PCB 기술 - 입력 및 출력 임피던스 이해

1. 입력 임피던스

입력 임피던스는 회로 입력단의 동등한 임피던스입니다.입력단에 전압 소스 U를 추가하여 입력단의 전류 I를 측정하면 입력 임피던스 Rin은 U/I입니다.너는 입력단을 하나의 저항기의 양쪽 끝으로 상상할 수 있다. 이 저항기의 저항은 바로 입력 저항이다.

입력 임피던스는 일반 임피던스 컴포넌트와 다르지 않습니다.그것은 현재의 장애의 정도를 반영한다.전압 구동 회로의 경우 입력 임피던스가 클수록 전압 소스의 부하가 가벼워지고 구동이 쉬워집니다.신호원에 영향을 미칠 수 있습니다.전류 구동 회로의 경우 입력 임피던스가 작을수록 전류원의 부하가 가벼워집니다.따라서 우리는 전압원에 의해 구동되면 입력 임피던스가 클수록 좋다고 생각할 수 있습니다.만약 그것이 전류원에 의해 구동된다면 임피던스는 작을수록 좋다.임피던스 일치 고려

2. 출력 임피던스

신호원이든 증폭기든 전원이든 출력 임피던스 문제가 있습니다.출력 임피던스는 신호원의 내부 임피던스입니다.처음에 이상적인 전압원 (전원 포함) 에 대해 내부 저항은 0이어야 하거나 이상적인 전류원 저항은 무한대여야 한다.출력 임피던스는 회로 설계에서 가장 주의해야 할 문제이지만 실제 전압원은 이를 할 수 없다.우리는 항상 저항기 r와 직렬된 이상적인 전압원을 사용하여 실제 전압원과 동등하게 한다.이상적인 전압원과 직렬된 저항r는 (신호원/증폭기 출력/전원) 의 내저항이다.이 전압 소스가 부하에 전력을 공급하면 전류 I가 부하를 통과하고 이 저항에서 생성됩니다.이로 인해 전원 공급 장치의 출력 전압이 저하되어 최대 출력이 제한됩니다 (최대 출력이 제한되는 이유에 대해서는 아래의 임피던스 일치 문제 참조).이와 유사하게, 이상적인 전류원은 출력 저항이 무한해야 하지만, 실제 회로는 불가능하다

3. 임피던스 일치

임피던스 정합은 신호 소스 또는 전송선과 부하 간의 적절한 정합 방법입니다.임피던스 정합은 저주파와 고주파 두 가지 상황으로 나뉜다.

구동 부하의 직류 전압 소스부터 시작합시다.실제 전압원은 항상 내부 저항이 있기 때문에 (출력 저항 문제 참조), 우리는 실제 전압원을 이상적인 전압원과 저항r의 A 모델로 직렬적으로 연결할 수 있다.부하 저항이 R이고 전원 전동력이 U이고 내부 저항이 R이라고 가정하면 우리는 저항 R을 통과하는 전류를 I = U/(R + R)로 계산할 수 있다. 부하 저항 R이 작을수록 출력 전류가 크다는 것을 알 수 있다.부하 R의 전압은 Uo=IR=U/[1+(R/R)]로, 부하 저항 R이 클수록 출력 전압이 Uo가 높다는 것을 알 수 있습니다. 저항기 R이 소모하는 출력은 다음과 같습니다.

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}

주어진 신호 소스에 대해 내부 저항 r는 고정되어 있으며 부하 저항 r는 우리가 선택합니다.공식 (Rr) 2/r]에서 r = r일 때 ((Rr) 2/r]는 0의 최소값을 얻을 수 있으며 부하 저항 r Pmax = U2/(4*r) 에서 최대 출력을 얻을 수 있습니다.즉, 부하 저항이 신호원의 내부 저항과 같을 때 부하는 최대 출력을 얻을 수 있다.이것은 우리가 자주 말하는 임피던스 일치 중 하나입니다.순수 저항 회로에 대해 이 결론은 저주파 회로와 고주파 회로에도 적용된다.교류회로에 커패시터나 센싱 임피던스가 포함되어 있을 때 신호원과 부하 임피던스의 실부는 같고 허부는 반대라는 결론이 바뀝니다.이를 공액 일치라고 합니다.저주파 회로에서 우리는 일반적으로 전송선의 일치 문제를 고려하지 않고 신호원과 부하 사이의 상황만 고려한다. 왜냐하면 저주파 신호의 파장은 전송선에 비해 매우 길기 때문이다.전송선은 "짧은 선" 으로 간주되고 반사는 무시될 수 있습니다 (이것은 선이 짧기 때문에 반사가 되더라도 원래 신호와 동일하다는 것으로 이해할 수 있습니다).위의 분석을 통해 우리는 더 큰 출력 전류가 필요한 경우 더 작은 부하 R을 선택한다는 결론을 얻을 수 있습니다.만약 우리가 큰 출력 전압이 필요하다면, 큰 부하 R을 선택한다;최대 출력이 필요한 경우 신호 소스 내부 저항과 일치하는 저항기 R을 선택합니다.때때로 임피던스는 또 다른 의미를 가지고 있습니다. 예를 들어, 일부 계측기의 출력은 특정한 부하 조건에서 설계되었습니다. 만약 부하 조건이 변경된다면 원래의 성능에 도달하지 못할 수도 있습니다. 이때 우리는 이를 임피던스라고 부르기도 합니다.

고주파 회로에서, 우리는 반사 문제도 고려해야 한다.신호의 주파수가 높을 때 신호의 파장은 매우 짧다.파장이 전송선의 길이와 비슷할 정도로 짧으면 원본 신호에 중첩된 반사 신호가 변경됩니다.원시 신호의 형태.전송선의 특성 임피던스가 로드 임피던스 (즉, 일치하지 않음) 와 같지 않으면 로드 포트에서 반사가 발생합니다.왜 임피던스가 일치하지 않을 때 반사가 발생하는지, 그리고 특징의 임피던스를 구하는 방법은 2단계 편향과 관련된다. 미분방정식의 해는 여기서 자세히 설명하지 않는다.만약 당신이 흥미가 있다면 전자장과 마이크로파의 전송선 이론을 참고하세요.전송선의 특성 임피던스 (특성 임피던스라고도 함) 는 전송선의 구조와 재료에 의해 결정되며 전송선의 길이와 신호의 진폭과 주파수는 무관하다.

예를 들어, 일반적으로 사용되는 CCTV 동축 케이블의 특성 임피던스는 75 섬이지만 일부 무선 주파수 장치는 일반적으로 특성 임피던스가 50 섬인 동축 케이블을 사용합니다.또 다른 일반적인 전송선은 농촌 지역에 위치한 300 섬의 특징 임피던스가 특징인 평탄 평행선입니다.사용하는 텔레비전 안테나는 팔목 안테나의 피드백을 만드는 데 더 흔히 볼 수 있다.TV 무선 주파수 입력단의 입력 임피던스가 75이기 때문에 300 피드백은 그와 일치하지 않습니다. 어떻게 이 문제를 실제로 해결할 수 있습니까?몰라요.텔레비전의 액세서리에 300~75의 임피던스 변환기가 있다는 것을 알아차렸습니까? (한쪽 끝에 둥근 플러그가 있는 플라스틱 포장은 엄지손가락 두 개 정도 크기입니다.)안에는 실제로 300 섬의 임피던스를 일치시키기 위해 75 섬으로 변환하는 전송선 변압기가 있습니다.여기서 강조해야 할 것은 특성 임피던스는 우리가 일반적으로 이해하는 저항의 개념이 아니며 전송선의 길이와는 무관하다는 것입니다.그것은 옴 시계로 측정할 수 없다.부하 임피던스는 반사되지 않도록 전송선의 특성 임피던스와 같아야 합니다.이것은 전송선의 임피던스 일치입니다.임피던스가 일치하지 않으면 어떤 나쁜 결과가 발생합니까?일치하지 않으면 반사가 형성돼 에너지를 전송할 수 없어 효율이 떨어진다.전송선에 주파수가 형성되어 (간단한 이해는 신호가 어떤 곳에서는 강하고 어떤 곳에서는 약하다는 것이다.) 전송선의 유효 전력 용량이 낮아진다;전력이 전송되지 않으며 전송 장치가 손상될 수도 있습니다.회로기판의 고속 신호선이 부하 임피던스와 일치하지 않으면 진동, 방사선 교란 등이 발생한다.

임피던스가 일치하지 않을 때 일치시킬 수 있는 방법은 무엇입니까?우선, 위의 텔레비전의 예와 같이 변압기를 사용하여 임피던스 변환을 하는 것을 고려할 수 있습니다.둘째, 무선 주파수 회로를 디버깅할 때 자주 사용하는 직렬 / 병렬 콘덴서나 전기 감각을 사용하는 것을 고려할 수 있습니다.셋째, 직렬 / 병렬 저항기 사용을 고려할 수 있습니다.일부 드라이브는 임피던스가 상대적으로 낮기 때문에 고속 신호선과 같은 적절한 임피던스를 연결할 수 있으며 때로는 수십 옴의 임피던스를 연결할 수도 있습니다.일부 수신기는 입력 임피던스가 상대적으로 높습니다.병렬 저항기는 전송선을 일치시키는 데 사용할 수 있다.예를 들어, 485 버스 수신기는 일반적으로 데이터 케이블 끝에 120 옴의 일치 저항기를 병렬로 연결합니다.

임피던스가 일치하지 않을 때의 반사 문제를 이해하는 데 도움을 주기 위해서, 나는 두 가지 예를 들겠습니다: 당신이 샌드백을 연습하고 있다고 가정하십시오.만약 이것이 무게와 경도가 적당한 모래주머니라면, 당신은 아주 편안하게 놀 수 있을 것이다.,만약 어느 날 내가 손과 발로 모래주머니를 만들었다면, 예를 들어, 만약 안에 쇠모래로 바뀌었다면, 당신은 여전히 이전의 힘으로 그것을 때렸을 것이다. 당신의 손은 이것이 너무 큰 부하의 상황이라는 것을 감당할 수 없을 것이다. 이것은 매우 큰 반발력을 낳을 것이다.반대로 만약 내가 안을 아주 가벼운 물건으로 바꾸면 당신이 때릴 때 비어있을수도 있고 당신의 손이 감당할수 없을수도 있다. 이것이 바로 부하가 너무 가벼운 상황이다.예를 들어, 나는 당신이 계단을 잘 볼 수 없을 때, 계단을 오르거나 내리고, 계단이 있다고 생각할 때"부하 불일치"의 느낌을 받는 상황을 경험했는지 모르겠습니다.물론 이런 예는 적합하지 않을수도 있지만 부하가 일치하지 않을 때 우리는 그것으로 반사를 리해할수 있다.

전면 증폭기의 입력 레벨 임피던스가 높은 이유는 무엇입니까?임피던스를 증가시키는 방법은 무엇입니까?

높은 입력 임피던스는 회로 (또는 이전 회로의 출력) 가 흡수하는 출력이 작다는 것을 의미하며, 전원 또는 이전 단계는 더 많은 부하를 구동할 수 있다.전자전압계, 오실로스코프 등과 같은 측정 회로의 경우, 측정 회로에 연결된 후 측정 회로에 미치는 영향을 최소화하기 위해 매우 높은 입력 임피던스가 필요합니다.

어떻게 개선할 것인가: (1) 필드 효과관, 입력 저항이 자연히 높다.(2) 자체 들기 연결을 사용하여 입력 임피던스를 증가시킵니다.(3) 공공 수집 증폭기 회로를 사용하며, 삼극관 증폭기 회로의 입력 단계는 일반적으로 공공 수집 모드로 연결된다.

이상적인 상태에서 전압으로 구동되는 후급 회로는 전급에서만 전압을 섭취하고 전류가 없기 때문에 출력을 섭취하지 않는다.이전 단계에서는 거의 비어 있으므로 임피던스가 클수록 구동이 쉽습니다.사실상 후급의 입력저항은 무한대에 접근할수 밖에 없다.진공관이나 CMOS 부품의 입력은 G급에 달할 수 있으며 전급에서 섭취하는 전류는 매우 작다.

예를 들어, 필드 효과관은 전압 구동형에 속하며, 그 형성된 회로는 전압 구동 회로이다.입력 임피던스가 너무 커서 입력 전류를 무시할 수 있기 때문에 전력 소비량도 무시됩니다.

삼극관은 전류 구동형에 속하며, 그것이 형성하는 회로는 전류 구동 회로이다. 왜냐하면 그것은 전류를 주입해야만 작동할 수 있기 때문이다. 비록 그것의 입력 저항은 상대적으로 작지만, 그것은 여전히 일정한 전력 소비를 발생시킨다.

개인적인 이해:

이른바 입력 임피던스는 주로 회로 자체가 소모하는 전력을 고려한다 (무의미한 손실로 이해할 수 있다).전압 구동 회로의 경우 임피던스가 클수록 전류가 줄어들고, P=I*I*R이면 전류가 줄어든다. 구동 회로의 경우 임피던스가 작을수록 P=I*I*R이면 전력 소비량이 줄어든다. 따라서 후면 회로는 더 많은 전력을 출력할 수 있다.