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終端抵抗とは？信号の安定化についてわかりやすく解説
- 終端抵抗を付けないと信号が乱れる理由や、終端抵抗が信号の安定化にどのように関わっているのかについて解説します。
- 終端抵抗を付けないと、信号の末端で反射波が発生し、入力信号と混ざって信号が乱れます。終端抵抗を付けることで、反射波が吸収されるため信号が安定化します。
- 終端抵抗がない場合、信号が末端で反射し入力信号と重なることで信号が乱れます。終端抵抗は反射波を吸収する役割を果たし、信号の安定化につながります。
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＞信号線の末端に終端抵抗を付けておかないと信号が乱れるといいますよね。 電気信号が電線を伝わる速さは光速度よりは早くならないので有限の時間がかかることに注意が必要です。 電線に電圧を加えると電流が流れます。 この時流れる始める時の電流は負荷抵抗で決まるわけではありません。 それは電線の特性インピーダンスで決まります。 特性インピーダンスは電線を流れる電気の電圧と電流の比で決まります。 特性インピーダンスについてはこちらを参考にしてください。 http://www.geocities.jp/rfpagejp/tokusei-z.htm よく目にするのは同軸ケーブルの50Ωや75Ωですが同軸ケーブル固有のものではなく 特性インピーダンスはどんな電線にも存在します。 電圧2Vで内部抵抗1オームの電源から特性インピーダンス1Ωの電線に直流電圧を送り出すとします。 特性インピーダンスの定義により流れる電流は1Aです。 この電圧が電線の終端に到達したときにどうなるかという事が問題になっていることです。 もし終端がオープンになっていると電流が流れませんから電流をゼロにするため逆向きの電流が発生する必要が有ります。 この逆向きの電流によって1Ωの電線には1Vの電圧が生じてトータルで2Vの電圧が電源に向かって逆流します。 もし終端がショートになっていると電圧がゼロになるために逆向きの電圧が発生する必要が有ります。 この電圧を発生するためには電線から1Aの電流を余分に引き出す必要が有ります。 これによりショート部分には2Aの電流が流れます。 この電流も電源に逆流します。 これら逆流するものを反射と呼んでいます。 もし終端がオープンやショートでないときにはどうなるかを説明します。 終端から電線を見た時の等価回路がどのようになるかというと、上記の場合はオープンで2V、ショートで2Aの電源に見えます。 （テブナンの定理、ノルトンの定理） 電線に流れている電圧をVs、特性インピーダンスをZ0、負荷抵抗をRとします。 この時Rに発生する電圧をVrとすると2×Vsの電圧をZ0とRで分割したものとなります。 Vr ＝ 2×Vs×R／(R＋Z0) 上記の例では電源の内部抵抗と電線の特性インピーダンスを同じと仮定したので逆流した信号は電源側での反射は生じません。 電源側と終端側で反射が発生すると複雑な波形になってしまいます。
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- 178-tall
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蛇足を少々。 参考 URL 「伝送線路の基礎理論」の「無損失線路」図 2 と 式 (6) を眺めてください。 負荷 Zr を特性インーダンス Z0 に合わせると (つまり Vr = Z0Ir)、 V = Z0(cosβl + jsinβl)Ir I = (cosβl + jsinβl)Ir になり、図 2 の入力インピーダンスが V/I = Z0 になる。 さらに信号源の出力インピーダンスも Z0 にすれば、完全なインピーダンス整合になり無反射接続を得る。 このとき、入出力波形の振幅は比例関係、位相差は直線特性となる。 … という筋書き。
- 178-tall
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信号の接続条件は？ 勝手に邪推すると …。 たとえば、信号線は 50 オームの同軸ケーブル、信号送出回路の出力抵抗も 50 オーム、として信号線を「無損失分布定数ライン」で近似すると？ 「信号線の末端に終端抵抗を付けてお」けば、終端抵抗での出力波形は、送信波形を遅延させたものになります。 「信号線の末端に終端抵抗を付けておかないと」、ラインの出力端が開放された状態なので、終端抵抗での出力波形が送信波形とは似ても似つかぬ波形になります。これを、「終端が切りっぱなしだと、入力が末端で反射して入力と混ざり、信号が乱れる」と「反射」の概念から説明するのは、一つのやり方。 「無損失分布定数ライン」の説明でも、ざっと眺めてください。
- toiawasedesuyo
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５６歳 男性 通信線の事ですかね 末端とは１ｋｍ等かなり遠い所を言ってますか？ 通信線のインピーダンスは７５Ωや６００Ω等です 長い通信線の末端がオープンの場合は無限大の抵抗になっているので ノイズの影響を受けやすくなります 抵抗が吸収するのではなく、抵抗を下げる事によってノイズ成分が 小さくなる事を吸収等と言います
- terminator_5
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同軸ケーブル等の伝送路は50Ωとか75Ωなど固有のインピーダンスを持ち、電気信号はインピーダンスに従った電圧と電流の比で伝送されます。 信号がケーブルの終端に達した時、開放状態であれば電流の流れがせき止められてた分、電圧が跳ね上がり、元の信号よりも電位が高くなるため逆向きに電流を流すことで反射が起こります。 伝送路のインピーダンスと同じ値の終端抵抗を接続することで、電圧と電流の比は伝送路と等価となり、伝送路から見ると無限に連続した同じ伝送路が繋がっていることになり、反射は起こらなくなります。
- mdmp2
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反射とは、信号源から伝送路を伝って信号を受ける装置に到達した信号の一部または全部が信号源に向かって戻る現象です。 反射が起きると、装置の入力端で、信号源からの信号と反射信号が混ざって振幅が変わってしまいます。信号源のところでは、送り出す信号と、反射して戻ってきた信号が混ざって、伝送路のインピーダンスが変わってしまいます。それだけのことなら、「信号が乱れる」とまでは言えないと思いますが、そうした影響は周波数に依存します。信号は単一周波数ではなく、広い帯域幅をもっていますので、反射による影響が周波数特性を持ちますので、信号波形が変わってしまいます。 伝送路としては2本の線を等間隔で張ったもの（平行二線式ケーブル）と、同軸ケーブルが思い浮かぶと思います。 有限長の伝送路の一端（A端とします）に信号を加えると、信号は他端（B端とします）に向かって進みます。B端に何もつながっていない（オープン）場合はB端に到達した信号は、信号源に向かって進みます。これが反射です。 B端がオープンの場合、ショートの場合は全反射しますが、後述する伝送路の特性インピーダンスとB端に接続される装置の入力インピーダンスが等しくない場合は一部反射します。 無限に長い伝送路（無限長伝送路）をイメージしてください。一端(A端)に加えた信号は他端に向かって進みます。どこまで行っても他端(B端)がありませんので、信号は進み続け、反射することがありません。そのとき、A端で測ったインピーダンスをその伝送路の「特性インピーダンス」と言います。 特性インピーダンスは、例えば空中に張った裸線の平行二線式伝送路の場合は、線の直径と、2本の線の間隔で決まります。 同軸ケーブルで、75Ωとか、50Ωとか言うのは特性インピーダンスのことです。（「75Ωの同軸ケーブルの一端をテスターで測ると75Ωある」ということではありません。） 以前、テレビの平行フィーダーというのがありましたが、その特性インピーダンスは300Ωです。 さて、特性インピーダンスが300Ωの無限長伝送路の一端から10メートルばかり切り取ってみます。残りの部分の長さは変わらず無限です。（無限から有限を引いても無限であることには変わりがない。） 残りの無限長伝送路の一端から測ったインピーダンスは変わらず300Ωです。 それでは、切り取った10メートルのケーブルの断端(B端)に300Ωの抵抗を接続して、A端からインピーダンスを測ったらどうでしょう。やはり300Ωとなり、無限長伝送路と等価です。 A端から進んできた信号はB端に達するとすべて、300Ωの抵抗に消費され、反射は起きません。 有限長伝送路のB端にその伝送路の特性インピーダンスに等しい値の抵抗を接続することを「終端」と言います。 B端に接続される装置の入力インピーダンスが伝送路の特性インピーダンスと等しい値なら終端の必要はありません。 これらの事象を理解するは伝送理論を学びます。図書館で「伝送理論」（分野は電気通信または電子工学）とタイトルする本をめくってみて、興味がありましたら購入すると良いと思います。 感じとしては、つぎのページのようなものです。（「伝送理論」をキーワードとしてネット検索したら、わりと前の方に出てきたページ、というだけです。） http://www.mogami.com/paper/tline/tline-01.html
- hue2011
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面倒ではない解説をします。 そこから先に経路がない電線の場合、その端で信号はどうなりますか。 ＋５Vがぶつかったとします。その先に経路はないのです。 だったらその先は０Vに決まっていますね。 だったら端っこは何をしていますか。 －５Vを作らないといけませんね。そこから先を0にする必要がありますから。 もしー５Vがきたらどうしますか。＋５Vを作る必要がありますね。 つまりプラスマイナスが反対の電圧を作る必要があるのです。 プラスがマイナスになって返ってくるのです。マイナスはプラスになって返ってくるのです。これを何と言いますか。普通の感覚で「反射」ですね。 もしここで、＋５Vを送ったらむしゃむしゃ食べてくれるやつを置いたらどうなりますか。そこで消費されて0になりますから、先は０Vで大丈夫ですね。 こいつがむしゃむしゃ食べますから、－５Vなんて返ってきません。つまり反射しません。 この食いしんぼは、電気を消費するやつですから、抵抗に決まっています。 名誉のために、いやしんぼだとか電欲のむしけらと呼ばずに終端抵抗と呼んでいるわけです。
- lumiheart
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お礼
みなさま、多くの詳細のご回答ありがとうございました。 みなさまにヒントを頂いたのち、キーワードに頼りながら勉強して ある程度感覚がわかってきました。 そもそも電気信号なるものを直流的な考え方をして電子が端から端まで移動していくようなイメージを持っていたのが大きな間違いでした。 厳密な理解には遠いですが、感覚的にはしっくりくるようになりました。 沢山のヒント、ありがとうございました。