Impedansmatchning: Formel, krets & tillämpningar

Vad är impedansmatchning?

Impedansmatchning definieras som processen att utforma inmatningsimpedansen och utmatningsimpedansen för en elektrisk belastning för att minimera signalreflektion eller maximera effektoverföringen till belastningen.

En elektrisk krets består av strömkällor som förstärkare eller generator och elektriska belastningar som en glödlampa eller transmissionsledning har en källimpedans. Denna källimpedans motsvarar resistans i serie med reaktans.

Enligt maximala effektoverföringssatsen, när belastningsresistansen är lika med källresistansen och belastningsreaktansen är lika med negativa värdet av källans reaktans, överförs maximal effekt från källan till belastningen. Det innebär att den maximala effekten kan överföras om belastningsimpedansen är lika med det komplexkonjugerade värdet av källimpedansen.

I fallet med en DC-krets beaktas inte frekvensen. Därför uppfylls villkoret om belastningsresistansen är lika med källresistansen. I fallet med en AC-krets beror reaktansen på frekvensen. Därför, om impedansen matchas för en viss frekvens, kan det inte matcha om frekvensen ändras.

Smith-diagram impedansmatchning

Smith-diagrammet uppfinnades av Philip H Smith och T. Mizuhashi. Det är en grafisk kalkylator som används för att lösa komplexa problem med transmissionsledningar och matchningskretsar. Denna metod används också för att visa RF-parametrars beteende vid en eller flera frekvenser. 

Smith-diagram används för att visa parametrar som impedans, admittans, brusfigurcirklar, scatteringsparametrar, reflektionskoefficient och mekaniska vibrationer, etc. Därför inkluderar de flesta RF-analysprogram ett Smith-diagram för visning eftersom det är en av de viktigaste metoderna för RF-ingenjörer.

Det finns tre typer av Smith-diagram;

• Impedans Smith-diagram (Z-diagram)

• Admittans Smith-diagram (Y-diagram)

• Immittans Smith-diagram (YZ-diagram)

Impedansmatchningskrets och formel

För en given belastningsresistans R, kommer vi att hitta en krets som matchar drivmotståndet R’ vid frekvens ω0. Och vi designar en L-matchningskrets (som visas i figuren nedan).

Låt oss hitta admittansen (Yin) av den ovan nämnda kretsen.

Antag att, resistor (R) och induktans (L) är i serie. Och denna kombination är parallell med kapacitans (C). Därför är impedansen,