Nguyên tắc phối hợp trở kháng

Nguyên lý cơ bản của phối hợp trở kháng

1. mạch điện trở thuần

Trong vật lý THCS, điện học đã cho ta một bài toán như sau: điện trở của đồ dùng điện R, nối với điện thế E, điện trở trong của bộ pin r, trong điều kiện nào thì công suất phát ra của nguồn điện là lớn nhất?Khi điện trở ngoài bằng điện trở trong thì công suất đầu ra của nguồn điện cung cấp cho mạch ngoài là lớn nhất, đó là sự phối hợp công suất của mạch điện trở thuần.Nếu thay thế bằng mạch điện xoay chiều thì mạch tương tự cũng phải đáp ứng điều kiện mạch R=r mới phù hợp.

2. mạch phản kháng

Mạch điện trở phức tạp hơn mạch điện trở thuần, ngoài điện trở trong mạch còn có tụ điện và cuộn cảm.Các thành phần và hoạt động trong mạch điện xoay chiều tần số thấp hoặc tần số cao.Trong mạch điện xoay chiều, điện trở, điện dung và độ tự cảm của dòng điện xoay chiều cản trở được gọi là trở kháng, ký hiệu bằng chữ Z. Trong đó, tác dụng cản trở của điện dung và điện cảm đối với dòng điện xoay chiều được gọi lần lượt là điện kháng điện dung và điện kháng cảm ứng.Giá trị của điện kháng điện dung và điện cảm cảm ứng có liên quan đến tần số của dòng điện xoay chiều hoạt động bên cạnh kích thước của điện dung và điện cảm.Điều đáng chú ý là, trong mạch điện kháng, giá trị của điện trở R, điện kháng cảm ứng và điện dung gấp đôi không thể được cộng bằng số học đơn giản mà thường được sử dụng phương pháp tam giác trở kháng để tính toán.Do đó, mạch trở kháng để đạt được sự phối hợp so với các mạch điện trở thuần phức tạp hơn, ngoài các mạch đầu vào và đầu ra trong các thành phần điện trở yêu cầu bằng nhau, nhưng cũng yêu cầu thành phần điện trở có kích thước bằng nhau và dấu ngược lại (khớp liên hợp). );hoặc thành phần điện trở và thành phần điện kháng bằng nhau (khớp không phản xạ).Ở đây đề cập đến điện kháng X, tức là chênh lệch điện cảm XL và điện dung XC (chỉ đối với các mạch nối tiếp, nếu mạch song song phức tạp hơn để tính toán).Để đáp ứng được các điều kiện trên gọi là phối hợp trở kháng, tải nào có thể đạt được công suất cực đại.

Chìa khóa để kết hợp trở kháng là trở kháng đầu ra của sân khấu phía trước bằng trở kháng đầu vào của sân khấu phía sau.Trở kháng đầu vào và trở kháng đầu ra được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử ở mọi cấp độ, các loại dụng cụ đo lường và các loại linh kiện điện tử.Vậy trở kháng đầu vào và trở kháng đầu ra là gì?Trở kháng đầu vào là trở kháng của mạch với nguồn tín hiệu.Như trong bộ khuếch đại Hình 3, trở kháng đầu vào của nó là để loại bỏ nguồn tín hiệu E và điện trở trong r, từ đầu AB thành trở kháng tương đương.Giá trị của nó là Z = UI / I1, tức là tỷ số giữa điện áp đầu vào và dòng điện đầu vào.Đối với nguồn tín hiệu, bộ khuếch đại sẽ trở thành tải của nó.Về mặt số học, giá trị tải tương đương của bộ khuếch đại là giá trị của trở kháng đầu vào.Kích thước của trở kháng đầu vào không giống nhau đối với các mạch khác nhau.

Ví dụ, trở kháng đầu vào (gọi là độ nhạy điện áp) của khối điện áp của đồng hồ vạn năng càng cao thì shunt trên mạch được thử nghiệm càng nhỏ và sai số đo càng nhỏ.Trở kháng đầu vào của khối dòng điện càng thấp thì mức phân chia điện áp cho mạch được thử nghiệm càng nhỏ và do đó sai số đo càng nhỏ.Đối với bộ khuếch đại công suất, khi trở kháng đầu ra của nguồn tín hiệu bằng trở kháng đầu vào của mạch khuếch đại thì gọi là phối hợp trở kháng, khi đó mạch khuếch đại có thể đạt được công suất tối đa ở đầu ra.Trở kháng đầu ra là trở kháng của mạch đối với tải.Như trên Hình 4, nguồn điện phía đầu vào của mạch bị đoản mạch, phía đầu ra của tải bị loại bỏ, trở kháng tương đương từ phía đầu ra của CD gọi là trở kháng đầu ra.Nếu trở kháng tải không bằng trở kháng đầu ra, gọi là trở kháng không khớp, tải không thể đạt được công suất đầu ra tối đa.Tỷ số giữa điện áp đầu ra U2 và dòng điện đầu ra I2 được gọi là trở kháng đầu ra.Kích thước của trở kháng đầu ra phụ thuộc vào các mạch khác nhau có yêu cầu khác nhau.

Ví dụ, nguồn điện áp yêu cầu trở kháng đầu ra thấp, trong khi nguồn dòng điện yêu cầu trở kháng đầu ra cao.Đối với mạch khuếch đại, giá trị của trở kháng đầu ra cho biết khả năng mang tải của nó.Thông thường, trở kháng đầu ra nhỏ dẫn đến khả năng chịu tải cao.Nếu trở kháng đầu ra không thể phù hợp với tải, có thể thêm một máy biến áp hoặc mạch mạng để đạt được sự phù hợp.Ví dụ, bộ khuếch đại bóng bán dẫn thường được kết nối với một máy biến áp đầu ra giữa bộ khuếch đại và loa, và trở kháng đầu ra của bộ khuếch đại phù hợp với trở kháng chính của máy biến áp và trở kháng thứ cấp của máy biến áp phù hợp với trở kháng của người nói.Trở kháng thứ cấp của máy biến áp phù hợp với trở kháng của loa.Máy biến áp biến đổi tỷ số trở kháng thông qua tỷ số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp.Trong các mạch điện tử thực tế, thường gặp phải nguồn tín hiệu và mạch khuếch đại hoặc mạch khuếch đại và trở kháng tải không bằng tình huống nên không thể kết nối trực tiếp.Giải pháp là thêm một mạch hoặc mạng phù hợp giữa chúng.Cuối cùng, cần lưu ý rằng việc kết hợp trở kháng chỉ áp dụng cho các mạch điện tử.Do công suất của tín hiệu được truyền trong mạch điện tử vốn đã yếu nên cần phải có sự kết hợp để tăng công suất đầu ra.Trong các mạch điện, việc phối hợp thường không được xem xét vì nó có thể dẫn đến dòng điện đầu ra quá mức và làm hỏng thiết bị.

Ứng dụng kết hợp trở kháng

Đối với các tín hiệu tần số cao nói chung, chẳng hạn như tín hiệu đồng hồ, tín hiệu bus và thậm chí lên đến vài trăm MB tín hiệu DDR, v.v., trở kháng cảm ứng và điện dung của bộ thu phát chung là tương đối nhỏ, điện trở tương đối (tức là phần thực của trở kháng) có thể được bỏ qua, và tại thời điểm này, việc kết hợp trở kháng chỉ cần tính đến phần thực của hộp.

Trong lĩnh vực tần số vô tuyến, nhiều thiết bị như ăng-ten, bộ khuếch đại, v.v., trở kháng đầu vào và đầu ra của nó không có thực (không phải điện trở thuần) và phần ảo của nó (điện dung hoặc cảm ứng) lớn đến mức không thể bỏ qua , thì chúng ta phải sử dụng phương pháp so khớp liên hợp.