Elektronika 
 
Impedancja
Hefajstos
Każde źródło sygnału ma określoną wydajność i nie możemy pobierać dowolnie dużego prądu. Oporność zastępcza odbiornika jest ograniczona i skończona. Aby nie wprowadzić zniekształceń odpowiedz źródła na zmianę obciążenia także powinna być liniowa. A to oznacza, że możemy ją zatopić opornością. I ta zastępcza oporność - to impedancja wyjściowa.

Każde źródło sygnału zachowuje się tak, jakby źródło napięcia było połączone szeregowo z opornikiem. W przypadku źródeł zasilania – omawiane jest to na zajęciach fizyki przy okazji elektryczności. Mamy tak źródło siły elektromotorycznej i oporność wewnętrzną, ale dokładnie tak samo zachowuje się dowolne źródło sygnału elektrycznego. Podobnie odbiornik – ma pewną oporność wejściową, którą obciąża źródło sygnału. Przyłączeniu źródeł i odbiorników sygnału obowiązują te same reguły co w przypadku zwykłych oporników – oporność wejściowa kilku odbiorników połączonych szeregowo – ma oporność wyrażoną wzorem na opór szeregowy. W przypadku połączenia równoległego – będzie to opór równoległy. Ponieważ zarówno większość źródeł jak i odbiorników służy do przetwarzania sygnałów zmiennych – zamiast oporu – będziemy mówili o impedancji – czyli oporze dynamicznym, który może zależeć na przykład od częstotliwości.

 

Pojęcie impedancji wejściowej i wyjściowej jest dość istotne. Bo napięcie jakie będzie odbierane przez odbiornik będzie zależeć od tego, jak mają się do siebie te dwie impedancje. Największe napięcie uzyskamy przy bardzo małej impedancji wyjściowej i dużej wyjściowej.

 

Jednak przy przekazywaniu sygnałów elektrycznych – szczególnie przy sygnałach dużej mocy – jak to ma miejsce na przykład w nadajnikach radiowych, interesuje nas przekazanie maksymalnej mocy. Przy małej impedancji wyjściowej nadajnika i dużej – anteny – tylko niewiele energii uda się do niej doprowadzić – prąd płynący do anteny będzie niewielki a co za tym idzie – jej skuteczność będzie słaba. Jeśli rozważymy sytuację odwrotną – zauważymy, że w samym nadajniku wystąpi duży spadek napięcia na oporze wewnętrznym i znów moc wypromieniowana – będzie niewielka. Aby stwierdzić – kiedy uda się przekazać największa moc – musimy rozpatrzyć równanie

 

I sprawdzić kiedy moc będzie maksymalna przy ustalonym U oraz Rwew. Ostatnie równanie możne przekształcić do postaci trójmianu kwadratowego – i policzyć jego maksimum. Szybko okaże się, że maksymalną moc uzyskamy przy spełnieniu warunku dopasowania – czyli w takiej sytuacji gdy impedancja wyjściowa nadajnika jest równa impedancji falowej anteny.

Impedancję wyjściową możemy bez problemu zwiększyć opornikiem, ale jej zmniejszenie wymaga użycia wzmacniacza prądowego – tak zwanego wtórnika napięcia. Najprostszy wtórnik można wykonać na pojedynczym tranzystorze, jednak ma on pewne wady. Znacznie lepiej zbudować wtórnik napięciowy używając pojedynczego wzmacniacza operacyjnego.

 

Takie wzmacniacze stosuje się wszędzie tam, gdzie nie chcemy zmieniać amplitudy, a jedynie chcemy móc dołączyć kolejny element przetwarzania napięcia i nie chcemy wy charakterystyka odbiornika miała wpływ na sposób formowania sygnału. Jest to szczególnie istotne przy wszelkiego rodzaju filtrach RC, dla których oporność obciążenia może wpływać na częstotliwość filtru. Wtórniki napięciowe są też nieodzowne wszędzie tam, gdzie łączymy wiele odbiorników ze źródłem sygnału.

Ale umiejętność swobodnego liczenia impedancji pozwala nie tylko na łączenie odbiorników – ale także – nadajników, co pozwala budować proste układy przełączające i mieszające. Jednak tu wyliczenie sygnały wymaga już zastosowania praw Kirchoffa (także znanych ze szkoły)

Przykładowym rozwiązaniem – jest przełącznik rodzaju sygnału wyjściowego dla syntezatora muzycznego, w którym wypełnienie przebiegu prostokątnego oraz przełączenie na przebieg piłokształtny miało być wykonywane pojedynczym potencjometrem z wyłącznikiem. Problem polegał tu na ty, że potencjometry produkowane fabrycznie mają ewentualnie włączniki zwierające dwa wyprowadzenia.

Aby uzyskać przełączanie – trzeba był zastosować przekaźnik, ale szubko okazało się, że zmienia on dość mocno obciążenie zasilacza – a co za tym idzie zmienia napięcie zasilania oscylatora powodując jego odstrojenie. Układy z przekaźnikami półprzewodnikowymi – okazały się drogie z złożone ze względu na konieczność przełączania napięcia symetrycznego względem masy.

 

Tymczasem wystarczyło użycie trzech wtórników. Dwóch służących do odseparowania sygnałów wejściowych i jednego wyjściowego zapewniającego małą oporność wyjściową całego układu. Pierwszy wtórnik łączymy z wyjściowym przez opornik zwiększający impedancje wyjściową dla pierwszego sygnału o kilka rzędów wielkości. Jeśli tylko on jest przyłączony do wtórnika wyjściowego – który ma bardzo dużą impedancję wejściową – napięcie na wyjściu jest równe napięciu pierwszego sygnału. Włączając przy pomocy włącznika wyjście drugiego wtórnika – zmniejszamy impedancję sygnału doprowadzonego z drugiego wejścia. Ponieważ impedancja wyjściowa wtórnika jest znacząco większa od wtórnika z opornikiem szeregowym – sygnał jaki dotrze do wyjścia będzie lekko tylko nieczyszczonym sygnałem z wejścia drugiego. Stopień tego zanieczyszczenia zależy od stosunku łączonych impedancji wyjściowych.

 
Opinie
 
Facebook
 
  
30675 wyświetleń

numer 2/2017
2017-02-01

Od redakcji
Dydaktyka
Elektronika
Felieton
Film
Filozofia
Informatyka
Kącik poezji
Literatura
Matematyka
Rozmaitości

nowyOlimp.net na Twitterze

nowy Olimp - internetowe czasopismo naukowe dla młodzieży.
Kolegium redakcyjne: gaja@nowyolimp.net; hefajstos@nowyolimp.net