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増幅器では出力インピーダンスは小さいほどよいと知りました。その導出式も理解できます。

しかし、
最大電力伝送にはインピーダンスは出力側とマッチングさせるのがよいとも知りました。

どっちなんでしょうか?
何か勘違いをしてる気がしますが、素人なのでよく分かりません・・・

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A 回答 (6件)

信号の伝達と電力の伝達を混同されているのだと思います。



>増幅器では出力インピーダンスは小さいほどよいと知りました。

この場合は、信号の伝達についての話です。信号の伝達に必要な
情報は、電圧が高いか低いかだけで、電力は関係ありません。

そのため、増幅器の出力インピーダンスはできるだけ小さく、
次に繋がるデバイスの入力インピーダンスは、できるだけ大きい方が、
たくさんのデバイスを増幅器の後に(パラレルに)繋ぐ事ができる
ので有利です。

>最大電力伝送にはインピーダンスは出力側とマッチングさせるのが
>よいとも知りました。

この場合、伝達したいものは電力です。できるだけ多くの電力を送る
為には、インピーダンスマッチングが必要となります。

参考まで
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
なるほど、用途によるのですね。

増幅器は電圧増幅度を求めるから出力インピーダンスは小さく。
送電などでは電力をもとめるからマッチングを。
というところでしょうか

お礼日時:2009/10/29 00:44

>信号発生器の出力インピーダンス50Ωと書いてあって、1kHzぐらいならば、電圧を求めるならつなぐ機器の入力インピーダンスは大きいものを、電力の供給を求めるなら50Ωを、という認識でいいでしょうか



その通りです。
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この回答へのお礼

度々、大変ありがとうございます。

電力、電圧等々電気は身近に溢れていて、分かったようなつもりになってましたが奥が深いですね。とても勉強になりました。
お世話になりました。

お礼日時:2009/10/29 23:34

>増幅器は電圧増幅度を求めるから出力インピーダンスは小さく。


>送電などでは電力をもとめるからマッチングを。
>というところでしょうか

話は増幅器からずれますが、出力インピーダンスを身近なことで
説明すると

家庭用電源は、非常に低い出力インピーダンスになっています。
これは、たくさんの機器を繋いでも、100Vを確保するためです。
もし、出力インピーダンスが高いと、電子機器、電気機器を繋ぐ
毎に出力電圧が低下してしまいます。このように、繋ぐ機器、素子
を定電圧で動かしたい場合は、出力インピーダンスを低くする必要
があります。

家庭用電源で最大の電力を得たい、(例えばヒーターのようなもので)
あれば、電源のインピーダンスと整合がとれるようにします。実際は
電流が多く流れすぎてブレーカーが落ちるので出来ませんが理論的には
このようになります。参考までに、その機器を稼動している時の電源
電圧は、100Vが50Vになっています。

これが、
  (1)信号を伝達したい、定電圧で動かしたい時には、出来るだけ
  低い出力インポーダンスにする。
  (2)出来るだけ多くの電力を伝えたい時には、インピーダンス
  マッチングを取る。
意味です。

以上参考まで
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この回答へのお礼

度々、大変ありがとうございます。

そういう観点で考えたことはありませんでした。
とても勉強になりました。

電圧、電流、電力等々勉強してみると分かってるようで分かってないことが多いものです。
今後に生かしていきます。お世話になりました。

お礼日時:2009/10/29 23:25

ごく素朴なレベルでは私は次のように解釈しております。


マッチングとは、信号源インピーダンスが与えられたとき最大の電力を取り出すためには負荷インピーダンスがどのようにあるべきかという話。
負荷インピーダンスが与えられたとき最大の電力を負荷に提供できるのは信号源インピーダンスがゼロのときであるのは自明、マッチングとは関係ない別の話。
高周波の反射などのレベルアップした話になると、負荷に対して出力インピーダンスを合わせるなどということにはなりますが。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

>負荷インピーダンスが与えられたとき最大の電力を・・・
電力→電圧ではないのでしょうか?

高周波の話になると電圧の供給も、単純に出力インピーダンスを低くすれば良いわけではないようですね・・勉強していきます。

とても勉強になりました。お世話になりました。

お礼日時:2009/10/29 23:44

失礼しました。

(-_-;)

[訂正]
最初から3行目、
 [誤] 「電圧の伝達と、電力の電圧・・・」
 [正] 「電圧の伝達と、電力の伝達・・・」
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>信号の伝達と電力の伝達・・・



・・・ではなくて、
「電圧の伝達と、電力の電圧・・・」とすべきでしょう。

[説明]
電源が定電圧源(*)であり、かつ、一定の出力抵抗Ro(インピーダンスZoとしてもよい)を
持っていることが前提条件です。
 * 電源には、定電圧源、定電流源、定抵抗源がある。
  大抵は定電圧源であるので、これを省略することが多いが、いうまでもなく、
  後2者では、この考え方は成り立たない。

   ーーーーRoーーーーーー
                  |
                  |
 電源 Vo          負荷 Ri Vi
                  |
                  |
   ーーーーーーーーーーー

(例題で説明)
例えば電源Voが100Vで、出力抵抗Roが50Ωであり、入力抵抗が100,50,25Ωの3ケースを
考えると、受け側の電力は下記のように計算されます。
  入力抵抗(Ω)  消費電力(W)
    100       50
     50       44.4
     25       44.4
このように、インピーダンスマッチングがとれた状態で、伝達電力は最大になります。

(式で説明)
  P=(Vo/(Ro+Ri)^2 xRi
 上式を展開し、分母が最小となるRiを求めると
  Ro=Ri  となる。

いうまでもなく、伝達電圧は入力(負荷)抵抗が大きいほど、大きくなります。
(入力抵抗が大きいということは、相対的に、出力抵抗が小さい、ということと同じ)

以上で、電圧伝達と電力伝送の違いがおわかりになりましたでしょうか?
http://www.orixrentec.jp/cgi/tmsite/knowledge/kn …

蛇足ですが、ここで高周波伝送と低周波(直流を含む)伝送の違いが出てきます。
低周波では上記2つの選択肢がありますが、高周波では、伝送ケーブルによるL,Cの影響が
無視できなくなり、これら要素のために反射が起きますので、「電圧伝達」を取ることができません。
そのため、所定のインピーダンスを持った伝送ケーブル(例えば50Ω)を用意し、
送電側、受電側とも、これにマッチングさせるようにします。

[補足]
「・・・導出式は理解できます」と書いておられるので、「導出式がわかっていれば、
こんな質問は出ない筈なんだけどな?」と疑問が出て、回答をためらいました。
導出式がわかっている方に、上記の説明は余分なことだったかな、とも思っています。
できれば、「どこまでわかっていて、どこからがわからないのか?」をはっきりさせる
ためにも、ご理解されたという「導出式」を書いておいていただけたら、もっと
スマートな回答が出来たのではないかと思っています。

なお、不明な点がありましたら、遠慮なく再質問してください。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
とても参考になるリンクですね。よく分かりました。

信号発生器の出力インピーダンス50Ωと書いてあって、1kHzぐらいならば、電圧を求めるならつなぐ機器の入力インピーダンスは大きいものを、電力の供給を求めるなら50Ωを、という認識でいいでしょうか

お礼日時:2009/10/29 01:00

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電気回路の初心者です。ネットのサイトで次のような説明を読みました。

入力インピーダンス(抵抗)が大きいと、電流があまり流れません。
電流があまり流れないと言う事は、半導体が作動するのにエネルギーが少なくてすむ (= 電圧降下が小さい) ということです。
作動エネルギーが少ないと、他の回路へエネルギー(電圧)を、振り分けることが出来きます。
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ところが出力インピーダンスの説明では、インピーダンスが大きいと自分自身でエネルギーを使ってしまう、つまり多くのエネルギーが必要だと言っています。どう考えればいいのでしょうか。
何か基本的なことが理解できていない気がしてストレスがたまっています。

電気回路の初心者です。ネットのサイトで次のような説明を読みました。

入力インピーダンス(抵抗)が大きいと、電流があまり流れません。
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作動エネルギーが少ないと、他の回路へエネルギー(電圧)を、振り分けることが出来きます。
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Aベストアンサー

こんにちは。
一生懸命お考えのようですね。
また、電池のモデルでほぼ到達できそうなところとお見受けします。

次のような説明ではいかがでしょうか。
ポイントは、「1Vを出力しようとして1Vとして受け取ってくれるかどうか。直列に入った”出力妨害抵抗”と並列に入った”入力妨害抵抗”が邪魔をする」

・まず、出力装置。出力装置は電池です。
 理想的な出力装置を考えましょう。これは電池(発電機)の一種と考えることができ、「0.5Vを出力すべき」「1Vを出力すべき」とき、それぞれその電圧が確実に出力されるべきでしょう。
出力に100オームの負荷抵抗をつないだとき(電流がそれぞれ5mA、10mAの弱い電流)はもちろん、負荷抵抗が1オームのとき(電流はそれぞれ500mA、1Aの大量の消費電流)
でもでも負けず、出力端子には正確に0.5V、1Vが現れるべきです。
ところが現実には、出力回路内に妨害抵抗が生じます。これは、内蔵電池と出力端子との間に、例えば1オームが「直列に」入っている状態です。
このような出力端子に負荷抵抗をつないでみましょう。
電池が正確に0.5V(又は1V)を発生しており、出力端子の向こう側に100オームの負荷抵抗をつないであるなら、妨害抵抗によってわずかに電圧が低下し、
出力端子電圧は0.495V(又は0.99V)となって端子電圧としては誤差が発生し、さらに負荷抵抗が1オームになると、出力端子の電圧は0.25V(0.5V)で、大幅に不正確になってしまいますね。
「出力インピーダンス」とは、単純には「正確な電圧を発生させる電池と出力端子との間に直列に入っている妨害抵抗」ということができます。

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所定の位置まで針を動かすことはご存知でしょう。
安物はコイルの巻き数が少ないので、大きく針を振るためにはたくさんの電流を流す必要がありますが、高価なもの(高感度)は、コイルの巻き数が多く、わずかな電流でも大きく振れます(感度が高い)。この延長で、理想的なアナログ電圧計とは、電流をまったく流さなくても針が大きく振れるものです。
このとき、理想的な電圧計と、安物の電圧計の違いは、「並列に入った妨害抵抗」と考えることができます。
理想的な電圧計はまったく電流が流れないのに、安物は大量に流れる。仮に1V表示するのに安物は1A流す必要があるとすると、抵抗値は1オームとなり、これは、理想的な電圧計に並列に1オームの抵抗を入れたのと同じになります。
 1Vを出力しようとする出力装置が理想的(直列の妨害抵抗が入っていない)なら、どちらの電圧計をつなごうが端子電圧は同じ1Vで、電圧計としても1Vを表示しますが、出力装置の中に1オームの妨害抵抗が直列に入っている場合(出力インピーダンス1オーム)、電圧計が理想的ならなら直列の妨害抵抗があっても電圧降下が生じないので1Vを表示しますが、安物の電圧計(又は等価的につくった、理想的な電圧計に1オームの並列妨害抵抗をつないだもの)では、大きな電圧降下が生じて出力(=入力)端子電圧は0.5Vとなってしまいます。

・・・ということで、「出力インピーダンス」とは「出力に直列の妨害抵抗」と考えれば理解しやすく、「入力インピーダンス」とは「入力に並列の妨害抵抗」であり、どちらか一方が理想的(「直列の妨害が0オーム」か、「並列の妨害が無限大オーム」)ならば他方は理想的である必要はないが、現実には、どちらの妨害抵抗も存在する以上、「出力インピーダンスは小さく、入力インピーダンスは大きい」ほうが望ましいということになります。

(ご質問の中にある、”入力インピーダンスが大きいとエネルギーが少なくてすむ vs 出力インピーダンスが大きいとエネルギーがたくさん必要”の矛盾に関する疑問も、この「直列」と「並列」の関係ならご理解いただけるのではないでしょうか。)

なお、他の方から、「インピーダンスは必ずしも大きい(小さい)ほうが良いのではなく、マッチング(一致)が大切」という意見が出ていますが、これは次のように説明できます。
・「信号」は「情報」を送るので、基本的には”電圧だけが重要で、エネルギー(電力)は食わせたくない”。この前提では、上記の理想論のとおりであり、特に入力インピーダンスは無限大が良い。
・しかし、実際には、エネルギーが必要(アナログ電圧計でもバネをねじる仕事が必要)。したがって、どうしても一定量の電流を流す必要があり、入力インピーダンスを無限大にはできない。
このとき、ある法則により「出力インピーダンスと入力インピーダンスが一致したとき、入力側(受け取る側)に最大のエネルギーを与えることができる」という結果になっているので、両インピーダンスを一致させるのがいちばん良い
・さらに、別の法則から、高周波(高速で電圧が変動するので、長いケーブルにおいてはケーブルの場所によって電圧が異なる)においては、インピーダンスが一致しないと、「信号反射」等により波形が変形してしまうという結果になっている。

さてさて、すっかり長くなってしまいましたがいかがでしょうか。
お役に立てば幸いです。

こんにちは。
一生懸命お考えのようですね。
また、電池のモデルでほぼ到達できそうなところとお見受けします。

次のような説明ではいかがでしょうか。
ポイントは、「1Vを出力しようとして1Vとして受け取ってくれるかどうか。直列に入った”出力妨害抵抗”と並列に入った”入力妨害抵抗”が邪魔をする」

・まず、出力装置。出力装置は電池です。
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