Technologie PCB - Compréhension de l'impédance d'entrée et de l'impédance de sortie

1. Impédance d'entrée

Par impédance d'entrée, on entend l'impédance équivalente à l'entrée du circuit. Une source de tension U est ajoutée à l'entrée, le courant I à l'entrée est mesuré, puis l'impédance d'entrée Rin est u / I. Vous pouvez penser à l'entrée comme les deux extrémités d'une résistance dont la résistance est l'impédance d'entrée.

L'impédance d'entrée n'est pas différente des éléments réactifs ordinaires. Il reflète le degré actuel d'obstruction. Pour les circuits pilotés en tension, plus l'impédance d'entrée est grande, plus la charge sur la source de tension est légère et plus le pilotage est facile. Il aura un impact sur la source du signal; Pour un circuit de commande de courant, plus l'impédance d'entrée est faible, plus la charge sur la source de courant est légère. On peut donc penser: si on est piloté par une source de tension, plus l'impédance d'entrée est grande, mieux c'est; S'il est piloté par une source de courant, plus l'impédance est faible, mieux c'est. Pensez à l'adaptation d'impédance

2. Impédance de sortie

Qu'il s'agisse d'une source de signal ou d'un amplificateur et d'une alimentation, il existe un problème d'impédance de sortie. L'impédance de sortie est la résistance interne de la source du signal. Initialement, la résistance interne devrait être 0 pour une source de tension idéale (y compris l'alimentation), ou l'impédance de la source de courant idéale devrait être infinie. L'impédance de sortie est le problème le plus important dans la conception du circuit, mais la source de tension réelle ne peut pas le faire. Nous utilisons souvent la source de tension idéale en série avec la résistance r pour l'équivalent de la source de tension réelle. La résistance r en série avec la source de tension idéale est la résistance interne de (source de signal / sortie amplificateur / alimentation). Lorsque cette source de tension alimente la charge, un courant I circulera à travers la charge et sera généré sur cette résistance. Cela provoquera une chute de la tension de sortie de l'alimentation, ce qui limitera la puissance de sortie maximale (voir la question "adaptation d'impédance" ci - dessous pour les raisons pour lesquelles la puissance de sortie maximale est limitée). De même, la source de courant idéale, l'impédance de sortie devrait être infinie, mais le circuit réel est impossible

Iii. Adaptation d'impédance

L'adaptation d'impédance fait référence à une méthode d'adaptation appropriée entre une source de signal ou une ligne de transmission et une charge. L'adaptation d'impédance est divisée en deux cas: basse fréquence et haute fréquence.

Commençons par la source de tension continue qui pilote la charge. Comme la source de tension réelle a toujours une résistance interne (voir le problème de l'impédance de sortie), nous pouvons concaténer la source de tension réelle en série dans un modèle a de la source de tension idéale et de la résistance R. En supposant que la résistance de la charge est r, la Force électromotrice de l'alimentation est u et la résistance interne est r, alors nous pouvons calculer le courant qui traverse la résistance R comme: i = U / (R + r) et nous pouvons voir que plus la résistance r de la charge est petite, plus le courant de sortie est grand. La tension sur la charge R est: uo = IR = U / [1 + (R / R)], on voit que plus la résistance de charge R est grande, plus la tension de sortie uo est élevée. Calculons que la puissance consommée par la résistance R est:

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}

Pour une source de signal donnée, la résistance interne R est fixe et la résistance de charge R est choisie par nous. Notez que dans la formule ((RR) 2 / R), où r = R, ((RR) 2 / R] permet d'obtenir une valeur minimale de 0, la puissance de sortie maximale peut être obtenue à partir de la résistance de charge r Pmax = U2 / (4 * r). C'est - à - dire que la charge peut obtenir une puissance de sortie maximale lorsque la résistance de la charge est égale à la résistance interne de la source de signal. C'est l'une de ces adaptations d'impédance dont nous parlons souvent. Pour les circuits purement résistifs, cette conclusion s'applique également aux circuits basse fréquence et aux circuits haute fréquence. Lorsque le circuit alternatif contient une impédance Capacitive ou inductive, la conclusion change, c'est - à - dire que les parties réelles de la source de signal et de l'impédance de charge sont égales et les parties imaginaires sont opposées. C'est ce qu'on appelle l'appariement conjugué. Dans les circuits basse fréquence, on ne considère généralement pas le problème de l'adaptation de la ligne de transmission, mais seulement le cas entre la source du signal et la charge, car la longueur d'onde du signal basse fréquence est très longue par rapport à la ligne de transmission. La ligne de transmission peut être considérée comme une "ligne courte" et la réflexion peut être ignorée (ce qui peut être compris comme suit: la ligne étant plus courte, elle reste identique au signal original même si elle est réfléchie en retour). Avec l'analyse ci - dessus, nous pouvons conclure: si nous avons besoin d'un grand courant de sortie, choisissez une petite charge r; Si nous avons besoin d'une grande tension de sortie, choisissez une grande charge r; Si nous avons besoin d'une puissance de sortie maximale, choisissez la résistance R qui correspond à la résistance interne de la source de signal. Parfois, la désadaptation d'impédance a une autre signification. Par exemple, la sortie de certains instruments est conçue dans des conditions de charge spécifiques. Si les conditions de charge changent, les performances d'origine peuvent ne pas être atteintes. À ce stade, nous l'appellerons également désadaptation d'impédance.

Dans les circuits haute fréquence, nous devons également tenir compte du problème de la réflexion. Lorsque la fréquence du signal est élevée, la longueur d'onde du signal est très courte. Le signal réfléchi superposé au signal original changera lorsque la longueur de l'onde sera comparable à celle de la ligne de transmission. La forme du signal original. Si l'impédance caractéristique de la ligne de transmission n'est pas égale à l'impédance de la charge (c'est - à - dire qu'elle n'est pas adaptée), une réflexion se produit à l'extrémité de la charge. Pourquoi la réflexion se produit - elle lorsque l'impédance ne correspond pas, et la méthode de résolution de l'impédance caractéristique implique une polarisation du second ordre. La solution de l'équation différentielle, que nous ne parlerons pas plus loin ici. Si vous êtes intéressé, référez - vous à la théorie des lignes de transmission dans les champs électromagnétiques et les micro - ondes. L'impédance caractéristique d'une ligne de transmission (également appelée impédance caractéristique) est déterminée par la structure et le matériau de la ligne de transmission, la longueur de la ligne de transmission et l'amplitude et la fréquence du signal étant indépendantes.

Par exemple, les câbles coaxiaux CCTV couramment utilisés ont une impédance caractéristique de 75 îlots, tandis que certains appareils RF utilisent généralement des câbles coaxiaux avec une impédance caractéristique de 50 îlots. Une autre ligne de transmission commune est une ligne parallèle plate avec une impédance caractéristique de 300 îles, située dans une zone rurale. Les supports d'antenne de télévision utilisés sont plus courants et sont utilisés pour faire les fils d'alimentation de l'antenne hachiki. Comme l'impédance d'entrée de l'entrée RF du téléviseur est de 75 îlots, la ligne d'alimentation de 300 îlots ne lui correspondra pas. Comment résoudre ce problème en pratique? Je ne sais pas. Avez - vous remarqué qu'il y a un convertisseur d'impédance de 300 à 75 dans l'accessoire du téléviseur (un emballage en plastique avec une prise circulaire à une extrémité, environ la taille de deux pouces). À l'intérieur se trouve en fait un transformateur de ligne de transmission qui convertit une impédance de 300 îles en une impédance de 75 îles pour l'adapter. Il convient de souligner ici que l'impédance caractéristique n'est pas une notion de résistance telle que nous la comprenons habituellement, elle est indépendante de la longueur de la ligne de transmission. Il ne peut pas être mesuré avec un ohmmètre. Pour ne pas générer de réflexion, l'impédance de charge doit être égale à l'impédance caractéristique de la ligne de transmission. C'est l'adaptation d'impédance de la ligne de transmission. Quelles sont les conséquences indésirables si l'impédance ne correspond pas? S'il n'est pas adapté, une réflexion se forme, l'énergie ne peut pas être transmise et l'efficacité diminue; Une onde stationnaire se forme sur la ligne de transmission (on comprend simplement que le signal est fort à certains endroits et faible à certains endroits), ce qui entraîne une diminution de la capacité de puissance effective de la ligne de transmission; L'électricité ne peut pas être transmise et peut même endommager l'équipement de transmission. Si les lignes de signal à grande vitesse sur la carte ne correspondent pas à l'impédance de la charge, des oscillations, des interférences radiatives, etc. sont générées.

Quand une impédance ne correspond pas, quels sont les moyens de la faire correspondre? Tout d'abord, vous pouvez envisager d'utiliser un transformateur pour la conversion d'impédance, comme dans l'exemple du téléviseur ci - dessus. Deuxièmement, vous pouvez envisager d'utiliser des condensateurs ou des inductances série / parallèle, ce qui est souvent utilisé lors de la mise en service de circuits RF. Troisièmement, vous pouvez envisager d'utiliser des résistances série / parallèle. Certains pilotes ont une impédance relativement faible et peuvent mettre en série une résistance appropriée pour correspondre à une ligne de transmission, par exemple une ligne de signal à grande vitesse, parfois des résistances de quelques dizaines d'ohms. Certains récepteurs ont une impédance d'entrée relativement élevée. Une résistance parallèle peut être utilisée pour adapter la ligne de transmission. Par example, un récepteur de bus 485 connecte généralement une résistance adaptée de 120 ohms en parallèle aux bornes de la ligne de données.

Pour vous aider à comprendre le problème de réflexion lorsque l'impédance ne correspond pas, permettez - moi de vous donner deux exemples: supposons que vous pratiquiez la boxe pour frapper un sac de sable. Si c'est un sac de sable avec un poids et une dureté appropriés, vous vous sentirez à l'aise de jouer. Mais., Si un jour je fais un sac de sable avec mes mains et mes pieds, par exemple, si l'intérieur est remplacé par du sable de fer et que vous le frappez toujours avec la force que vous aviez auparavant, vos mains pourraient ne pas le supporter - C'est le cas d'une charge excessive qui crée une grande force de contre - élasticité. Au lieu de cela, si je change l'intérieur pour quelque chose de très léger, vous pourriez être vide pendant la boxe et vos mains pourraient ne pas le supporter - C'est le cas avec une charge trop légère. Par exemple, je ne sais pas si vous avez vécu cela: monter / descendre les escaliers lorsque vous ne pouvez pas les voir clairement, et il y a un sentiment de « charge qui ne correspond pas» lorsque vous pensez qu’il y a des escaliers. Bien sûr, peut - être qu'un tel exemple n'est pas tout à fait approprié, mais nous pouvons l'utiliser pour comprendre la réflexion lorsque la charge ne correspond pas.

Pourquoi l'impédance de l'étage d'entrée du préamplificateur est - elle élevée? Quels sont les moyens d'augmenter l'impédance

Une impédance d'entrée élevée signifie que le circuit (ou la sortie d'un circuit de l'étage précédent) absorbe moins d'énergie et que l'alimentation ou l'étage précédent peut entraîner plus de charges. Pour les circuits de mesure tels que les voltmètres électroniques, les oscilloscopes, etc., une impédance d'entrée très élevée est nécessaire pour avoir le moins d'impact possible sur le circuit mesuré après connexion à l'instrument.

Comment améliorer: (1) tube à effet de champ, l'impédance d'entrée est naturellement élevée. (2) utilisez une connexion Bootstrap pour augmenter l'impédance d'entrée. (3) utilisant un circuit amplificateur de collection commun, les étages d'entrée du circuit amplificateur triode sont généralement connectés en mode de collecte commun.

Dans un état idéal, le circuit de l'étage arrière alimenté en tension ne tire que la tension de l'étage précédent, sans courant et donc sans puissance. Pour la phase précédente, il est presque vide, donc plus l'impédance est grande, plus il est facile de conduire. En effet, l'impédance d'entrée de l'étage arrière ne peut être que proche de l'infini. L'entrée d'un tube à vide ou d'un dispositif CMOS peut atteindre le niveau de l'îlot G et le courant tiré de l'étage précédent est très faible.

Par example, le tube à effet de champ est du type commandé en tension et le circuit électrique qu'il forme est un circuit commandé en tension. Parce que son impédance d'entrée est si grande que son courant d'entrée peut être négligé, et donc sa consommation d'énergie;

La triode est du type à commande de courant et le circuit qu'elle forme est un circuit à commande de courant car elle nécessite l'injection d'un courant pour fonctionner, générant une certaine consommation électrique malgré sa relativement faible impédance d'entrée.

Compréhension personnelle:

L'impédance dite d'entrée tient principalement compte de la puissance consommée par le circuit lui - même (que l'on peut comprendre comme une perte inutile). Pour un circuit d'entraînement en tension, plus l'impédance est grande, plus le courant est faible, p = I * I * r, plus le courant est faible. En ce qui concerne le circuit d'entraînement, plus l'impédance est petite, p = I * I * r, plus la consommation d'énergie est faible, de sorte que ce dernier type de circuit peut produire plus de puissance.