Impedanciaillesztés
Impedanciaillesztésnek nevezik az elektronikában azt az eljárást, amely során egy elektromos feszültségforrás kimenő impedanciáját, vagy az elektromos terhelés bemenő impedanciáját kiválasztják. A választás szempontjai az alkalmazástól függnek, de általában a fő szempont az átadott elektromos teljesítmény maximalizálása, illetve a veszteségek és a visszaverődés minimalizálása.
Az impedanciaillesztés a nagyfrekvenciás villamosmérnöki gyakorlat gyakran alkalmazott módszere, amelyet főként a ki- és bemenő impedanciák szabványosításával (pl. egységesen 50 vagy 75 Ω-os eszközök alkalmazásával) valósítanak meg, bár egyes alkalmazások megkövetelik a szabványoktól való eltérést. Azon esetekben, amikor a maximális teljesítmény átadása a cél, az impedanciaillesztés a maximálisteljesítmény-átviteli tétel szerinti optimumot valósítja meg.
Bár az impedanciaillesztés elméletét először villamosmérnöki alkalmazások számára alkották meg, valójában a koncepció más, nem elektromos rendszerekre alkalmazható, amelyben valamilyen (pl. akusztikus, mechanikai, termikus, mágneses stb.) energia terjed egy forrásból egy terhelés felé.
Elmélete
szerkesztésAz impedancia általánosságban a vizsgált fizikai rendszer ellenállása valamilyen energia továbbítására. Bár a fogalom más jellegű (pl. akusztikus, mechanikai, termikus, mágneses stb.) energiák terjedésére is alkalmazható, az alábbiakban az elektromos rendszerek impedanciaillesztéséről lesz szó.
Az elektromos impedancia ( ) komplex kifejezés, amely valós ellenállásból ( ) és tisztán képzetes reaktanciából ( ) áll, amelyek mindegyikének mértékegysége Ω:
.
Az elektronikai alkalmazások egy részében, jellemzően alacsony frekvencián a reaktanciának nincs nagy jelentősége, ekkor az impedancia egyedül a valós ellenállással jellemezhető.
Maximális teljesítményátvitel
szerkesztésHa a gyakorlati alkalmazás azt kívánja meg, hogy a feszültségforrás és a terhelés közötti energiatovábbítás teljesítménye maximális legyen, akkor a maximálisteljesítmény-átviteli tételnek megfelelően kell az impedanciákat megválasztani.[1]
A feszültséggel jellemezhető feszültséggenerátor kimenő impedanciáját adott értékűnek véve a kérdés tehát az, hogy a terhelés impedanciáját hogyan kell megválasztanunk a maximális teljesítmény eléréséhez.
Az egyszerű leírás kedvéért tekintsük az impedanciák valós részeit. A forrásról a terhelés felé terjedő elektromos energia teljesítményét az alábbi kifejezéssel írhatjuk le:
.[1]
Azt az terhelési ellenállást keressük, amelynél az átadott teljesítmény maximális:
A maximális teljesítmény a fenti összefüggés alapján esetben jelentkezik, azaz amikor a terhelés bemenő impedanciája megegyezik a feszültségforrás kimenő impedanciájával. Ekkor a teljesítmény:
.[1]
Tisztán valós (azaz csak ohmikus tagot tartalmazó) impedanciák esetén a visszaverésmentes illesztés megegyezik a maximális teljesítményt átvivő illesztéssel.
Komplex impedanciák esetén a fentihez nagyon hasonló számítással arra következtethetünk, hogy maximális teljesítmény akkor jelentkezik, ha:
,
ahol a * művelet komplex konjugálást jelent. Ennek megfelelően ha a forrás vagy a terhelés komplex tagot tartalmaz (azaz ha bármelyikben kapacitív, vagy induktív jellegű ellenállástag található) akkor a másik komponenst ennek megfelelően is illeszteni kell. Például ha a forrás kimenő impedanciája induktív komplex tagot is tartalmaz, miközben a terhelés tisztán ohmikus, akkor az illesztéshez a terhelés bemenő ellenállásához egy azonos nagyságú, de ellentétes előjelű (azaz kapacitív) ellenállást kell hozzáadni.
Az illesztés frekvenciafüggése
szerkesztésEgyszerű készülékekben, adott eszközfelépítésnél az impedanciacsatolás optimuma frekvenciafüggő lehet. Ezt az okozza, hogy a forrás és a terhelés oldalán található komplex ellenállású eszközöknek jellemzően más-más frekvenciafüggése van. Széles sávú alkalmazásokban tehát nem elegendő az egyszerű lezárások alkalmazása, összetettebb eszközöket kell alkalmazni.
Jegyzetek
szerkesztésFordítás
szerkesztésEz a szócikk részben vagy egészben az Impedance matching című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
Források
szerkesztésSzakkönyvek
szerkesztés- Husi Géza. Válogatott fejezetek az elektrotechnikából, Digitális Tankönyvtár (2013)
Tananyagok, ismeretterjesztő weblapok
szerkesztés- Az ElectronicDesign.com angol nyelvű, háromrészes, közérthető cikksorozata az impedanciaillesztésről:
- Alapkoncepció, alkalmazás, tápvonalak; Back to Basics: Impedance Matching (Part 1) (angol nyelven). Electronic Design, 2011. október 24. (Hozzáférés: 2019. augusztus 8.)
- LC-áramkörök; Back to Basics: Impedance Matching (Part 2) (angol nyelven). Electronic Design, 2012. március 1. (Hozzáférés: 2019. augusztus 8.)
- Back to Basics: Impedance Matching (Part 3) (angol nyelven). Electronic Design, 2012. március 15. (Hozzáférés: 2019. augusztus 8.)