดความซับซ้อนลงเนื่องจากส่วนจินตภาพเป็นศูนย์

การจับคู่อิมพีแดนซ์

เมื่อลักษณะอิมพีแดนซ์ของสายส่ง , , ไม่ตรงกับอิมพีแดนซ์ของเครือข่ายโหลด , เครือข่ายโหลดจะสะท้อนกลับสัญญาณต้นทางบางส่วน ซึ่งสามารถสร้างคลื่นนิ่งบนสายส่งได้ เพื่อลดการสะท้อนให้เหลือน้อยที่สุด อิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะของสายส่งและอิมพีแดนซ์ของวงจรโหลดจะต้องเท่ากัน (หรือ "ตรงกัน") หากอิมพีแดนซ์ตรงกัน การเชื่อมต่อจะเรียกว่าการเชื่อมต่อที่ตรงกันและกระบวนการแก้ไขอิมพีแดนซ์ที่ไม่ตรงกันจะเรียกว่าการจับคู่อิมพีแดนซ์ เนื่องจากลักษณะเฉพาะของอิมพีแดนซ์สำหรับสายส่งที่เป็นเนื้อเดียวกันจะขึ้นอยู่กับรูปทรงเพียงอย่างเดียว ดังนั้นจึงสามารถวัดค่าอิมพีแดนซ์ของโหลดได้โดยอิสระ เงื่อนไขการจับคู่จะคงอยู่โดยไม่คำนึงถึงตำแหน่งของโหลด (ก่อนหรือหลังสายส่ง)

การใช้งาน

การประมวลผลสัญญาณ

ในการประมวลผลสัญญาณ สมัยใหม่ อุปกรณ์ เช่นเครื่องขยายสัญญาณในการดำเนินงานได้รับการออกแบบให้มีอิมพีแดนซ์อินพุตหลายลำดับความสำคัญสูงกว่าอิมพีแดนซ์เอาต์พุตของอุปกรณ์ต้นทางที่เชื่อมต่อกับอินพุตนั้น สิ่งนี้เรียกว่าการเชื่อมอิมพีแดนซ์ ความสูญเสียเนื่องจากอิมพีแดนซ์อินพุต (การสูญเสีย) ในวงจรเหล่านี้จะลดลง และแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตของเครื่องขยายเสียงจะใกล้เคียงกับแรงดันไฟฟ้าราวกับว่าไม่ได้เชื่อมต่อวงจรเครื่องขยายเสียง เมื่อใช้อุปกรณ์ที่มีอิมพีแดนซ์อินพุตอาจทำให้สัญญาณเสื่อมลงอย่างมาก มักใช้อุปกรณ์ที่มีอิมพีแดนซ์อินพุตสูงและอิมพีแดนซ์เอาต์พุตต่ำเพื่อลดผลกระทบ ตัวติดตามแรงดันไฟฟ้าหรือหม้อแปลงจับคู่อิมพีแดนซ์มักใช้กับเอฟเฟกต์เหล่านี้

อิมพีแดนซ์อินพุตสำหรับแอมพลิฟายเออร์อิมพีแดนซ์สูง (เช่นหลอดสุญญากาศ แอมพลิ ฟาย เออร์ ทรานซิสเตอร์ฟิลด์เอฟเฟกต์และออปแอมป์ ) มักถูกระบุเป็นความต้านทานขนานกับความจุ (เช่น 2.2 ∥ 1 pF ) ปรีแอมพลิฟายเออร์ที่ออกแบบมาสำหรับอิมพีแดนซ์อินพุตสูงอาจมีแรงดันไฟรบกวนที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าเล็กน้อยที่อินพุต (ในขณะที่ให้กระแสไฟรบกวนที่มีประสิทธิภาพต่ำ) และมีเสียงรบกวนมากกว่าแอมพลิฟายเออร์ที่ออกแบบมาสำหรับแหล่งกำเนิดอิมพีแดนซ์ต่ำโดยเฉพาะเล็กน้อย แต่โดยทั่วไปแล้ว การกำหนดค่าแหล่งกำเนิดที่มีอิมพีแดนซ์ค่อนข้างต่ำจะทนทานต่อสัญญาณรบกวนได้ดีกว่า (โดยเฉพาะฮัมเพลงหลัก )   

ระบบไฟฟ้ากำลังความถี่วิทยุ

การสะท้อนของสัญญาณที่เกิดจากอิมพีแดนซ์ไม่ตรงกันที่ปลายสายส่งอาจส่งผลให้เกิดการบิดเบือนและอาจเกิดความเสียหายต่อวงจรขับเคลื่อน

ในวงจรวิดีโอแอนะล็อก อิมพีแดนซ์ไม่ตรงกันอาจทำให้เกิด "โกสต์" ได้ โดยที่เสียงสะท้อนที่ล่าช้าตามเวลาของภาพหลักปรากฏเป็นภาพที่อ่อนแอและถูกแทนที่ (โดยทั่วไปจะอยู่ทางด้านขวาของภาพหลัก) ในระบบดิจิตอลความเร็วสูง เช่น วิดีโอ HD การสะท้อนจะส่งผลให้เกิดการรบกวนและสัญญาณที่อาจเสียหาย

คลื่นนิ่งที่เกิดจากความไม่ตรงกันคือบริเวณที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าปกติเป็นระยะ หากแรงดันไฟฟ้านี้เกิน ความแรง ของการพังทลายของอิเล็กทริกของวัสดุฉนวนของเส้นไฟฟ้าจะเกิด ส่วน โค้งขึ้นซึ่งในทางกลับกันสามารถทำให้เกิดพัลส์ปฏิกิริยาของไฟฟ้าแรงสูงที่สามารถทำลายขั้นตอนเอาต์พุตสุดท้ายของเครื่องส่งสัญญาณได้

ในระบบ RF ค่าทั่วไปสำหรับอิมพีแดนซ์ของสายและจุดสิ้นสุดคือ50 Ωและ75 Ω

เพื่อเพิ่มการส่งผ่านกำลังสูงสุด( จำเป็นต้องมีการชี้แจง )สำหรับระบบกำลังความถี่วิทยุ วงจรควรเป็นคอนจูเกตที่ซับซ้อนซึ่งจับคู่กันทั่วทั้งโซ่ส่งกำลัง ตั้งแต่เอาต์พุตของเครื่องส่งสัญญาณผ่านสายส่ง (คู่ที่สมดุล สายเคเบิลโคแอกเซียล หรือท่อนำคลื่น) ไปยังระบบเสาอากาศ ซึ่งประกอบด้วยอุปกรณ์จับคู่อิมพีแดนซ์และองค์ประกอบการแผ่รังสี

ดูสิ่งนี้ด้วย

อ้างอิง

  • ศิลปะแห่งอิเล็กทรอนิกส์ , Winfield Hill, Paul Horowitz, สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์, ISBN  0-521-37095-7
  • "ความต้านทานอินพุตของหลอดเลือดในคนปกติ: ความสัมพันธ์กับรูปแบบคลื่นความดัน", JP Murgo, N Westerhof, JP Giolma, SA Altobelli pdf
  • บทนำที่ดีเยี่ยมเกี่ยวกับความสำคัญของการจับคู่อิมพีแดนซ์และอิมพีแดนซ์สามารถพบได้ในA Practical Introduction to electronic Circuits , MH Jones, Cambridge University Press, ISBN 0-521-31312-0 

ลิงค์ภายนอก

  • การคำนวณปัจจัยการหน่วงและการหน่วงของการเชื่อมต่ออิมพีแดนซ์
  • การเชื่อมต่อระหว่างหน่วยเสียงสองชุด - อิมพีแดนซ์อินพุตและอิมพีแดนซ์เอาต์พุต
  • อิมพีแดนซ์และรีแอกแตนซ์
  • การวัดความต้านทานอินพุต
ดึงข้อมูลจาก "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Input_impedance&oldid=1184626492"