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회로 관련 전공/Basic

입출력 임피던스는 왜 필요할까?

by 배고픈 대학원생 2021. 10. 7.
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의문점


학부시절에서 어디에서 보는 임피던스를 항상 물어본 것이 기억이 난다.

 

회로이론에서는 어떤 두 노드에서 보이는 임피던스, 전자회로에서는 입력과 출력 임피던스를 항상 구하게 된다.

근데 이상한 교재의 설명이 참으로 나를 설득시켜주지 못했다.

 

사진 1. 입출력 임피던스의 표시 (좌) 입력, (우) 출력

 

그래서 왜? 필요해? 안맞으면 뭐 어쩌는데?를 시험기간, 과제를 제출하면서 종종 한번씩은 느낄 것이다.

 

그럼 왜 필요한지 알아보자 이번 글은 왜 입력 출력 임피던스를 구하는지 이해하기 쉽게 알아보는 것이다.

 


왜 필요한데?


 

간단하게 말하자면 손실을 줄여주기 위해서다. 여러분들이 "마이크로파 공학", "RF 전자회로(대학원 과정)"에서 설명이 어느정도 되어있지만 A 증폭기의 입력과 출력 임피던스는 50옴이고 A증폭기와 이어지는 B 증폭기의 입력 임피던스가 100옴이라 가정했을 때 A의 출력 임피던스 B의 입력 임피던스가 맞지 않음을 알 수 있다.

 

임피던스가 맞지 않으면 A에서 보낸 출력신호 100% 보내 B에서 입력신호로 가게 되는데 임피던스가 맞지 않으니 50%만 받을 수 있다는 것이다.

 

RF기초강의실에서는 이해하기 쉽게 연봉협상으로 예를 한다.

 

나는 연봉 3500을 받으면 완전 열심히 업무의 성과를 높이고 싶은데 회사측에선 1800만원 이란다. 결국 이 회사에서 일을해도 연봉 1800만원 어치만 일하게 되는 것이다.

 

결론적으로 우리는 연봉을 맞추기 위해, 즉 보낸 신호를 원활하게 수신(또는 송신)하기 위해 임피던스 매칭을 하게 되는거다.

 

그러면 무엇을 알아야 하게 되는걸까?

 

바로 입력과 출력 임피던스를 알아야 하는 것이다.

 


입출력 임피던스


입출력 임피던스는 테브난 등가회로 표현과 동일하게 표현이 된다. 따라서 우린 테브난의 방법으로 입출력 임피던스를 구하는 것이다.

 

사진 2의 블록은 2포트로 구성된 회로망을 간단하게 표현을 한 것이다.

 

사진 2의 왼쪽에 입력 임피던스를 보면 출력 부분은 개방(open) 회로가 되는데 간단하게 말하면 블록에 있는 회로망의 임피던스 성분만을 구하기 위해 개방을 시키는 것이며 전압 증폭기는 정상 독작하에서는 전압원에 의해 인가 되고 또한 모든 독립된 전원은 0으로 놓았기 때문입니다. 

 

우측에 있는 출력 임피던스는 입력 부분은 단락(short)시킵니다. 입력 임피던스와 동일하게 독립 전원은 0이기 때문에 입력 전압원을 0으로 두게 되니 단락으로 표시하는 겁니다.

사진 2. 입출력 임피던스를 구하는 방법

 

사진 2에서 한가지 봐야하는 것은 바라본다의 의미는 테스트 전압이 테스트 전류를 흘려주기 때문에 입력 임피던스는 테스트 전압과 전류가 입력을 통해 회로 내부로 가는 것이기 때문에 입력에서 바라보는 것이 되고, 출력 임피던스는 출력에서의 테스트 전압 , 전류가 입력이 회로 내부에서 들어가는 것이기 때문에 출력에서 바라보는 임피던스가 되게 됩니다.

 

사진 3. 단순화하기 위한 표현

 

사진 2를 단순화 하기 위해 사진 3과 같이 (-) 쪽은 접지, (+) 방향으로 바라보는 화살표로 단순하게 표현이 가능합니다.

 

 



 

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