Wann ist eine Impedanzanpassung erforderlich? Ist es nicht in allen anderen Aspekten viel weniger effizient?

Ich verstehe, dass Diskontinuitäten der physikalischen Eigenschaften von Leitern Reflexionen erzeugen, ähnlich wie Dioptrien ein wenig Licht reflektieren, aber:

In welchen Fällen ist eine Impedanzanpassung erforderlich, um dies zu vermeiden? Gibt es eine einfache Methode, um quantitativ zu entscheiden? (1)

Meine zweite Sorge (die wahrscheinlich auf mein begrenztes Wissen über das Thema zurückzuführen ist) betrifft die Effizienz der Impedanzanpassung:

Wenn alle Impedanzen einschließlich der Last gleich sein müssen, bedeutet das nicht, dass die Gesamtimpedanz extrem klein ist und daher viel Strom benötigt wird? Ist es bei "gleich" nur die Amplitude oder auch die Phasenverschiebung? (2)

Was impliziert eine höhere Spannungsquelle aufgrund der Spannungsabfälle und viel Energie, die als Wärme verloren geht? Ist es ein Kompromiss?

Nehmen wir das folgende Diagramm als Anwendungsbeispiel.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Impedanz ist absolut nicht dasselbe wie Widerstand. Ein "50-Ohm"-Koaxialkabel hat unabhängig von seiner Länge die gleiche Impedanz, aber einen (winzigen) Widerstand, der längenabhängig ist.
Guter Punkt, ich bin mir des Unterschieds bewusst, habe aber zu schnell geschrieben, wie es scheint. Es beantwortet die Frage nicht, aber Ihr Beispiel überrascht mich ein wenig: Impedanzen in Kabeln sind hauptsächlich Induktivität und Widerstand, die beide längenabhängig sind, und die Kombination hängt von der Eingangsfrequenz ab? Ich habe meine Frage auch aktualisiert.
Die Gesamtimpedanz für das System muss am Eingang und am Ausgang gleich sein, wenn Sie es sich als Black Box vorstellen, in die ein Signal hineingeht und dann wieder herauskommt
Nein, das stimmt nicht im Entferntesten.
Es gibt einige Regeln wie Tr > 2*td oder Elektrische Länge der Verbindung < Lambda/4 Lambda wird basierend auf tr des Treibersignals berechnet. Wenn also eines dieser Dinge fehlschlägt, sollte diese Leitung als zu behandelnde Übertragungsleitung oder Hochgeschwindigkeitsleitung betrachtet werden. wo Impedanzanpassung notwendig ist. Auch wenn es sich nicht um eine Hochgeschwindigkeitsleitung handelt, treten bei einer Impedanzfehlanpassung Reflexionen auf, aber wenn diese oben genannten Bedingungen erfüllt sind, sterben die Reflexionen aus und wirken sich nicht auf die Leitung aus
@ user19579: Könnten Sie eine Antwort erweitern?

Antworten (2)

Es hat eine Weile gedauert, aber ich glaube, ich verstehe endlich die Art Ihrer Frage.

Sie scheinen nicht zu verstehen, dass Sie den Z0 einer Übertragungsleitung nicht mit einem Ohmmeter messen können.

Die Impedanz einer Übertragungsleitung wird durch das Verhältnis ihres elektrischen Feldes zu ihrem magnetischen Feld bestimmt. Dies wird durch die physischen Abmessungen der Leitung bestimmt, nicht durch die Materialien, die zum Bau der Leitung verwendet werden.

Die charakteristische Impedanz eines Koaxialkabels wird zum Beispiel durch das Verhältnis seiner Leiterdurchmesser bestimmt, und wir ignorieren den Widerstand der Leiter, die zum Bau des Kabels verwendet werden (in vernünftigem Rahmen). Ein kurzes Stück 50-Ohm-Kabel hat typischerweise Leiterwiderstandswerte im Mikro-Ohm-Bereich.

Wir verwenden die Impedanzanpassung in Schaltungen, wenn wir die Leistungsübertragung zwischen 2 Punkten in der Schaltung verbessern müssen. Sie haben gefragt, "wann wird eine Impedanzanpassung erforderlich", und die Antwort darauf hängt ganz von der Situation ab. Es kann vorkommen, dass eine Hochleistungsschaltung durchbrennt, wenn die Größe des Reflexionskoeffizienten größer als 0,2 ist, aber dieser Reflexionsgrad kann normalerweise von Schaltungen mit niedriger Leistung toleriert werden.

Als Antwort auf die folgenden Fragen: Um die Impedanz von Übertragungsleitungen zu recherchieren, suchen Sie nach Ausdrücken wie Microstrip, Stripline oder Microstrip or Stripline Calculator.

Hier ist ein Wikipedia-Artikel. http://en.wikipedia.org/wiki/Microstrip

Ein einfaches Beispiel wäre, wenn Sie eine 2-Ohm-Last mit einer 50-Ohm-Quelle treiben würden. Ohne Impedanzanpassung würden nur 15 % der Leistung an die Last geliefert.

Sie können diese Last mit einer 1/4-Wellen-, 10-Ohm-Übertragungsleitung an die Quelle anpassen. Diese Anpassung ist perfekt bei der Frequenz, bei der die Übertragungsleitung 1/4 Wellenlänge beträgt, sodass 100 % der Leistung bei dieser bestimmten Frequenz an die Last geliefert werden. Bei anderen Frequenzen wird die Anpassung verschlechtert.

Antwort zur 2. Frage: Sie haben 2 Fehler gemacht. Erstens beträgt die Spannung in der von Ihnen durchgeführten Berechnung nur 4%, aber die Leistung ist proportional zu V ^ 2. Aber das ist irrelevant, weil man so die Kraftübertragung nicht berechnen kann.

Denk darüber so. Die Impedanz eines freien Raums beträgt 377 Ohm. Wenn wir eine Antenne an diese 377-Ohm-Quelle anschließen, behandeln wir die 377 Ohm nicht als dissipativen Verlustpunkt, sondern als Impedanz, die das Verhältnis der E- und H-Felder bestimmt, nicht mehr.

Die richtige Methode zur Berechnung der Leistungsübertragung besteht darin, Rho, den Reflexionskoeffizienten, zu berechnen. Rho = (Z0 – ZL)/(Z0 + ZL). Für mein Beispiel ist Rho = (50 - 2)/(50 + 2) = -0,923 Leistungsübertragung ist 1 - Rho^2 = 14,8 %

Ich habe Ihre Antwort bis jetzt nicht gesehen. Danke. Können Sie an einem ganz einfachen Beispiel veranschaulichen, wie Sie die Kraftübertragung verbessern würden? Haben Sie auch einen Link zu einer Lektüre zum Thema Leitungsimpedanz im Vergleich zu physikalischen Abmessungen?
Ich verstehe die Kraftübertragung nicht. Ich vermute, es ist viel komplexer als eine Spannungsteilerberechnung, denn für 50 Ohm, die in eine 2-Ohm-Last emittieren, sollte die Leistungsübertragung 4% betragen (unabhängig davon, ob es sich bei dem Abfall um Blind- oder Widerstandsleistung handelt)?
Schande über mich, ein Spannungsverhältnis zu berechnen und es eine Leistungsübertragung zu nennen. Es war ein langer Tag. Dank des Reflexionskoeffizienten bekomme ich langsam den Dreh raus, danke.

Es scheint, dass die Verwirrung von der Tatsache herrührt, dass Sie denken, dass jede Last (Z L in Ihrem Bild) auch an die Impedanz der Übertragungsleitung angepasst werden muss. Das ist nicht wahr.

Idealerweise wird jedes Ende der Übertragungsleitung mit seiner charakteristischen Impedanz abgeschlossen (Z 0 in Ihrem Diagramm). An jedem Punkt entlang der Übertragungsleitung sehen Sie eine Z 0 -Last in jeder Richtung für eine Gesamtimpedanz von Z 0 /2. Es gibt keine Reflexionen, wenn Signale das Ende der Übertragungsleitung erreichen, da der Abschlusswiderstand elektrisch genauso aussieht wie mehr von derselben Übertragungsleitung.

Wenn die Übertragungsleitung Multidrop ist, müssen Sie darauf achten, dass diese Verbindungen in der Mitte der Leitung die Impedanz nicht stören. Jeder Abgriff hat daher idealerweise eine unendliche Impedanz. Da die Verbindung von der Übertragungsleitung zu dem, was das Signal an diesem Abgriff empfängt, selbst eine Übertragungsleitung ist und diese Leitung mit unendlicher Impedanz abgeschlossen wird, kann ein Teil des Signals über diese Stichleitung zurückprallen. Aus diesem Grund sind solche Abgriffe auf impedanzgesteuerten Übertragungsleitungen physikalisch klein. Sie weisen eine hohe Impedanz auf, um die Gesamtimpedanz der Übertragungsleitung nicht zu stören, und sind klein, so dass die kurze Verbindung zwischen der Übertragungsleitung und dem, was das Signal empfängt, eher wie ein konzentriertes System im Gegensatz zu einer Übertragungsleitung wirkt.

Wenn eine Übertragung für die Signalübertragung in nur einer Richtung verwendet wird, reflektiert eine einzelne Impedanzfehlanpassung einfach Energie zurück zur Quelle, die sich nicht darum kümmert; daher kann man damit davonkommen, die Quelle oder die Last anzupassen und die andere zu ignorieren. Das Anpassen beider bietet jedoch den Vorteil, dass es dem System hilft, eine einzelne Fehlanpassung an einem anderen Punkt zu tolerieren.
Wie immer sehr gut erklärt Olin, danke. Gibt es eine Möglichkeit zu wissen, wie die Leistungsübertragung zu einer Last ist, damit ich feststellen kann, ob eine Impedanzanpassung erforderlich ist?
@Mist: Es geht nicht um die vollständige Kraftübertragung. Jegliche Fehlanpassung zwischen der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung und den Abschlussimpedanzen verursacht Reflexionen, die dem beabsichtigten Signal Rauschen hinzufügen. Das Problem ist, wie viel Rauschen Sie tolerieren können und wie vorsichtig Sie daher sein müssen, um die Übertragungsleitung ordnungsgemäß abzuschließen.
Wann ist eine Impedanzanpassung erforderlich? Ist es nicht in allen anderen Aspekten viel weniger effizient?
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