임피던스 [impedance] 개념, 역할, 정합 정보통신기술사 단답형 정답

1. 임피던스의 개념

 - 임피던스는 주파수를 이용하는 회로에서의 저항의 개념임.

 - Z= V / I

 - 즉, 임피던스는 주파수와 무관한 저항 R에, 주파수 개념이 포함된 저항소자인 L(인덕턴스, INDUCTANCE)과 C(컨덕턴스, CONDUCTANCE)에 대한 개념이 포한된 보다 큰 개념의 저항임.

 - 임피던스는 음향학, 전파, 전기 회로 등에서 널리 사용되는 용어로서, 어떤 매질에서 파동의 전파(propagation)을 방해

하거나, 어떤 도선 및 회로에서 전기의 흐름을 방해하는 정도를 나타낸다. 임피던스는 매체의 고유한 특성이며, 서로 른 임피던스를 가진 매질의 경계면에서 반사가 일어난다. 개관적인 의미는 하나이지만 실제로 정의하는 방법은 실체에 따라 여러 가지가 있다. 전기 관련으로는, RLC 회로의 교류전압과 전류의 크기 비에 해당하는 온저항 또는 임피던스, 송전선의 전류 전달과 관련된 특성 임피던스 등이 있으며, 그 밖에 음향이나 전자기파 진행 관련하여 파동 임피던스도 있다.

 

2. 임피던스의 역할

 - 임피던스의 역할은 크게 보면 저항과 마찬가지로 소모와 저장, 부하의 3가지 역할로 나눌 수 있음.

 - 도선을 따라 전류가 흐를 때, 주파수와 구조에 따라 자기장으로 에너지가 축적되는 인덕턴스(L)나 전기장으로 에너지가 축적되는 커패시턴스(C)로 에너지가 축적되면 외부에서 보기에 에너지가 사라져서 마치 소모된 것처럼 보임.ㅣ

 - 물론 실제 소모되는 경우도 있지만, 대체로 축적 후에 교류상황에 맞게 에너지가 재활용되게 함.

 - 바로 이렇게 교류저항상 소자들로 인해 주파수에 따라 임피던스가 다르고, 이러한 것을 이용하여 부하(LOAD)를 조절할 수도 있음. 

 - Z = R + jwL + 1/jwC

 - 임피던스는 대역폭과도 관계되는데 대역폭이 좁으면 엄피던스가 커지고, 대역폭이 넓으면 상대적으로 임피던스가 작아지게 됨.

 

3. 임피던스 정합

 - 임피던스 매칭 또는 정합이란 어떤 하나의 출력단과 입력단을 연결할 때, 서로 다른 두 연결달의 임피던스 차에 의한 반사를 줄이려는 모든 방법을 임피던스 매칭이라 부름.

 - 보통은 두 개의 연결단 사이에 별도의 매칭단(matching unit)을 삽입하여 두 연결단 사이의 임피던스 차이를 보정해 줌.

 - 적절한 load가 걸리도록 입력단과 출력단의 임피던스를 정했을 때, 그것이 다른 회로단과 연결될 때 연결부위의 load(임피던스)가 다르면 신호의 반사(reflectino)이 발생하게 됨.

 - 임피던스 매칭이란 결국 임피던스가 다름으로 인한 반사손실을 최호화하기 위해, 중간에 양쪽 임피던스를 중재할 수 있는 그 무언가를 넣는 것임.

 - 임피던스 정합이 되면 부하에 최대전력이 전달되는데, 최대전력전달이라는 개념은 손실없이 신호를 흐르게 하겠다는 의미로 Amp 이 외의 경우에 주로 사용되는 개념이고, Amp에서의 임피던스 매칭단은 그림에서 처럼 임피던스 변환기(impedance transformer)의 의미가 강함.

- 그러므로 무조건 최대전력전달을 꾀하기 보다는 목적에 맞게 잡음, 최대출력전달 등에 최적화된 임피던스를 찾는 것이 최대전력을 전달하는 방법임.

- 즉, 임피던스 매칭을 한다는 것은 서로 다른 임피던스 간에 들어갈 소자 값을 결정하고 찾는 과정을 의미하는 것임.