電源の出力インピーダンスで電力は消費するか。

質問

高周波用の電源装置などにおいて出力インピーダンス50Ωというのをよく見かけると思いますが、この50Ωというのは実際にエネルギーが消費する50Ωと考えるべきものなのでしょうか？

たとえば、出力インピーダンス50Ωの電源に50Ωの抵抗Rを接続して、電源の出力以降でのエネルギー消費はすべて、この抵抗Rで起き、このジュール熱を取り出すというシステムを作るとします。

するとこの場合システム全体のエネルギー効率は最大50%ということになってしまうのでしょうか？すなわち、出力インピーダンスでもエネルギーを消費してしまうのか？ということです。

それとも通常の電源装置は出力電圧、電流を監視し、フィードバックを行って電圧をコントロールすることで、仮想的な出力インピーダンスを実現しており、理論上ロスは発生しないのでしょうか？

よろしくお願いします。

回答No.3

ricardo_ · ベストアンサー

これは電気の難しい話です。
　電気技術者もこれで迷う。簡単には説明出来ません。
　電気が瞬時に伝わるのでは無く、ボールを投げた時のように時間が掛かる事がポイントです。

　損失のない50Ωケーブルに５０Ｖ印可すれば１Ａ流れます。そのエネルギーはケーブル内に貯まります。
　50Ωの負荷を繋ぐと、エネルギーが全部消費されます。それ以外だとエネルギーが反射して戻ります。

　ビリヤードで同じ重さの玉同士は、ぶつかると全エネルギーが相手に伝わります。重さが違うと跳ね返ったりして、エネルギーが伝わりません。
　この重さに相当するのがインピーダンスです。

　電気の伝送回路で理解し難いのは、１００グラムと１００グラムがぶつかってエネルギーが半分だけ伝わると言うような感違いをするからです。

　電源から負荷に行ったエネルギーが反射して電源に戻って来ます。
　これが再び負荷側に反射しないようにするには、電源インピーダンスをケーブルに合わせます。
　そのため抵抗器を繋ぐ事があります。この場合はケーブルと違い熱損失となてしまいます。
　音のエネルギーを吸収して反響を防ぐのと同じです。

　しかし反射が無ければ、電源側の出力インピーダンスはどうでもいい。
　単に５０Ωの負荷が繋がっていると見えます。

お礼

回答ありがとうございます。

なかなかイメージ的に理解するのは難しいですね。どうしても半分しか送れないように思ってしまいますが、最大100%の伝送も可能と理解して良さそうですね。

回答No.2

electron11

その通りです
出力インピーダンス50Ωは内部抵抗ですからマッチングしても負荷には最大で半分の電力しか取り出せません
もったいないですけれど残り半分は内部で消費されます
高周波用はケーブルで接続する事が多いですからマッチングが必要で50Ωか75Ωに作られます　特性インピーダンスと言います
周波数が高かったり　ロスの大きい叉は長いケーブルで無い限りは原理上ケーブルでは消費されません
ケーブルの仕様に規格化されてます　ロスは何db/km　MHzで何dbとか
ロスの無い仮想的な出力インピーダンスでは無く出力内部回路の等価抵抗です
広帯域高周波アンプの場合　広帯域で定出力インピーダンスにするのは難しいので直接抵抗器を入れる事もあります
信号発生器等はこれが多いでしょう　パワーアンプの場合は狭帯域です

直流電源は大抵　定電圧ですから出力インピーダンスは低くなければなりません
帰還を掛ける事で低出力インピーダンス（内部抵抗）にしますから限りなく低いです
そうでないと定電圧になりません

高周波用は周波数が変わってもマッチング状態で定電圧にします　周波数特性がフラットになるのです
入出力インピーダンス＆伝送ケーブルをマッチングさせる事で可能になります
マッチングさせないと周波数特性を持ちます　周波数＆ケーブル長によって変わるのです
帯域の広い信号　例えばビデオ信号等ではフラットでないと正しく伝送されません
伝送ケーブルの実際は緩やかな周波数特性を持ちますけれど

仕様書等を調べて見ては如何でしょうか？

お礼

回答ありがとうございます。
やはり効率50%となるということは、出力インピーダンス50Ωというような電源を、電力の伝送用の電源としては適さないという感じなのでしょうかね。難しいですね。

回答No.1

tadys

インピーダンスに抵抗分があればロスは発生します。

お礼

ありがとうございます。確かに抵抗分があればロスが発生しますね。
実際のところ電源装置などでもロスが発生してるんでしょうか？