임피던스 정의
저항, 인덕턴스 및 커패시턴스가 있는 회로에서 교류 전류를 방해하는 것을 임피던스라고 합니다. 임피던스는 흔히 Z로 표현됩니다. 임피던스는 저항, 유도성 리액턴스, 용량성 리액턴스로 구성되지만 이 세 가지의 단순한 합은 아닙니다. 임피던스의 단위는 옴입니다. 직류에서는 물체가 전류 방해에 미치는 영향을 저항이라고 합니다. 세상의 모든 물질에는 저항이 있지만 저항 값의 차이는 단지 차이일 뿐입니다. 금속과 같이 저항이 매우 낮은 물질을 우수한 도체라고 하며, 목재나 플라스틱과 같이 저항이 매우 높은 물질을 절연체라고 합니다. 그 사이에 반도체라고 불리는 도체가 있는데, 초전도체는 저항값이 거의 0에 가까운 물질이다. 그러나 교류 분야에서는 전류를 차단하는 저항 외에도 커패시턴스, 인덕턴스도 전류의 흐름을 차단하는 효과를 리액턴스라고 하는데, 이는 전류에 대한 저항을 의미합니다. 커패시터와 인덕터의 리액턴스를 각각 용량성 리액턴스와 유도성 리액턴스라고 하며, 용량성 리액턴스와 유도성 리액턴스라고 합니다. 측정 단위는 저항(Ω)과 동일하며 그 값은 교류 주파수와 관련이 있습니다. 주파수가 높을수록 용량성 리액턴스는 작아지고, 주파수가 낮을수록 용량성 리액턴스는 커집니다. 유도성 리액턴스는 작아집니다. 또한, 용량성 리액턴스와 유도성 리액턴스도 위상각의 문제가 있어 벡터 관계를 가지므로 임피던스는 저항과 리액턴스의 벡터합이라고 합니다. 특정 회로의 경우 임피던스는 일정하지 않고 주파수에 따라 변합니다. 저항기, 인덕터 및 커패시터의 직렬 회로에서 회로의 임피던스는 일반적으로 저항기보다 큽니다. 즉, 임피던스가 최소값으로 감소됩니다. 인덕터와 커패시터의 병렬 회로에서는 임피던스가 공진에서 최대값으로 증가하는데, 이는 직렬 회로와 반대입니다.
1. 입력 임피던스
입력 임피던스는 회로 입력단의 등가 임피던스를 말합니다. 입력단에 전압원 U를 추가하고 입력단에서 전류 I를 측정하면 입력 임피던스 Rin은 U/I가 됩니다. 입력 단자를 저항의 두 끝으로 생각할 수 있습니다. 이 저항의 저항은 입력 임피던스입니다.
입력 임피던스는 일반적인 리액티브 구성요소와 다르지 않습니다. 이는 전류에 대한 방해의 크기를 반영합니다. 전압 구동 회로의 경우 입력 임피던스가 클수록 전압 소스의 부하가 가벼워지므로 구동하기가 더 쉽고 신호 소스에 영향을 미치지 않습니다. 전류 구동 회로의 경우 입력 임피던스가 작을수록 현재 소스의 부하는 더 가볍습니다. 따라서 다음과 같이 생각할 수 있습니다. 전압 소스로 구동되는 경우 입력 임피던스가 클수록 전류 소스로 구동되는 경우 임피던스가 작을수록 좋습니다. 회로에서는 임피던스 매칭 문제도 고려해야 한다.) 또한, 최대 출력 전력을 얻으려면 임피던스 매칭 문제도 고려해야 한다.
2. 출력 임피던스
신호 소스, 증폭기 또는 전원 공급 장치에 관계없이 출력 임피던스 문제가 있습니다. 출력 임피던스는 신호 소스의 내부 저항입니다. 원래 이상적인 전압원(전원 포함)의 경우 내부 저항이 0이거나 이상적인 전류원의 임피던스가 무한대가 되어야 합니다. 출력 임피던스는 회로 설계 시 가장 특별한 주의가 요구되는 부분입니다.
그러나 실제로 전압 소스는 이를 수행할 수 없습니다. 실제 전압 소스와 동일하도록 저항 r과 직렬로 연결된 이상적인 전압 소스를 사용하는 경우가 많습니다. 이상적인 전압 소스와 직렬로 연결된 이 저항기 r은 (신호 소스/증폭기 출력/전원 공급 장치)의 내부 저항입니다. 이 전압원이 부하에 전원을 공급하면 전류 I가 부하를 통해 흐르고 저항에서는 I×r의 전압 강하가 발생합니다. 이로 인해 전원 공급 장치의 출력 전압이 떨어지게 되어 최대 출력 전력이 제한됩니다(최대 출력 전력이 제한되는 이유는 아래의 "임피던스 매칭" 질문을 참조하십시오). 마찬가지로 이상적인 전류원의 경우 출력 임피던스는 무한대가 되어야 하지만 실제 회로에서는 불가능합니다.