Tecnología de PCB - Comprensión de la Impedancia de entrada y salida

1..Impedancia de entrada

La Impedancia de entrada es la impedancia equivalente de la entrada del circuito. A ñadir una fuente de tensión u al terminal de entrada y medir la corriente I en el terminal de entrada, la Impedancia de entrada Rin es u / I. Usted puede pensar en los terminales de entrada como los extremos de una resistencia que es una Impedancia de entrada.

La Impedancia de entrada no es diferente de los componentes de reactancia comunes. Refleja el alcance de los obstáculos actuales. Para el circuito de conducción de tensión, cuanto mayor es la Impedancia de entrada, menor es la carga en la fuente de tensión y más fácil es conducir. Afectará a la fuente de señal; Para el circuito de conducción actual, cuanto menor es la Impedancia de entrada, menor es la carga en la fuente actual. Por lo tanto, podemos pensar: si es accionado por una fuente de tensión, cuanto mayor sea la Impedancia de entrada, mejor; Si es accionado por una fuente de corriente, cuanto menor sea la impedancia, mejor. Consideración de la correspondencia de impedancia

2.. Impedancia de salida

Hay un problem a de impedancia de salida independientemente de la fuente de señal, amplificador y fuente de alimentación. La Impedancia de salida es la resistencia interna de la fuente de señal. En el interioricialmente, para la fuente de tensión ideal (incluyendo la fuente de alimentación), la resistencia interna debe ser cero, o la Impedancia de la fuente de corriente ideal debe ser infinita. La Impedancia de salida es la consideración más importante en el diseño del Circuito, pero la fuente de tensión real no puede hacer esto. Normalmente utilizamos una fuente de tensión ideal en serie con la resistencia R para ser equivalente a la fuente de tensión real. La resistencia R en serie con la fuente de tensión ideal es la resistencia interna (fuente de señal / salida del Amplificador / fuente de alimentación). Cuando la fuente de tensión suministra energía a la carga, la corriente I fluye a través de la carga y genera una caída de tensión I * R en la resistencia. Esto causará una caída en el voltaje de salida de la fuente de alimentación, limitando así la Potencia máxima de salida (para la causa de la restricción de la Potencia máxima de salida, vea la siguiente pregunta de "emparejamiento de impedancia"). Del mismo modo, la Impedancia de salida de la fuente de corriente ideal debe ser infinita, pero el circuito real no es posible

Correspondencia de impedancia

El emparejamiento de impedancia se refiere al método de emparejamiento adecuado entre la fuente de señal o la línea de transmisión y la carga. El emparejamiento de impedancia se divide en baja frecuencia y alta frecuencia.

Empecemos con la fuente de corriente continua que impulsa la carga. Debido a que la fuente de tensión real siempre tiene resistencia interna (ver el problema de impedancia de salida), podemos convertir la fuente de tensión real en el modelo a de la fuente de tensión ideal y la resistencia de serie R. Suponiendo que la resistencia a la carga es R, la fuerza electromotriz de la fuente de alimentación es u y la resistencia interna es R, podemos calcular la corriente que fluye a través de la resistencia R como: i = u / (R + r). Podemos ver que cuanto menor es la resistencia a la carga R, mayor es la corriente de salida. El voltaje en la carga R es: uo = ir = u / [1 + (R / R)], se puede ver que cuanto mayor es la resistencia de carga R, mayor es el voltaje de salida uo. Vamos a calcular la Potencia consumida por la resistencia R como sigue:

P = I2 * R = [U / (R + r)] 2 * R = U2 * R / (R2 + 2 * r * R + R2)

= U2 * R / [(R - r) 2 + 4 * r * R]

= U2 / {(R - r) 2 / R] + 4 * R}.

Para una fuente de señal dada, la resistencia interna R es fija y la resistencia de carga R es nuestra elección. Tenga en cuenta que en la fórmula ((r) 2 / R), cuando R = R, ((r) 1 / R) puede obtener un valor mínimo de 0, la Potencia máxima de salida se puede obtener de la resistencia de carga R pmax = U2 / (4 * r). Es decir, cuando la resistencia a la carga es igual a la resistencia interna de la fuente de señal, la carga puede obtener la Potencia máxima de salida. Esta es una de las llamadas coincidencias de impedancia. Para circuitos de resistencia pura, esta conclusión también se aplica a circuitos de baja frecuencia y circuitos de alta frecuencia. Cuando el circuito AC contiene impedancia capacitiva o Inductancia, la conclusión cambia, es decir, la fuente de señal y la Impedancia de carga son iguales en la parte real, mientras que la parte imaginaria es opuesta entre sí. Esto se llama coincidencia conjugada. En el circuito de baja frecuencia, normalmente no consideramos el problema de emparejamiento de la línea de transmisión, sino sólo el caso entre la fuente de la señal y la carga, porque la longitud de onda de la señal de baja frecuencia es muy larga en comparación con la línea de transmisión. Las líneas de transmisión pueden ser vistas como "Líneas cortas" y pueden ignorar la reflexión (esto se puede entender como: debido a que las líneas son muy cortas, incluso si se reflejan de nuevo, siguen siendo las mismas que la señal original). A través del análisis anterior, podemos llegar a la conclusión de que si se necesita una corriente de salida más grande, se selecciona una carga más pequeña R; Si se requiere una gran tensión de salida, seleccione una gran carga R; Si necesitamos la Potencia máxima de salida, seleccione la resistencia R que coincida con la resistencia interna de la fuente de señal. A veces, el desajuste de impedancia tiene otro significado. Por ejemplo, la salida de algunos instrumentos se diseña en condiciones de carga específicas. Si cambia las condiciones de carga, puede que no sea posible lograr el rendimiento original. En este punto, también lo llamaremos desajuste de impedancia.

In Circuito de alta frecuencia, También debemos considerar la cuestión de la reflexión. Cuando la frecuencia de la señal es alta, La longitud de onda de la señal es muy corta. Cuando la longitud de onda es suficiente para igualar la longitud de la línea de transmisión, La señal reflejada superpuesta sobre la señal original cambiará. Forma de la señal original. If the characteristic impedance of the transmission line is not equal to the load impedance (that is, it does not match), El lado de carga se reflejará. El método para resolver la impedancia característica involucra la desviación de segundo orden: la solución de la ecuación diferencial, No vamos a entrar en detalles aquí.. Si estás interesado, Consulte la teoría de la línea de transmisión en campos electromagnéticos y microondas. The characteristic impedance of the transmission line (also called the characteristic impedance) is determined by the structure and material of the transmission line, Y la longitud de la línea de transmisión, La amplitud y frecuencia de la señal no están correlacionadas.

Por ejemplo, los cables coaxiales de circuito cerrado de televisión suelen tener una impedancia característica de 75 islas, mientras que algunos dispositivos de radiofrecuencia suelen tener un cable coaxial con una impedancia característica de 50 μm. Otra línea de transmisión común es una línea paralela plana con una impedancia característica de 300 ω, que se encuentra en las zonas rurales. El marco de antena de televisión utilizado es más común y se utiliza para hacer el alimentador de la Antena Yagi. Debido a que la Impedancia de entrada de la entrada de radiofrecuencia de tv es de 75 # ©, el alimentador de 300 # # No puede coincidir. ¿Cómo resolver este problema en la práctica? No lo sé. Se ha dado cuenta de que hay un convertidor de impedancia de 300 © a 75 © en el accesorio de televisión (un paquete de plástico con un enchufe circular en un extremo, aproximadamente del tamaño de dos pulgares). El interior es en realidad un transformador de línea de transmisión que convierte la Impedancia de 300 © en 75206 © para que coincida. Cabe destacar aquí que la impedancia característica no es el concepto de resistencia que normalmente entendemos, es independiente de la longitud de la línea de transmisión. No se puede medir con un ohmmeter. Para evitar la reflexión, la Impedancia de carga debe ser igual a la impedancia característica de la línea de transmisión. Esta es la coincidencia de impedancia de la línea de transmisión. ¿Si la impedancia no coincide, cuáles son las consecuencias adversas? Si no coincide, se formará un reflejo, la energía no puede transmitirse, la eficiencia se reducirá; En la línea de transmisión se formará una onda estacionaria (es decir, la señal es fuerte en algunos lugares y débil en algunos lugares), lo que dará lugar a una disminución de la capacidad de potencia efectiva de la línea de transmisión; La electricidad no puede transmitirse e incluso puede dañar el equipo de transmisión. Si la línea de señal de alta velocidad en el tablero de circuitos no coincide con la Impedancia de carga, se producirán oscilaciones, interferencias de radiación, etc.

¿Cuando la impedancia no coincide, cómo lo hace? En primer lugar, puede considerar el uso de transformadores para la conversión de impedancia, como en el ejemplo anterior de televisión. En segundo lugar, puede considerar el uso de condensadores de serie / derivación o inductores, que se utilizan a menudo para depurar circuitos RF. En tercer lugar, puede considerar el uso de resistencias serie / paralela. Algunos conductores tienen resistencias relativamente bajas y pueden conectarse en serie con resistencias adecuadas para que coincidan con líneas de transmisión, como líneas de señal de alta velocidad, y a veces resistencias de docenas de ohmios. Algunos receptores tienen una Impedancia de entrada relativamente alta. Las resistencias paralelas se pueden utilizar para emparejar líneas de transmisión. Por ejemplo, un receptor de bus 485 suele estar conectado en paralelo a una resistencia de emparejamiento de 120 ohmios en los terminales de la línea de datos.

Para ayudarle a entender el problema de reflexión cuando la impedancia no coincide, permítanme dar dos ejemplos: Supongamos que está practicando un saco de boxeo. Si es una bolsa de arena de peso y dureza adecuados, se sentirá cómodo jugando. Pero Si algún día hice una bolsa de arena con mis manos y pies, por ejemplo, si la cambié por arena de hierro, todavía la golpeaste con la fuerza anterior, tu mano puede no ser capaz de soportarla, esta es una situación de sobrecarga, producirá una gran resistencia. Por el contrario, si reemplace el interior con algo muy ligero, usted puede estar vacío en el boxeo, su mano puede no ser capaz de soportar, esta es una carga demasiado ligera. Por ejemplo, no sé si alguna vez has experimentado una situación en la que no puedes ver las escaleras, sube y baja las escaleras, y cuando crees que hay una escalera, hay una sensación de "desajuste de carga". Por supuesto, este ejemplo puede no ser apropiado, pero podemos usarlo para entender los reflejos cuando la carga no coincide.

¿Por qué la Impedancia de la fase de entrada del preamplificador es alta? Cuáles son los métodos para aumentar la Impedancia

Una alta Impedancia de entrada significa que el circuito (o la salida del circuito anterior) absorbe menos energía, y la fuente de alimentación o la etapa anterior puede conducir más carga. Para el circuito de medición, como el voltímetro electrónico, el osciloscopio, etc., se requiere una Impedancia de entrada muy alta para que la influencia en el circuito medido sea lo más pequeña posible después de la conexión al instrumento.

Cómo mejorar: (1) FET, Impedancia de entrada naturalmente alta. Aumentar la Impedancia de entrada usando conexiones bootstrap. El circuito amplificador de colección común se utiliza, y el nivel de entrada del circuito amplificador de triodo se conecta generalmente en modo de colección común.

En condiciones ideales, el circuito de la etapa posterior accionado por tensión sólo extrae el voltaje de la etapa anterior, pero no la corriente, por lo que no extrae energía. Para la primera etapa, está casi vacía, por lo que cuanto mayor es la impedancia, más fácil es conducir. De hecho, la Impedancia de entrada de la etapa posterior sólo puede acercarse al infinito. La entrada de un tubo de vacío o dispositivo CMOS puede alcanzar el nivel G # © y la corriente que se extrae de la etapa anterior es muy pequeña.

Por ejemplo, un FET es un tipo de accionamiento de tensión, y un circuito formado por él es un circuito de accionamiento de tensión. Debido a que su Impedancia de entrada es lo suficientemente grande como para ignorar su corriente de entrada, el consumo de energía también se ignora.

El Transistor pertenece al modo de conducción actual, y el circuito formado por él es el circuito de conducción actual, porque necesita inyectar corriente para funcionar, aunque su Impedancia de entrada es relativamente pequeña, todavía producirá un cierto consumo de energía.

Comprensión personal:

La llamada Impedancia de entrada se refiere principalmente a la Potencia consumida por el propio Circuito (que se puede entender como pérdida sin sentido). Para el circuito de conducción de tensión, cuanto mayor es la impedancia, menor es la corriente, P = I * I * R. Para el circuito de conducción, cuanto menor es la corriente, menor es la impedancia, P = I * l * R, menor es el consumo de energía, por lo que este último Circuito puede producir más potencia.