[전자회로 기초 6-5] 임피던스 매칭 1편

안녕하세요.

Edward입니다.

 

이번 시간은 저번 시간에 다뤘던 출력 임피던스 편에 이어서 설명을 드리려고 해요.

사실 이전 내용부터 차근차근 이해하시면서 보면 더 좋을 거라고 생각합니다 ㅎㅎ

[전자회로 기초 6-1] 임피던스 기초

[전자회로 기초 6-2] 임피던스 기초 TIP

[전자회로 기초 6-3] 내부저항 임피던스

[전자회로 기초 6-4] OPAMP 출력 임피던스

 

 

이전 내용을 다시 짚어보자면, OPAMP의 출력 임피던스에 대해서 설명했었습니다.

출력 임피던스를 OPAMP 내부 저항과 콘덴서의 저항, 병렬로 부착된 저항까지 계산하여 값을 도출하는지 까지 알아보았어요.

그러다 문득 드는 생각이 있는데, 과연 출력 임피던스란 무엇일까요??

내부 저항 임피던스 편에서 설명했던 건전지에서 설명했던 것과 동일하게,

OPAMP 또한 "신호를 순수하게 출력하는 0Ω 저항 성분 신호원"과 "출력을 방해하는 저항 성분" 2가지로 나눌 수가 있는데요.

여기서 출력 임피던스는 후자인 "출력을 방해하는 저항 성분"입니다.

우리 엔지니어들은 "신호를 순수하게 출력하는 0Ω 저항 성분 신호원"을 만들어내는 것이 목표입니다. 하지만 "출력을 방해하는 저항 성분"이 생기게 되는 것이죠..

그래서 이러한 저항 성분들을 제어하고 우리가 원하는 신호들로 만들기 위해서 해야 할 일을! 지금부터 설명하고자 합니다.

 

 

"신호를 순수하게 출력하는 0Ω 저항 성분 신호원"으로 최대한 만들기 위해서 우리는 "임피던스 매칭"이라는 기법을 사용하게 됩니다.

임피던스 매칭이란 말 그대로 임피던스(Z) 저항 성분을 맞춘다.라는 의미를 두고 있어요.

그러면 어떻게 맞출까요??? 그 설명을 지금부터 진행할게요 ^^

 

내부저항 임피던스 편에서 설명드렸던 내부저항과 외부 저항의 회로를 기억하시나요?!

그리고 출력 임피던스 편에서 설명드렸던 OPAMP의 내부 저항 회로도 기억하시나요?!!

복습해보겠습니다.. 헤헤

[전자회로 기초 6-3] 내부저항 임피던스

[전자회로 기초 6-4] OPAMP 출력 임피던스

임피던스 매칭 설명

<그림 1>을 보시면 OPAMP의 출력 부분만 봤을 때, 나타낼 수 있는 등가 회로입니다. 아시겠지만 Zop가 OPAMP의 내부저항으로 출력 임피던스가 됩니다.

 

 

 

지금부터  한 가지 가정을 넣어보려고 해요. OPAMP로부터 출력하는 신호를 1m 케이블로 부하와 연결한다고 생각해볼게요.

케이블로 생각하게 되면 고민해야 할 부분이 생기게 되는데요. 바로 케이블의 저항입니다. 임피던스 기초 편에서 설명드렸다시피 저항의 길이가 증가할수록 저항치가 증가하게 됩니다.

[전자회로 기초 6-1] 임피던스 기초

케이블이 길어지면서 점점 저항치가 증가하면 보내는 신호원의 전압이 점점 줄어들면서 신호가 제대로 도달하지 못합니다. 그래서 사용하는 방법이 임피던스 매칭입니다 ^^

 

여기서부터가 가장 중요합니다. 별표 다섯 개!!!

내부저항 편에서 설명드렸었는데요, 이 OPAMP에서 최대 전력을 끌어내기 위해서는 부하를 얼마나 부착해야 할까요?!

정답은?! "내부 저항과 부하 저항의 수치가 같을 때에 최대 전력이 나온다"입니다.

이 설명을 왜 드리냐면, <그림 2>를 보면 출력 임피던스가 600Ω이라 가정했을 때, 케이블 끝에 연결되는 부하가 동일하게 600Ω가 되면 신호의 전력이 최대로 전달되기 때문에 1m 케이블 안에서는 문제없이 신호를 전달받을 수 있습니다.

만약 케이블의 길이가 점점 더 길어져서 5m, 10m가 되면 문제가 될 수도 있겠지만 1m 케이블로는 문제가 없습니다 ^^

정리하자면, OPAMP든 어떤 신호든 신호를 전송할 때, 보내는 쪽의 출력 임피던스(내부저항)와 받는 쪽의 입력 임피던스(부하)의 수치를 맞추는 것이 "임피던스 매칭"이다. 이는 신호의 최대 전력으로 보내는 것이다.

이 설명을 하려고 임피던스 기초 1장부터 지금까지 많은 설명이 있었네요. 

이것으로 매칭을 잡으면 최대의 전력으로 전송된다는 사실을 알았네요~!^^

 

 

자, 그러면 다음 그림을 한 번 살펴볼게요.

임피던스 매칭 회로 설명

기전력 12V의 OPAMP의 내부 저항이 600Ω이라고 했을 때, 외부 저항이 동일하게 600Ω일 때,

임피던스 매칭을 한다면 부하에 걸리는 전압은 6V 절반으로 줄어듭니다.

그래서 만약 더 높은 전압이 필요한 시스템이라면 미리 출력 전압을 더 높게 해야 해요!!

출력 전압을 높이는 방법은 다음 시간에 배워보도록 할게요 ㅎㅎ

다시 돌아가서 위 회로를 계산해보면 다음과 같아요 ^^

계산 공식

E=12V이고, 부하는 600Ω 2개가 직렬로 연결되어 1200Ω이 되어 버립니다.

그러면 회로의 전류는 위와 같이 계산으로 10mA가 되고 전송되는 전력(소비 전력)은 외부 부하(Z)의 양끝의 전압이 6V이니깐 계산하면, 60mW 신호 전력을 보낼 수 있다는 것을 알 수 있어요.

 

다음 시간에는 임피던스 매칭 2편으로 전압 전송에 관한 설명도 해볼게요.

수고하셨습니다 ^^