Empedans uyumu neden gerekir?

[DonKişot]

Okuduğum kaynaklarda, maksimum güç transferi için birbirine bağlı iki devrenin çıkış ve giriş empedanslarının uyumlu (eşit) olmasından bahsediliyor. Bu bana hiç mantıklı gelmiyor. Örneğin iç direnci 0 om olan 12V pil düşünelim ve bu pile 12 omluk direnç bağladık. çıkış empedansı 0, giriş empedansı 12 om, ve 12W güç aktarılır. İç direnci 12 om olan 12V pil kullanırsak, çıkış empedansı 12 om, giriş empedansı da 12 om. Daha fazla güç aktarılması gerekiyorken, sadece 6W güç aktarılır. Bunu bana birisi açıklayabilirse çok sevinirim

 

[taydin]

DC'de senin de hesapladığın gibi böyle bir kural yok. AC için o kural var, ama o da frekanslar ancak çok yüksek seviyeye geldiğinde anlamlı bir fark yaratıyor (yüzlerce megahertz). Mesela ses frekanslarında bunun hiçbir önemi yoktur. Sinyalin dalgaboyu, kullanılan kabloların ve cihaz boyutlarının seviyesine gelmişse, empedans uyumu çok kritiktir. 1 KHz lik bir sinyalin dalga boyu 300 Km gibidir, dolayısıyla bu uzunlukta kablo kullanmıyorsan, RF de ortaya çıkan yansıma sorunları ile karşılaşmayacaksındır. Kaynak çıkış empedansını mümkün mertebe düşük, yük empedansını da olabildiğince yüksek tutarsan sorun çıkmaz.

 

[DonKişot]

Cevaplar için teşekkür ederim. Sanırım pilin iç direncinin 0 olamayacağını ifade ediyorsunuz. O sadece bir örnekti. içdireç sıfıra yaklaştıkça aldığımız güç de maksimum değer olan 12W değerine yaklaşıyor.

Ama AC sinyal için nasıl farklı bir durum oluşuyor anlamadım. Pil yerine 1000 MHz dalga üreten kaynak olursa gene en düşük içdirencte en büyük güç aktarımı olacak gibi geliyor bana. Orada farklı olarak ne oluyor?

 

[DonKişot]

Konuyu okuduğum kaynak aşağıda

https://en.wikipedia.org/wiki/Maximum_power_transfer_theorem

Okulda bu konu Jakobi Yasası olarak benim girmediğim bir derste anlatılmış.

 

[taydin]

Şimdi buna bakınca benim de kafam karıştı Sakin kafayla İyice okumam lazım ...

 

[taydin]

Evet tamam kafa karışıklığının sebebi anlaşıldı ...

Eğer belli bir yük empedansı var, ve kaynak empedansını sen ayarlayabiliyorsan, tabiki maksimum güç aktarımı için kaynak empedansının (veya iç direncin) 0 Ω olması lazım. Veya gerçek hayat için konuşursak, iç direnci minimum yapmaya çalışmak lazım.

AMA! ... Belli bir kaynak empedansı varsa, ve yük empedansını sen ayarlayabiliyorsan, işte bu durumda Jakobi yasası geçerli. Maksimum güç aktarımı için yük empedansını, kaynak empedansına eşit yapman lazım.

Kafa karışıklığını gideren şu paragrafı oku:

The theorem states how to choose (so as to maximize power transfer) the load resistance, once the source resistance is given. It is a common misconception to apply the theorem in the opposite scenario. It does not say how to choose the source resistance for a given load resistance. In fact, the source resistance that maximizes power transfer is always zero, regardless of the value of the load resistance.

Teorem, kaynak direnci verildiğinde yük direncinin nasıl seçileceğini (güç aktarımını en üst düzeye çıkarmak için) belirtir. Teoremi ters senaryoda uygulamak yaygın bir yanılgıdır. Belirli bir yük direnci için kaynak direncinin nasıl seçileceğini söylemez. Aslında, güç aktarımını maksimize eden kaynak direnci, yük direncinin değerinden bağımsız olarak daima sıfırdır.

 

[taydin]

Şimdi bu bilgiyi 1 GHz RF sinyal için uygulayalım. Bu frekanslarda çalışan devrelerin, cihazların, antenlerin, kabloların, konnektörlerin, hepsinin empedansı genel olarak 50 Ω dur. Yani yukarıda belirtildiği gibi, KAYNAK EMPEDANSI BELLİ. Bu noktada, devre tasarımcısı olarak senin tek yapabileceğin şey, yük empedansını ayarlamak. İşte burada Jakobi seni enseliyor Maksimum güç aktarımı için senin devrenin giriş empedansının da 50 Ω olması lazım.

Şimdi alçak frekanslarda ve GHz mertebesindeki RF frekanslarda, empedans uyumsuzluğunun yaratabileceği olumsuzluklar hakkında biraz konuşalım:

Alçak frekanslarda empedans uyumsuzluğu, güç kaybına sebep olur. Ama birçok durumda bu kayıp sınırlı olur (güç paylaşımı direnç değerlerine göre olur).

Ama GHz mertebesindeki RF frekanslarda, empedans uyumsuzluğu hem sinyalin tamamen yok olmasına sebep olabilir, hem de, eğer RF transistör çıkışına bağlanan yük uyumsuzluğu durumunda RF transistörlerinin direkt olarak YANMASINA sebep olabilir. Örneğin 2.4 GHz de çalışan ve sinyali 2W mertebesine çıkaran bir RF yükseltici var. Ama buna empedansı uygun olmayan bir anten bağladın. Veya hiç anten bağlamadan devreyi çalıştırdın. Bu durumda, yükselticinin çıkışındaki sinyal geri yansıyacaktır ve bu yansımalar da transistörlerin çalışma voltajının üzerine çıkan voltaj seviyeleri oluşturup çıkış transistörlerinin yanmasına sebep olabilir! Ama empedans uyumunu sağlarsan, yansımalar ve dolayısıyla kayıplar ihmal edilebilecek seviyeye iner.

 

[DonKişot]

Cevaplar için teşekkür ediyorum. Konu oldukça derin, anlamaya çalışıyorum. Araştırmaya devam ediyorun.

Bir ses amplisi alacaksam elimde de 4 om hoparlör varsa çıkış empedansı 4 om olan ampli mi seçmem gerekir bu durumda? bir kulaklığım var empedansı 32 om bunu kullanmak için yine 32 om çıkış emp olan ampli migerekecek?

 

[taydin]

İyi bir amfiden istenen, çıkış empedansının çok küçük olmasıdır. Kaliteli amfilerin çıkış empedans genelde 0.1 Ω veya altındadır. Daha yüksek güçlülerde daha da küçüktür. Tabi şimdi sen burada "hmm, o zaman 0.1 Ω hoparlör bağlayamayacağıma göre bundan maksimum güç alamayacağım" diye düşünebilirsin. Ama 0.1 Ω bulsan da gene maksimum güç alamazsın. O amfinin verebileceği maksimum bir güç var, o da amfinin mimarisi, çıkış katında kullanılan komponentler ve güç kaynağı tarafından belirleniyor.

Eğer amfi 4 Ω hoparlör destekliyorsa, 4 Ω ve üstü hoparlör bağlayabilirsin. 4 Ω da amfinin verebileceği maksimum gücünü alırsın, daha yüksek empedanslı hoparlörlerde daha az güç alırsın.

 

[taydin]

Burada yalnız şu istisna var: Diyelim elinde bir kulaklık amfisi var, pille çalışıyor ve 32 Ω ve üstü kulaklıkları destekliyor. Zaten genelde portatif kulaklık amfileri 32 Ω gibi düşük empedanslı kulaklık ister, çünkü portatifte besleme voltajı düşük, iyi volüm elde etmenin tek yolu bu. Diyelim bu kulaklık amfisine üst seviye, 600 Ω luk kulaklık bağladın, ne olur?

Gene ses verir, temiz de ses verir, ama volümü sonuna kadar açsan da nispeten düşük kalır. 600 Ω kulaklığı iyi bir şekilde sürebilmek için çıkış voltaj seviyesi yüksek olan kulaklık amfisi lazım.

Ama kulaklık amfisi bile olsa, istenen gene de çıkış empedansının ÇOK KÜÇÜK olmasıdır. İyi kulaklık amfilerinde de 0.1 Ω çıkış empedansı görmek mümkün.

 

[slewrate]

Merhaba,

Bende birkaç ekleme yapayım.

Max. güç aktarımı, yük direnci batarya iç direncine eşit olduğunda gerçekleşir. (bknz norton theven eşdeğeri)

İdeal şartlar dışında iç direnci 0 ohm batarya yoktur. Fakat batarya iç direncinin olabildiğince 0 ohma yakın olması istenir ki her yüke uyum sağlasın.

Alternatif akımlı devreler ise kaynak kapasitifse yük endüktif; kaynak endüktif ise yük kapasitif olmalıdır. Kompanzasyon mantığı buradan gelir. Kompanzasyon yapılmaz ise güç santrallari daha fazla güç üretmek zorunda kalır.

Daha fazlası için devre analizi kitaplarına bakabilirsiniz.

 

[taydin]

Burada bir itirazim var Eğer anten ile verici çıkışında çok iyi bir empedans uyumu var ise, o anten ne kapasitif nede endüktif olarak görünür. Sadece 50 Ω luk rezistif bir yük olarak görünür. Ama empedans uyumu iyi değilse, o zaman kapasitif bileşeni de olabilir endüktif bileşeni de. Bu durumda anten düşük verimle çalışıyor olacak, bolca duran dalga olacak ve sen de "niye menzil düşük?" diye hayıflanıp duracaksın

 

[taydin]

Rezonans dememek lazım bu duruma, çünkü rezonans olayı belli bir frekansı değeri (rezonans frekansı) çağrıştırıyor. Yani diyelim 50 Ω üreteç, 50 Ω transmisyon hattı ve 50 Ω yük varsa, bu ancak belli bir frekansta rezistif görünür diye bir durum ortaya çıkıyor. Ama durum öyle değil. Empedans uyumu elde edildiğinde, üreteç HER FREKANSTA rezistif bir yük görür. Tabi bu ideal şartlarda geçerlidir. Gerçek bir üreteç, transmisyon hattı ve yük, her frekansta tam olarak 50 Ω luk empedansı garanti edemez, hafif sapmalar olabilir. İşte bu yüzden de frekans süpürmesi yaptığında bekli 0.5 dB veya neyse artık, sapmalar olabilmektedir. Kaliteli bileşenler kullanıldığında bu sapmalar daha azdır.

 

[Mikro Step]

Max guc teoremi kaynak empedansinin yuk empedansina esit olmasi gerektigini soyler.

Fakat bu aciklama DC icin gecerlidir. AC sistemlerde max guc teoremi farklidir.

Kaynagin Z=a+jb seklinde empedansi olsun. Bu kaynaktan max guc cekebilmek icin yukun empedansinin a-jb olmasi gerekir.

 

[Mikro Step]

Okuduğum kaynaklarda, maksimum güç transferi için birbirine bağlı iki devrenin çıkış ve giriş empedanslarının uyumlu (eşit) olmasından bahsediliyor. Bu bana hiç mantıklı gelmiyor. Örneğin iç direnci 0 om olan 12V pil düşünelim ve bu pile 12 omluk direnç bağladık. çıkış empedansı 0, giriş empedansı 12 om, ve 12W güç aktarılır. İç direnci 12 om olan 12V pil kullanırsak, çıkış empedansı 12 om, giriş empedansı da 12 om. Daha fazla güç aktarılması gerekiyorken, sadece 6W güç aktarılır. Bunu bana birisi açıklayabilirse çok sevinirim

Soruyu asagidaki sekilde sormadigin icin olay anlamsiz geliyor.

Dogru soru su sekilde.

Bir guc kaynaginin ic direnci R ise, bu guc kaynagindan max guc cekebilmek icin kaynaga hangi degerde direnc baglamaliyiz.