การจับคู่อิมพีแดนซ์: สูตร วงจร และการประยุกต์ใช้งาน

การจับคู่อิมพีแดนซ์คืออะไร

การจับคู่อิมพีแดนซ์ถูกกำหนดว่าเป็นกระบวนการในการออกแบบอิมพีแดนซ์ขาเข้าและอิมพีแดนซ์ขาออกของโหลดไฟฟ้าเพื่อลดสัญญาณสะท้อนหรือเพิ่มการถ่ายโอนพลังงานของโหลด

วงจรไฟฟ้าประกอบด้วยแหล่งกำเนิดไฟฟ้าเช่น อัมปลิไฟเออร์ หรือ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และโหลดไฟฟ้า เช่น หลอดไฟ หรือ สายส่งสัญญาณ มีอิมพีแดนซ์แหล่งกำเนิด ซึ่งเทียบเท่ากับความต้านทานในอนุกรมกับรีแอคแทนซ์

ตามทฤษฎีการถ่ายโอนพลังงานสูงสุด เมื่อความต้านทานโหลดเท่ากับความต้านทานแหล่งกำเนิดและรีแอคแทนซ์โหลดเท่ากับลบของรีแอคแทนซ์แหล่งกำเนิด ปริมาณพลังงานสูงสุดจะถูกถ่ายโอนจากแหล่งกำเนิดไปยังโหลด หมายความว่าพลังงานสูงสุดสามารถถูกถ่ายโอนได้หากอิมพีแดนซ์โหลดเท่ากับคอนจูเกตคอมเพล็กซ์ของอิมพีแดนซ์แหล่งกำเนิด

ในกรณีของวงจรกระแสตรง ความถี่ไม่ได้ถูกพิจารณา ดังนั้นเงื่อนไขจะเป็นไปได้หากความต้านทานโหลดเท่ากับความต้านทานแหล่งกำเนิด ในกรณีของวงจรกระแสสลับ รีแอคแทนซ์ขึ้นอยู่กับความถี่ ดังนั้น หากอิมพีแดนซ์ถูกจับคู่สำหรับความถี่หนึ่งอาจไม่ถูกจับคู่หากความถี่เปลี่ยนแปลง

การจับคู่อิมพีแดนซ์โดยใช้แผนภูมิสมิธ

แผนภูมิสมิธถูกประดิษฐ์โดย Philip H Smith และ T. Mizuhashi เป็นเครื่องคำนวณกราฟิกที่ใช้แก้ปัญหาที่ซับซ้อนของสายส่งสัญญาณและวงจรจับคู่ วิธีนี้ยังใช้แสดงพฤติกรรมของพารามิเตอร์ RF ที่หนึ่งหรือหลายความถี่

แผนภูมิสมิธใช้แสดงพารามิเตอร์เช่น อิมพีแดนซ์ แอดมิทแทนซ์ วงกลมเสียงรบกวน พารามิเตอร์การกระจาย สัมประสิทธิ์การสะท้อน และการสั่นสะเทือนเชิงกล ฯลฯ ดังนั้นซอฟต์แวร์วิเคราะห์ RF ที่สำคัญส่วนใหญ่รวมแผนภูมิสมิธเพื่อแสดงเพราะเป็นวิธีที่สำคัญที่สุดสำหรับวิศวกร RF

มีแผนภูมิสมิธสามประเภท;

• แผนภูมิสมิธอิมพีแดนซ์ (Z Charts)

• แผนภูมิสมิธแอดมิทแทนซ์ (Y Charts)

• แผนภูมิสมิธอิมมิตแทนซ์ (YZ Charts)

วงจรและสูตรการจับคู่อิมพีแดนซ์

สำหรับโหลดที่มีความต้านทาน R เราจะหาวงจรที่จับคู่กับความต้านทานขับเคลื่อน R’ ที่ความถี่ ω0 และเราออกแบบวงจร L แบบจับคู่ (ดังแสดงในภาพด้านล่าง)

มาหาแอดมิทแทนซ์ (Yin) ของวงจรดังกล่าว

พิจารณาว่า ตัวต้านทาน (R) และอินดักเตอร์ (L) อยู่ในอนุกรม และการผสมผสานนี้อยู่ขนานกับตัวเก็บประจุ (C) ดังนั้น อิมพีแดนซ์คือ