インピーダンス変換の説明と変換の意義

質問

タイトルそのままです。お願いします。

回答No.1

noname#2748 · ベストアンサー

身近なものに例えて言うならば、自動車のエンジンとギアの関係で説明できます。まず、ドライブ側に対して負荷が小さい場合は、低すぎるギアーで走っている状態で表現します。この状態では負荷が軽すぎる（インピーダンスが大きい）ため、エンジンの持っているエネルギーを十分にスピードに変換でき無い状態で、エンジンの回転ばかり上がってスピードは一向に上がりません。ちょうど良いギアで走っている状態ではエンジンの回転は有効に使われて、快調に（インピーダンスのマッチングが取れている）走れます。高すぎるギア（負荷のインピーダンスが低すぎる）では、いくらアクセルを踏んでも加速することが出来ず、エンジンはノッキングをして悲鳴をあげるでしょう。さらに酷くなればエンジンは止まってしまいます。これと同じことが電気回路でも言えるのです。例えば真空管で構成されたアンプは出力電圧は高いのですが、電流はわずかしか取れません。これではとてもスピーカを鳴らすことなど出来ないので、出力にトランスを用いて振幅（電圧の変化）は小さくなる代わりに電流を十分取れるように、インピーダンス変換をするわけです。トランスの効率が１００％ならトランスの前後で電力の値は同じになります。

また、インピーダンスが高いセンサーやマイクなどの機器を、入力インピーダンスの低い回路につないだ場合など、センサーやマイクなどをショートしたような状態になり十分な出力電圧を得られないばかりか、信号の歪や非直線性の原因、酷いときにはセンサーなどを破壊してしまう場合もあります。そこで、ＦＥＴなどを用いた十分に高い入力インピーダンスの回路を間にいれて整合を取ります。

高周波ではインピーダンスのマッチングが取れていないと回路の終端からの反射の影響が大きいので、非常に大きなロスを生んだり思いもしない信号が出てしまったりします。

インピーダンスの整合を取るということは正しい波形の伝送や電力の有効利用のために非常に重要な要素です。

お礼

ありがとございます。大変助かりました。機会があったらまたお願いします。