¿Cuándo es necesaria la adaptación de impedancias? ¿No es mucho menos eficiente en todos los demás aspectos?

Entiendo que las discontinuidades de las propiedades físicas de los conductores crean reflejos al igual que las dioptrías reflejan un poco de luz, pero:

¿En qué casos se hace necesaria la adaptación de impedancia para evitar eso? ¿Existe un método simple para decidir cuantitativamente? (1)

Mi segunda preocupación (que probablemente se deriva de mi conocimiento limitado del tema) es sobre la eficiencia de la adaptación de impedancia:

si todas las impedancias, incluida la carga, deben ser iguales, ¿no significa eso que la impedancia general es extremadamente pequeña y, por lo tanto, se necesita mucha corriente? Por "igual", ¿es solo la amplitud o el cambio de fase también? (2)

¿Qué implica una fuente de mayor voltaje debido a las caídas de voltaje y mucha energía perdida en forma de calor? ¿Es una compensación?

Tomemos el siguiente diagrama como ejemplo de aplicación.ingrese la descripción de la imagen aquí

La impedancia no es lo mismo que la resistencia. Un cable coaxial de "50 ohmios" tiene la misma impedancia independientemente de su longitud, pero una resistencia (pequeña) que depende de la longitud.
Buen punto, soy consciente de la diferencia, pero parece que escribí demasiado rápido. No responde la pregunta, pero su ejemplo me sorprende un poco: las impedancias en los cables son principalmente inductancia y resistencia, que dependen de la longitud, y la combinación depende de la frecuencia de entrada. También actualicé mi pregunta.
la impedancia total para el sistema debe ser la misma en la entrada y la salida, si lo considera como una caja negra en la que entra una señal y luego sale
No, eso no es ni remotamente cierto.
Hay pocas reglas como Tr > 2*td o Longitud eléctrica de interconexión < lamda/4 lamda se calcula en función de tr de la señal de conducción. Entonces, si alguna de estas cosas falla, esa línea debe considerarse como Línea de transmisión a cuidar o Línea de alta velocidad. donde sea necesaria la adaptación de impedancias. aunque no es una línea de alta velocidad, siempre que haya una diferencia de impedancia, se producirán reflejos, pero si se cumplen las condiciones anteriores, los reflejos se extinguirán y no afectarán a la línea.
@ user19579: ¿podría ampliar una respuesta?

Respuestas (2)

Me tomó un tiempo, pero creo que finalmente entiendo la naturaleza de su pregunta.

Parece que no entiende que no puede medir el Z0 de una línea de transmisión con un medidor de ohmios.

La impedancia de una línea de transmisión está determinada por la relación entre su campo eléctrico y su campo magnético. Esto está determinado por las dimensiones físicas de la línea, no por los materiales utilizados para construir la línea.

La impedancia característica de un cable coaxial, por ejemplo, está determinada por la relación de los diámetros de sus conductores e ignoramos la resistencia de los conductores utilizados para construir el cable (dentro de lo razonable). Una pieza corta de cable de 50 ohmios normalmente tendrá valores de resistencia del conductor en el rango de micro ohmios.

Usamos la adaptación de impedancia en los circuitos cuando necesitamos mejorar la transferencia de energía entre 2 puntos en el circuito. Usted preguntó "cuándo se vuelve necesaria la coincidencia de impedancia", y la respuesta depende completamente de la situación. Puede darse el caso de que un circuito de alta potencia se queme si la magnitud del coeficiente de reflexión es superior a 0,2, pero esta cantidad de reflexión normalmente se puede tolerar en circuitos de baja potencia.

En respuesta a las siguientes preguntas: Para investigar la impedancia de la línea de transmisión, busque frases como microstrip, stripline o microstrip o calculadora de stripline.

Aquí hay un artículo de Wikipedia. http://en.wikipedia.org/wiki/Microstrip

Un ejemplo simple sería si manejara una carga de 2 ohmios con una fuente de 50 ohmios. Sin adaptación de impedancia, solo el 15 % de la potencia se entregaría a la carga.

Puede hacer coincidir esta carga con la fuente con una línea de transmisión de 10 ohmios y 1/4 de onda. Esta combinación será perfecta en la frecuencia en la que la línea de transmisión es de 1/4 de longitud de onda, por lo que el 100 % de la potencia se entregará a la carga en esta frecuencia particular. En otras frecuencias, el partido será degradado.

Respuesta a la 2ª pregunta: Cometiste 2 errores. Primero, en el cálculo que hiciste, el voltaje es solo del 4%, pero la potencia es proporcional a V^2. Pero esto es irrelevante porque no se puede calcular la transferencia de energía de esta manera.

Piénsalo de esta manera. La impedancia de un espacio libre es de 377 ohmios. Si conectamos una antena a esta fuente de 377 ohmios, no tratamos los 377 ohmios como un punto de pérdida disipativa, sino como una impedancia que dicta la relación de los campos E y H, nada más.

La forma correcta de calcular la transferencia de potencia es calcular Rho, el coeficiente de reflexión. Rho = (Z0 - ZL)/(Z0 + ZL). Para mi ejemplo Rho = (50 - 2)/(50 + 2) = -0.923 La transferencia de potencia es 1 - Rho^2 = 14.8%

No vi tu respuesta hasta ahora... Gracias. ¿Podría ilustrar cómo mejoraría la transferencia de potencia en un ejemplo muy simple? Además, ¿tiene un enlace a alguna lectura sobre el tema de la impedancia de línea frente a las dimensiones físicas?
No entiendo la transferencia de energía. Supongo que es mucho más complejo que el cálculo de un divisor de voltaje, porque para una emisión de 50 ohmios en una carga de 2 ohmios, la transferencia de energía debe ser del 4% (ya sea que la caída sea de potencia reactiva o resistiva).
Me avergüenzo de calcular una relación de voltaje y llamarlo transferencia de energía. Ha sido un día largo. Estoy empezando a entenderlo gracias al coeficiente de reflexión, gracias.

Parece que la confusión proviene del hecho de que cree que cada carga (Z L en su imagen) también debe coincidir con la impedancia de la línea de transmisión. Esto no es verdad.

Idealmente, cada extremo de la línea de transmisión termina con su impedancia característica (Z 0 en su diagrama). En cualquier punto a lo largo de la línea de transmisión, verá una carga Z 0 en cada dirección, para una impedancia total de Z 0 /2. No habrá reflejos cuando las señales lleguen al final de la línea de transmisión porque la resistencia de terminación se ve eléctricamente como más de la misma línea de transmisión.

La línea de transmisión es multipunto, entonces debe tener cuidado de que estas conexiones en el medio de la línea no alteren la impedancia. Por lo tanto, cada derivación tiene idealmente una impedancia infinita. Dado que la conexión de la línea de transmisión a lo que sea que esté recibiendo la señal en ese grifo es en sí misma una línea de transmisión, y esa línea terminará con una impedancia infinita, parte de la señal puede recuperarse a través de esta conexión de ramal. Esta es la razón por la cual tales tomas en las líneas de transmisión controladas por impedancia son físicamente pequeñas. Presentan una alta impedancia para no perturbar la impedancia general de la línea de transmisión, y son pequeños para que la conexión corta entre la línea de transmisión y lo que sea que esté recibiendo la señal actúe más como un sistema agrupado en oposición a una línea de transmisión.

Si se utiliza una transmisión para la transmisión de señales en una sola dirección, una única falta de coincidencia de impedancia simplemente reflejará la energía hacia la fuente a la que no le importará; por lo tanto, uno puede salirse con la suya igualando la fuente o la carga e ignorando al otro. Sin embargo, hacer coincidir ambos ofrecerá la ventaja de ayudar al sistema a tolerar una sola falta de coincidencia en otro punto.
Como siempre, muy bien explicado Olin, gracias. ¿Hay alguna manera de saber cuál es la transferencia de energía a una carga, de modo que pueda determinar si es necesaria la coincidencia de impedancia?
@Mist: No se trata de transferencia total de energía. Cualquier desajuste entre la impedancia característica de la línea de transmisión y las impedancias de terminación provocará reflejos, que añaden ruido a la señal deseada. El problema es cuánto ruido puede tolerar y, por lo tanto, qué cuidado debe tener para terminar la línea de transmisión correctamente.
¿Cuándo es necesaria la adaptación de impedancias? ¿No es mucho menos eficiente en todos los demás aspectos?
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