Impedanzanpassung: Formel, Schaltkreis und Anwendungen

Was ist Impedanzanpassung?

Impedanzanpassung wird definiert als der Prozess des Entwurfs der Eingangs- und Ausgangsimpedanz einer elektrischen Last, um die Signalreflexion zu minimieren oder den Leistungsübertrag in die Last zu maximieren.

Ein elektrischer Schaltkreis besteht aus Stromquellen wie Verstärkern oder Generatoren und elektrischen Lasten wie Glühbirnen oder Leitungslinien, die eine Quellenimpedanz haben. Diese Quellenimpedanz entspricht einem Widerstand in Serie mit einer Reaktanz.

Gemäß dem Satz vom maximalen Leistungsübertrag wird die maximale Leistung von der Quelle zur Last übertragen, wenn der Lastwiderstand gleich dem Quellenwiderstand und die Lastreaktanz gleich dem negativen Wert der Quellenreaktanz ist. Das bedeutet, dass die maximale Leistung übertragen werden kann, wenn die Lastimpedanz gleich der komplex konjugierten Quellenimpedanz ist.

Im Fall eines Gleichstromschaltkreises wird die Frequenz nicht berücksichtigt. Daher ist die Bedingung erfüllt, wenn der Lastwiderstand gleich dem Quellenwiderstand ist. Im Fall eines Wechselstromschaltkreises hängt die Reaktanz von der Frequenz ab. Daher, wenn die Impedanz für eine Frequenz angepasst ist, kann sie bei einer anderen Frequenz nicht mehr passen.

Smith-Diagramm für Impedanzanpassung

Das Smith-Diagramm wurde von Philip H. Smith und T. Mizuhashi erfunden. Es ist ein grafischer Taschenrechner, der zur Lösung komplexer Probleme von Leitungslinien und Anpassungsschaltungen verwendet wird. Diese Methode wird auch verwendet, um das Verhalten von RF-Parametern bei einer oder mehreren Frequenzen anzuzeigen. 

Mit dem Smith-Diagramm können Parameter wie Impedanzen, Admittanzen, Rauschfaktorkreise, Streuparameter, Reflexionskoeffizienten und mechanische Schwingungen usw. dargestellt werden. Daher enthält die meisten RF-Analyse-Software ein Smith-Diagramm, da es eine der wichtigsten Methoden für RF-Ingenieure ist.

Es gibt drei Arten von Smith-Diagrammen;

• Impedanz-Smith-Diagramme (Z-Diagramme)

• Admittanz-Smith-Diagramme (Y-Diagramme)

• Immittanz-Smith-Diagramme (YZ-Diagramme)

Impedanzanpassungsschaltung und Formel

Für einen gegebenen Lastwiderstand R finden wir einen Schaltkreis, der den Antriebswiderstand R’ bei der Frequenz ω0 anpasst. Und wir entwerfen einen L-Anpassungsschaltkreis (wie in der unten stehenden Abbildung gezeigt).

Lassen Sie uns die Admittanz (Yin) des obigen Schaltkreises berechnen.

Angenommen, der Widerstand (R) und der Spule (L) sind in Reihe. Und diese Kombination ist parallel zum Kondensator (C). Daher ist die Impedanz,