Klíčové poznatky

● Získejte lepší pochopení pojmu impedance zátěže.

● Zjistěte, jak se impedance zátěže používá v obvodu.

● Zjistěte více o účincích, které má impedance zátěže na obvod.

Digitální multimetr

Prakticky v každém slovníku jsou synonyma definována jako slova, která mají stejný nebo téměř stejný význam. V oblasti elektroniky shledáváme používání synonym jako velmi rozšířené.

Jednou takovou dvojicí synonym jsou impedance (obvody střídavého proudu) a odpor (obvody stejnosměrného proudu). Z technického hlediska obě představují odpor proti průtoku proudu, ale impedance do své činitelnosti zahrnuje také odpor. To samozřejmě zahrnuje i reaktanci (kondenzátory) a indukčnost (induktory).

Co je impedance?

Impedance je činný odpor elektrického obvodu nebo součástky vůči střídavému proudu, který se vyvíjí z kombinovaných účinků reaktance a ohmického odporu. Definujeme ji také jako jakoukoli překážku nebo míru odporu elektrického proudu vůči toku energie při přiložení napětí.

Techničtější definice je celkový odpor, který elektrický obvod klade toku střídavého proudu o jedné frekvenci. Stručně řečeno, je to kombinace reaktance a odporu, kterou měříme v ohmech a znázorňujeme ji symbolem Z.

Výpočet impedance

Jak bylo řečeno, impedance je odpor obvodu vůči střídavému proudu a měříme ji v ohmech. Pokud počítáme impedanci, potřebujeme odpor (impedanci) všech kondenzátorů, cívek a hodnotu všech rezistorů. Požadavek na tyto hodnoty je dán tím, že každá z těchto součástí klade proudu různě velký odpor. Míra samozřejmě závisí na tom, jak se mění rychlost, směr a síla proudu. Impedanci můžeme vypočítat pomocí jednoduchého matematického vzorce.

Tyto vzorce budete potřebovat k přesnému výpočtu impedance vašeho obvodu

• Impedance:

• Impedance pouze v sérii: Z = √(R2 + X2) (pokud je přítomen R i jeden typ X)

• Impedance pouze v sérii: Z = √(R2 + (|XL – XC|)2) (když jsou přítomny R, XC a XL)

• Impedance v libovolném obvodu = R + jX (j je imaginární číslo √(-1))

• Odpor: R = V / I

• Induktivní reaktance: XL = 2πƒL = ωL

• Kapacitní reaktance: Zátěž: XC = 1 / 2πƒC = 1 / ωC

Co je to impedance zátěže?

Zátěž neboli impedance zátěže je pojem, který spočívá v připojení zařízení nebo součástky k výstupu funkčního bloku, čímž z něj odebírá měřitelné množství proudu. Můžete například připojit rezistor k napájecímu zdroji nebo připojit buffer (optický zesilovač) k oscilátoru. Zátěžová impedance je tedy vstupní impedancí dalšího funkčního bloku v řetězci.

Poznámka: Nárazníkový zesilovač neboli buffer zajišťuje transformaci elektrické impedance z jednoho obvodu na další obvod v řetězci. Souhrnně řečeno, zajišťuje přenos proudu nebo napětí z prvního obvodu, který má vysokou úroveň výstupní impedance, do druhého obvodu, který má nízkou úroveň vstupní impedance. Interpolovaný vyrovnávací zesilovač brání tomu, aby druhý obvod přetěžoval první obvod a bránil jeho správné funkci. Obecně existují dva hlavní typy vyrovnávacího zesilovače: proudový vyrovnávací zesilovač nebo napěťový vyrovnávací zesilovač.

O impedanci zátěže hovoříme tehdy, když zátěž obsahuje i jiné složky než jen čistě odporové, jako jsou rezistory, a zahrnuje také jalové složky, jako jsou induktory a kondenzátory. Jalové složky představují imaginární impedanci, zatímco odporové prvky obsahují reálnou impedanci.

Funkčně rezistory rozptylují energii, když přivedeme napětí, zatímco kondenzátory a induktory tuto energii uchovávají. Proto jejich impedanci považujeme za imaginární.

Důležitost impedance zátěže

Stejně jako u každého odporu záměrně přidaného do obvodu je konečným cílem řídit tok proudu a napětí v obvodu. Vzhledem k tomu, že impedance je pouze rozšířením principů odporu v obvodech střídavého proudu, je použití impedance zátěže pochopitelně klíčové pro funkčnost obvodu.

Impedance zátěže je také zásadní při posuzování chování obvodu za různých podmínek. Například obvod dosahuje maximálního přenosu výkonu, když je impedance zátěže rovna výstupní impedanci obvodu. Změna impedance zátěže ovlivní nabíjení a vybíjení časových konstant RC. To samozřejmě závisí na konstrukci obvodu, ale může to také způsobit změnu časů náběhu a poklesu. Stručně řečeno, chování obvodu se liší za podmínek, jako je induktivní a kapacitní zátěž, nebo dokonce za podmínek zkratu.

Zátěžové impedance jsou také zásadní, pokud je vaším cílem impedanční přizpůsobení konkrétního obvodu. Podívejme se na příklad přenosových vedení. V ideálním případě chcete, aby impedance zdroje, impedance přenosového vedení a impedance zátěže byly stejné. Dosažení těchto ideálních podmínek parametrů zajistí, že 7V zdrojový signál bude 7V signálem v celém přenosovém vedení a na výstupu bude také pozorován nebo viděn 7V signál.

Zátěžová impedance ovlivňuje výkon obvodů, konkrétně výstupní napětí a proudy. Tyto účinky se vyskytují například u zdrojů napětí, snímačů a zesilovačů. Jedním z nejlepších příkladů jsou síťové zásuvky, protože poskytují napájení při konstantním napětí. V tomto případě je zátěží elektrický spotřebič, který připojíte k napájecímu obvodu. To znamená, že když se zapne výkonný spotřebič, výrazně se sníží impedance zátěže. Vyrovnání impedance však není kritické pouze pro přenosové vedení, ale jeho význam se vztahuje i na propojení desek plošných spojů.

Třífázový olejový transformátor se zásuvným typem VN průchodky

S přehledovou stránkou Cadence pro návrh a analýzu DPS budete mít jistotu, že vaši konstruktéři a výrobní týmy budou spolupracovat na pochopení využití impedance zátěže pro všechny použitelné návrhy obvodů vaší společnosti. Navíc volba plnohodnotného balíku pro návrh a analýzu PCB, jako je Cadence Allegro PCB Designer, může pomoci zajistit úspěch vašeho návrhu PCB pomocí užitečných nástrojů pro zajištění vhodné impedance.

Pokud se chcete dozvědět více o tom, jaké řešení má pro vás společnost Cadence, obraťte se na nás a náš tým odborníků.

O autorovi

Řešení PCB společnosti Cadence je kompletní nástroj pro návrh zepředu dozadu, který umožňuje rychlou a efektivní tvorbu produktů. Cadence umožňuje uživatelům přesně zkrátit návrhové cykly až po předání do výroby prostřednictvím moderního průmyslového standardu IPC-2581.

Sledujte na Linkedin Navštivte webové stránky Další obsah od Cadence PCB Solutions