Key Takeaways

●負荷インピーダンスの概念について理解を深める

●負荷インピーダンスが回路でどのように使用されるかについて学習する。

● 負荷インピーダンスが回路に与える影響について学ぶ。

A Digital Multimeter

ほぼすべての辞書において、同義語は互いに同じまたはほぼ同じ意味を持つ単語と定義されています。 エレクトロニクスの分野では、同義語が広く使われていることがわかります。

そのような同義語の1つが、インピーダンス（AC回路）と抵抗（DC回路）です。 技術的にはどちらも電流の流れに反対することを表しているが、インピーダンスは抵抗も因数分解している。 もちろん、リアクタンス（コンデンサ）やインダクタンス（インダクタ）も含まれます。

インピーダンスとは

インピーダンスとは、電気回路またはコンポーネントの交流に対する能動抵抗で、リアクタンスとオーミック抵抗の複合効果から発生するものです。 また、電圧印加時のエネルギー流に対する電流の妨害、または反対の尺度とも定義されます。

より専門的な定義では、単一周波数の交流の流れに対して電気回路が提供する全反対を指します。 要約すると、リアクタンスと抵抗の組み合わせで、オームで測定し、記号Zで表します。

インピーダンスの計算

前述のように、インピーダンスとは交流に対する回路の抵抗で、オームで測定されます。 インピーダンスを計算する場合、すべてのコンデンサ、インダクタの抵抗値(インピーダンス)と、すべての抵抗の値が必要である。 これらの値が必要なのは、これらの部品がそれぞれ、電流に対してさまざまな量の反対を行うからである。 もちろん、電流の速さ、方向、強さがどのように変化するかによって、その尺度は異なる。 インピーダンスは、簡単な数式を使って計算することができる。

• これらは、回路のインピーダンスを正確に計算するために必要となる式である。 Z = RまたはXLまたはXC（1つだけ存在する場合）

• 直列のみでのインピーダンス。 Z＝√（R2＋X2）（Rと1種類のXの両方が存在する場合）

• 直列のみでのインピーダンス。 Z＝√（R2＋（｜XL-XC｜）2）（R、XC、XLが存在するとき）

• 任意の回路のインピーダンス＝R＋jX（jは虚数√（-1））

• 抵抗値です。 R = V / I

• 誘導性リアクタンス。 XL = 2πƒL = ωL

• キャパシティブ・リアクタンス。 XC = 1 / 2πƒC = 1 / ωC

負荷インピーダンスとは？

負荷または負荷インピーダンスとは、機能ブロックの出力にデバイスまたはコンポーネントを接続し、そこから測定可能な量の電流を引き込む概念である。 たとえば、抵抗器を電源に接続したり、バッファ（オペアンプ）アンプを発振器に接続したりします。 したがって、負荷インピーダンスとは、チェーン内の次の機能ブロックの入力インピーダンスである。

注：バッファアンプ（バッファ）は、ある回路からチェーン内の次の回路に電気的なインピーダンス変換を行う。 要約すると、高い出力インピーダンス・レベルを持つ第1の回路から、低い入力インピーダンス・レベルを持つ第2の回路への電流または電圧の転送を保証します。 補間バッファアンプは、第2の回路が第1の回路に過負荷をかけ、正常な機能を阻害することを抑制する。 一般に、バッファには電流バッファと電圧バッファの2種類があります。

負荷インピーダンスは、負荷が抵抗のような純粋な抵抗成分以外の成分を持ち、インダクタやコンデンサのような反応成分をも含んでいる場合に存在するものです。

機能的には、電圧をかけると抵抗器はエネルギーを放散し、コンデンサやインダクタはエネルギーを蓄積する。

負荷インピーダンスの重要性

回路に意図的に加えた抵抗と同様に、究極の目標は、回路内の電流と電圧の流れを制御することである。 インピーダンスとは、交流回路における抵抗の原理を拡張したものに過ぎないので、負荷インピーダンスを使用することは、回路の機能性にとって極めて重要であることは理解できる

負荷インピーダンスも、さまざまな条件下での回路の挙動を評価する上で不可欠である。 例えば、負荷インピーダンスが回路出力インピーダンスと等しいとき、回路は最大の電力伝達を達成する。 負荷インピーダンスを変えると、RC時定数の充電と放電に影響が出る。 これはもちろん、回路の設計に依存するが、立ち上がり時間や立ち下がり時間の変化を引き起こすこともある。 要約すると、誘導性負荷と容量性負荷、あるいは短絡状態などの条件下では、回路の動作が異なるということだ。

特定の回路でインピーダンス整合を目的とする場合、負荷インピーダンスも極めて重要である。 伝送路の例を見てみよう。 理想的には、ソースインピーダ ンス、伝送線路インピーダンス、および負荷イ ンピーダンスを等しくすることである。 これらの理想的なパラメータ条件を達成することにより、7Vのソース信号が伝送路全体で7Vの信号となり、出力も7Vの信号を観測または見ることができる。

負荷インピーダンスは、回路の性能、より具体的には出力電圧と電流に影響を与える。 これらの効果は、電圧源、センサ、アンプなどで発生する。 この最も良い例の1つは、主電源コンセントで、これらは一定の電圧で電力を供給するからである。 この場合、負荷は電源回路に接続する電化製品である。 つまり、大電力の電気器具のスイッチが入ると、負荷インピーダンスが大幅に低下する。 しかし、インピーダンスの整合は、伝送路だけでなく、PCB の相互接続にも重要な意味を持つ。

Threephase oil-immersed transformer with plug-in type HV bushing

Cadence の PCB Design and Analysis overview page で、設計者と生産チームが協力して、自社のすべての応用回路設計での負荷インピーダンス利用を理解できるような仕組みになっているとありがたいのですが、いかがでしょうか。 さらに、Cadence Allegro PCB Designer のようなフル機能の PCB 設計および解析パッケージを選択すると、適切なインピーダンスを確保するための有用なツールで PCB 設計の成功を確実にします。

Cadence のソリューションについてもっと知りたい場合は、当社および当社のエキスパート チームに相談してください。

Linkedinでフォローする ウェブサイトを訪問する Cadence PCB Solutionsの他のコンテンツ により、ユーザーは正確に設計サイクルを短縮し、最新のIPC-2581業界標準を通じて製造に引き渡すことができます。