مبادئ مطابقة المعاوقة

المبدأ الأساسي لمطابقة المعاوقة

1. دائرة المقاومة النقية

في فيزياء المدارس الثانوية، تحدثت الكهرباء عن مثل هذه المشكلة: مقاومة الأجهزة الكهربائية R، المتصلة بقدرة كهربائية E، والمقاومة الداخلية لحزمة البطارية r، تحت أي ظروف يكون خرج الطاقة لمصدر الطاقة هو الأكبر؟عندما تكون المقاومة الخارجية مساوية للمقاومة الداخلية، يكون خرج الطاقة من مصدر الطاقة إلى الدائرة الخارجية هو الأكبر، وهو عبارة عن مطابقة طاقة دائرة مقاومة بحتة.إذا تم استبدالها بدائرة تيار متردد، فيجب أن تستوفي أيضًا شروط دائرة R = r لتتوافق.

2. دائرة المفاعلة

تعتبر دائرة المعاوقة أكثر تعقيدا من دائرة المقاومة النقية، فبالإضافة إلى المقاومة يوجد في الدائرة مكثفات وملفات حث.مكوناتها، وتعمل في دوائر التيار المتردد ذات التردد المنخفض أو العالي.في دوائر التيار المتردد، تسمى المقاومة والسعة والتحريض لعرقلة التيار المتردد بالممانعة، ويشار إليها بالحرف Z. ومن بينها، يسمى التأثير المعوق للسعة والتحريض على التيار المتردد بالمفاعلة السعوية والمفاعلة الحثية، على التوالي.وترتبط قيمة المفاعلة السعوية والمفاعلة الحثية بتردد التيار المتردد المشغل بالإضافة إلى حجم السعة والتحريض نفسه.تجدر الإشارة إلى أنه في دائرة المفاعلة، لا يمكن إضافة قيمة المقاومة R والمفاعلة الحثية والمفاعلة السعوية المزدوجة عن طريق عملية حسابية بسيطة، ولكن طريقة تثليث المعاوقة شائعة الاستخدام لحسابها.وبالتالي، فإن دائرة المعاوقة لتحقيق المطابقة من دوائر المقاومة البحتة تكون أكثر تعقيدًا، بالإضافة إلى أن متطلبات مكونات المقاومة متساوية بالإضافة إلى دوائر الإدخال والإخراج، ولكنها تتطلب أيضًا مكون مفاعلة متساوي الحجم وإشارة المعاكس (المطابقة المترافقة );أو أن تكون مكونات المقاومة ومكونات المفاعلة متساوية (مطابقة غير عاكسة).يشير هنا إلى المفاعلة X، أي المفاعلة الحثية XL وفرق المفاعلة السعوية XC (فقط للدوائر المتسلسلة، إذا كان حساب الدائرة المتوازية أكثر تعقيدًا).لتلبية الشروط المذكورة أعلاه يسمى مطابقة المعاوقة، والحمل الذي يمكن الحصول على أقصى قدر من الطاقة.

إن مفتاح مطابقة المعاوقة هو أن مقاومة الخرج للمرحلة الأمامية تساوي مقاومة الإدخال للمرحلة الخلفية.يتم استخدام مقاومة الإدخال ومقاومة الإخراج على نطاق واسع في الدوائر الإلكترونية على جميع المستويات، وجميع أنواع أدوات القياس وجميع أنواع المكونات الإلكترونية.فما هي مقاومة المدخلات ومقاومة الإخراج؟مقاومة الإدخال هي مقاومة الدائرة لمصدر الإشارة.كما هو موضح في الشكل 3 لمكبر الصوت، فإن معاوقة الإدخال الخاصة به هي إزالة مصدر الإشارة E والمقاومة الداخلية r، من أطراف AB إلى المعاوقة المكافئة.قيمته هي Z = UI / I1، أي نسبة جهد الإدخال وتيار الإدخال.بالنسبة لمصدر الإشارة، يصبح مكبر الصوت هو حمله.عددياً، قيمة الحمل المكافئة للمكبر هي قيمة مقاومة الدخل.حجم مقاومة الإدخال ليس هو نفسه بالنسبة للدوائر المختلفة.

على سبيل المثال، كلما زادت مقاومة الدخل (تسمى حساسية الجهد) لكتلة الجهد في جهاز القياس المتعدد، كلما كانت التحويلة في الدائرة قيد الاختبار أصغر وقل خطأ القياس.كلما انخفضت مقاومة الدخل للكتلة الحالية، قل تقسيم الجهد للدائرة قيد الاختبار، وبالتالي قل خطأ القياس.بالنسبة لمضخمات الطاقة، عندما تكون مقاومة الخرج لمصدر الإشارة مساوية لمقاومة الإدخال لدائرة مكبر الصوت، يطلق عليها مطابقة المعاوقة، ومن ثم يمكن لدائرة مكبر الصوت الحصول على أقصى قدر من الطاقة عند الخرج.مقاومة الخرج هي مقاومة الدائرة ضد الحمل.كما في الشكل 4، يكون مصدر الطاقة من جانب الإدخال للدائرة قصيرًا، ويتم إزالة جانب الخرج من الحمل، وتسمى المعاوقة المكافئة من جانب الخرج للقرص المضغوط بمقاومة الخرج.إذا كانت مقاومة الحمل لا تساوي مقاومة الإخراج، يسمى عدم تطابق المعاوقة، لا يمكن للحمل الحصول على الحد الأقصى لإخراج الطاقة.تسمى نسبة جهد الخرج U2 وتيار الخرج I2 بمقاومة الخرج.يعتمد حجم مقاومة الخرج على الدوائر المختلفة التي لها متطلبات مختلفة.

على سبيل المثال، يتطلب مصدر الجهد ممانعة خرج منخفضة، بينما يتطلب مصدر التيار ممانعة خرج عالية.بالنسبة لدائرة مكبر الصوت، تشير قيمة ممانعة الخرج إلى قدرتها على حمل الحمل.عادة، تؤدي مقاومة الخرج الصغيرة إلى قدرة حمل عالية.إذا لم يكن من الممكن مطابقة مقاومة الخرج مع الحمل، فيمكن إضافة محول أو دائرة شبكة لتحقيق المطابقة.على سبيل المثال، عادة ما يتم توصيل مكبر الصوت الترانزستور بمحول الإخراج بين مكبر الصوت ومكبر الصوت، وتتوافق مقاومة خرج مكبر الصوت مع المعاوقة الأولية للمحول، وتتوافق المعاوقة الثانوية للمحول مع ممانعة مكبر.تتم مطابقة المعاوقة الثانوية للمحول مع مقاومة مكبر الصوت.يقوم المحول بتحويل نسبة المعاوقة من خلال نسبة دورات اللفات الأولية والثانوية.في الدوائر الإلكترونية الفعلية، غالبًا ما يتم مواجهتها مع مصدر الإشارة ودائرة مكبر الصوت أو دائرة مكبر الصوت ومقاومة الحمل لا تساوي الوضع، لذلك لا يمكن توصيلها مباشرة.الحل هو إضافة دائرة أو شبكة مطابقة بينهما.وأخيرا، تجدر الإشارة إلى أن مطابقة المعاوقة تنطبق فقط على الدوائر الإلكترونية.ونظرًا لأن قوة الإشارات المرسلة في الدوائر الإلكترونية ضعيفة بطبيعتها، فإن المطابقة ضرورية لزيادة طاقة الخرج.في الدوائر الكهربائية، لا يتم أخذ المطابقة بعين الاعتبار بشكل عام، لأنها قد تؤدي إلى زيادة تيار الإخراج وتلف الجهاز.

تطبيق مطابقة المعاوقة

بالنسبة للإشارات العامة عالية التردد، مثل إشارات الساعة، وإشارات الناقل، وحتى ما يصل إلى عدة مئات من الميجابايت من إشارات DDR، وما إلى ذلك، فإن المعاوقة الحثية والسعوية العامة لجهاز الإرسال والاستقبال تكون صغيرة نسبيًا، ومقاومة نسبية (أي الجزء الحقيقي من (المقاومة) التي يمكن تجاهلها، وفي هذه المرحلة، تحتاج مطابقة المعاوقة فقط إلى أن تأخذ في الاعتبار الجزء الحقيقي من العلبة.

في مجال الترددات الراديوية، العديد من الأجهزة مثل الهوائيات ومكبرات الصوت وغيرها، تكون معاوقة الإدخال والإخراج الخاصة بها غير حقيقية (وليست مقاومة خالصة)، وجزءها التخيلي (سعوي أو حثي) كبير جدًا بحيث لا يمكن تجاهله ، فيجب علينا استخدام طريقة المطابقة المترافقة.