Impedanciaillesztés

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

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(wd) 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[szerkesztés]

Az 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[szerkesztés]

Feszültségforrás és terhelés

Ha a gyakorlati alkalmazás azt kívánja meg, hogy a feszültségforrás és a terhelés közötti energiatovábbítás teljesítménye maximális legyen, akkor a maximálisteljesítmény-átviteli tételnek(wd) 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[szerkesztés]

Egyszerű 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[szerkesztés]

  1. a b c Husi 2013, 53−55. o.

Fordítás[szerkesztés]

Ez 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[szerkesztés]

Szakkönyvek[szerkesztés]

Tananyagok, ismeretterjesztő weblapok[szerkesztés]

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés]