Teknik PCB - Pemahaman impedance input dan impedance output

1.Input impedance

Input impedance merujuk kepada impedance yang sama bagi terminal input sirkuit. Tambah sumber tekanan U ke terminal input dan ukur semasa I di terminal input, kemudian impedance input Rin adalah U/I. Anda boleh fikirkan terminal input sebagai kedua-dua hujung penentang, penentang penentang ini adalah impedance input.

Impedansi input tidak berbeza dari unsur reaksi biasa. Ia mencerminkan ukuran penghalang semasa. Untuk sirkuit yang dipandu tenaga, semakin besar impedance input, semakin ringan muatan pada sumber tenaga, dan semakin mudah dipandu. Ia akan mempunyai kesan pada sumber isyarat; bagi sirkuit pemacu semasa, semakin kecil impedance input, semakin ringan muatan pada sumber semasa. Oleh itu, kita boleh berfikir bahawa: jika ia dipandu oleh sumber tegangan, impedance input adalah semakin besar semakin baik; Jika ia dipandu oleh sumber semasa, semakin kecil impedance, semakin baik. Pertimbangkan sepadan impedance

2. Impedan output

Walaupun sumber isyarat atau amplifier dan bekalan kuasa, ada masalah impedance output. Impedansi output adalah perlawanan dalaman sumber isyarat. Pada awalnya, untuk sumber tegangan ideal (termasuk bekalan kuasa), perlawanan dalaman sepatutnya 0, atau sumber semasa ideal Impedansi sepatutnya tak terbatas. Impedansi output adalah perkara yang paling penting untuk memperhatikan dalam desain sirkuit, tetapi sumber tegangan sebenar tidak boleh melakukan ini. Kami sering menggunakan sumber tegangan ideal dalam siri dengan resistor r untuk bersamaan dengan sumber tegangan sebenar. Ini The resistance r in series with the ideal voltage source is the internal resistance of (signal source/amplifier output/power supply). Apabila sumber tenaga ini menyediakan kuasa untuk muatan, arus saya akan mengalir melalui muatan dan dijana pada perlawanan ini Jatuhan tenaga I*r. Ini akan menyebabkan turun dalam tekanan output bekalan kuasa, dengan itu mengatasi kuasa output maksimum (untuk mengapa kuasa output maksimum terhad, sila lihat soalan "sepadan impedance" di bawah). Sama seperti, Sumber semasa ideal, impedance output seharusnya tidak terbatas, tetapi sirkuit sebenar adalah mustahil

Tiga, sepadan impedance

Perpadanan kemudahan merujuk kepada kaedah yang sesuai antara sumber isyarat atau garis penghantaran dan muatan. Perpadanan kemudahan dibahagi menjadi dua kes frekuensi rendah dan frekuensi tinggi.

Mari kita mulakan dengan sumber tekanan DC memandu muatan. Oleh kerana sumber tegangan sebenar sentiasa mempunyai perlawanan dalaman (sila rujuk kepada soalan impedance output), kita boleh mengubah sumber tegangan sebenar menjadi sumber tegangan ideal dan model perlawanan r dalam siri. Dengan anggapan bahawa lawan muatan adalah R, kekuatan elektromotif bekalan kuasa adalah U, dan lawan dalaman adalah r, maka kita boleh mengira arus semasa melalui lawan R sebagai: I=U/(R+r), ia boleh dilihat bahawa muatan semasa lebih kecil lawan R, semasa lebih besar arus output. Tengah pada muatan R adalah: Uo=IR=U/[1+(r/R)], ia boleh dilihat bahawa semakin besar resistensi muatan R, semakin tinggi voltaj output Uo.Mari kira kuasa yang dikonsumsi oleh resistor R sebagai:

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}

Untuk sumber isyarat tertentu, resistensi dalaman r ditetapkan, dan resistensi muatan R dipilih oleh kita. Perhatikan bahawa dalam formula ((Rr)2/R), apabila R=r, ((Rr) 2/R) boleh mendapatkan nilai minimum 0, maka kuasa output maksimum boleh diperoleh dari resistensi muatan R Pmax=U2/(4*r). Maksudnya, apabila perlawanan muatan sama dengan perlawanan dalaman sumber isyarat, muatan boleh mendapatkan kuasa output maksimum. Ini adalah salah satu impedance yang kita sering katakan. Untuk sirkuit perlahan murni, kesimpulan ini juga berlaku untuk sirkuit frekuensi rendah dan sirkuit frekuensi tinggi. Apabila litar AC mengandungi impedance kapasitif atau induktif, kesimpulan berubah, iaitu sumber isyarat dan bahagian sebenar impedance muatan adalah sama, dan bahagian imajinasi adalah bertentangan satu sama lain. Ini dipanggil persamaan konjugat. Dalam sirkuit frekuensi rendah, kita biasanya tidak mempertimbangkan masalah yang sepadan garis transmisi, tetapi hanya mempertimbangkan situasi antara sumber isyarat dan muatan, kerana isyarat frekuensi rendah panjang gelombang adalah sangat panjang dibandingkan dengan garis transmisi. Garis transmisi boleh dianggap sebagai "garis pendek", dan refleksi boleh diabaikan (ini boleh dipahami: kerana garis pendek, walaupun ia refleksi kembali, ia masih sama dengan isyarat asal). Dari analisis di atas, kita boleh dapatkan Kesimpulan: Jika kita perlukan semasa output besar, pilih muatan kecil R; jika kita perlukan tekanan output besar, pilih muatan besar R; jika kita perlukan kuasa output maksimum, pilih resistor R yang sepadan dengan resistensi dalaman sumber isyarat. Kadang-kadang impedance Mismatch juga ada makna lain. Contohnya, output beberapa alat dirancang dalam keadaan muatan tertentu. Jika keadaan muatan berubah, prestasi asal mungkin tidak dicapai. Pada masa ini, kita juga akan memanggil ketidaksepadan impedance.

Dalam sirkuit frekuensi tinggi, kita juga perlu mempertimbangkan masalah refleksi. Apabila frekuensi isyarat tinggi, panjang gelombang isyarat sangat pendek. Apabila panjang gelombang cukup pendek untuk dapat dibandingkan dengan panjang garis penghantaran, isyarat terefleksikan ditukar pada isyarat asal akan berubah. Bentuk isyarat asal. Jika pengendalian karakteristik garis penghantaran tidak sama dengan pengendalian muatan (iaitu, ia tidak sepadan), refleksi akan berlaku pada akhir muatan. Mengapa refleksi berlaku apabila impedance tidak sepadan dan kaedah penyelesaian impedance karakteristik melibatkan bias tertib kedua penyelesaian persamaan perbezaan, kita tidak akan pergi ke perincian di sini. Jika anda tertarik, sila rujuk kepada teori garis transmisi dalam medan elektromagnetik dan mikrogelombang. Impedasi karakteristik garis trasmis (juga dipanggil impedance karakteristik) ditentukan oleh struktur dan bahan garis trasmis, dan panjang garis trasmis, dan amplitud dan frekuensi isyarat tidak penting.

Contohnya, kabel koaksial CCTV yang biasanya digunakan mempunyai pengendalian ciri-ciri 75Ω, sementara beberapa peralatan frekuensi radio biasanya menggunakan kabel koaksial dengan pengendalian ciri-ciri 50Ω. Garis penghantaran umum lain ialah garis selari rata dengan pengendalian ciri-ciri 300Ω, yang berada di kawasan pedesaan. Rak antena TV yang digunakan adalah lebih biasa dan digunakan untuk membuat penyedia antena Yagi. Kerana penghalang input penghujung input RF TV adalah 75Ω, penghalang 300Ω tidak akan sepadan dengannya. Bagaimana untuk menyelesaikan masalah ini dalam latihan? Saya tak tahu. Adakah anda memperhatikan bahawa terdapat penukar impedance 300Ω hingga 75Ω dalam aksesori TV (pakej plastik dengan plug bulat pada satu ujung, kira-kira saiz dua jempol). Di dalam sebenarnya adalah pengubah garis trasmis, yang mengubah impedance 300Ω menjadi 75Ω, supaya ia boleh dipadangkan. Ia perlu ditandakan di sini bahawa impedance karakteristik bukanlah konsep dengan perlawanan yang biasanya kita faham, ia tidak ada kaitan dengan panjang garis transmisi. Ia tidak boleh diukur dengan menggunakan ohmmeter. Untuk tidak menghasilkan refleksi, impedance muatan sepatutnya sama dengan impedance karakteristik garis penghantaran. Ini adalah persamaan impedance garis penghantaran. Apa kesan buruk jika impedance tidak sepadan? Jika ia tidak sepadan, refleksi akan terbentuk, tenaga tidak boleh dihantar dan efisiensi dikurangi; gelombang berdiri akan membentuk pada garis transmisi (pemahaman sederhana ialah bahawa isyarat kuat di beberapa tempat, dan isyarat lemah di beberapa tempat), yang mengakibatkan pengurangan kapasitas kuasa efektif garis transmisi; kuasa itu tidak boleh dihantar, dan ia mungkin merusak peralatan pemindahan. Jika garis isyarat kelajuan tinggi pada papan sirkuit tidak sepadan dengan impedance muatan, ia akan menghasilkan oscilasi, gangguan radiasi, dll.

Apabila impedance tidak sepadan, apa cara untuk membuat ia sepadan? Pertama, anda boleh pertimbangkan menggunakan pengubah untuk penukaran impedance, sama seperti contoh dalam set TV di atas. Kedua, anda boleh pertimbangkan menggunakan kondensator siri/selari Atau induktan, yang sering digunakan bila menyahpepijat sirkuit RF. Ketiga, anda boleh mempertimbangkan penggunaan serye/tahan selari. Beberapa pemandu mempunyai impedance relatif rendah, dan resistor yang sesuai boleh disambungkan dalam siri untuk sepadan dengan garis transmisi, seperti garis isyarat kelajuan tinggi, kadang-kadang A resistor puluhan ohms akan disambung dalam siri. Impedansi input beberapa penerima relatif tinggi. Penegang selari boleh digunakan untuk sepadan dengan garis penghantaran. Contohnya, 485 penerima bas sering menyambung resistor yang sepadan 120 ohms secara selari di terminal garis data.

Untuk membantu anda memahami masalah refleksi apabila impedance tidak sepadan, biar saya memberikan dua contoh: Anggap anda berlatih tinju-tinju beg pasir. Jika ia adalah beg pasir dengan berat badan yang tepat dan keras, and a akan merasa selesa memainkannya. Jika suatu hari saya membuat beg pasir dengan tangan dan kaki, misalnya, jika dalam diganti dengan pasir besi, and a masih menggunakan kekuatan sebelumnya untuk memukulnya, tangan anda mungkin tidak dapat menanggungnya-ini adalah keadaan beban berlebihan, yang akan menghasilkan banyak kekuatan kembali. Sebaliknya, jika saya menggantikan dalam dengan sesuatu yang sangat ringan dan cahaya, anda mungkin kosong apabila anda menendang, dan tangan anda mungkin tidak dapat menahannya-ini adalah keadaan beban terlalu ringan. Contohnya, saya tidak tahu jika and a pernah mengalami ini: apabila anda tidak dapat melihat tangga dengan jelas, naik/turun tangga, dan apabila anda berfikir ada tangga, akan ada perasaan "muatan tidak sepadan". Tentu saja, mungkin contoh seperti itu tidak sesuai, tetapi kita boleh menggunakannya untuk memahami refleksi apabila muatan tidak sepadan.

Mengapa penghalang tahap input dari preamplifier tinggi? Apa cara untuk meningkatkan kekuatan

Impedansi input tinggi bermakna kuasa yang diserap oleh sirkuit (atau output sirkuit sebelumnya) adalah kecil, dan bekalan kuasa atau tahap sebelumnya boleh memandu lebih banyak muatan. Untuk sirkuit pengukuran, seperti voltmeter elektronik, oscilloscopes, dll., impedance input yang sangat tinggi diperlukan supaya kesan pada sirkuit yang sedang diuji adalah sebanyak mungkin selepas disambung dengan instrumen.

Bagaimana untuk memperbaiki: (1) Tuba kesan medan, impedance input adalah secara alami tinggi. (2) Guna sambungan tali bot untuk meningkatkan impedance input. (3) Adop sirkuit penyampai koleksi-umum, dan tahap input sirkuit penyampai triod secara umum disambung dalam mod koleksi-umum.

Dalam keadaan ideal, sirkuit tahap belakang yang dipandu tegangan hanya menggambar tegangan dari tahap sebelumnya, dan tiada arus, jadi ia tidak menggambar kuasa. Untuk tahap sebelumnya, ia hampir tiada muatan, jadi semakin besar impedance, semakin mudah untuk memandu. Sebenarnya, impedance masukan tahap belakang hanya boleh dekat dengan keabadian. Input tabung vakum atau peranti CMOS boleh mencapai aras G Ω, dan semasa dicat dari tahap depan sangat kecil.

Contohnya, tabung kesan medan milik jenis yang dipandu tekanan, dan litar yang dibina oleh ia adalah litar yang dipandu tekanan. Kerana pengendalian input begitu besar sehingga arus input boleh diabaikan, konsumsi kuasa juga diabaikan;

Triod itu milik jenis pemacu semasa, dan sirkuit yang terbentuk oleh ia adalah sirkuit pemacu semasa, kerana ia perlu menyuntik arus untuk bekerja, walaupun impedance input itu relatif kecil, ia masih menghasilkan sejumlah konsumsi kuasa tertentu.

Pemahaman peribadi:

Yang disebut impedance input menganggap kuasa yang dikonsumsikan oleh litar itu sendiri (ia boleh dipahami sebagai kehilangan yang tidak bermakna). Untuk sirkuit pemacu tekanan, semakin besar impedance, semakin kecil arus, P=I*I*R, semakin kecil arus Dalam terma sirkuit pemacu, semakin kecil impedance, P=I*I*R, semakin kecil konsumsi kuasa, sehingga sirkuit terakhir boleh keluarkan lebih kuasa.