| หน้าแรก | สารบัญ | โครงงาน | การประกอบ | การบัดกรี | เรียนอิเล็กทรอนิกส์ | อุปกรณ์ | 555 | สัญลักษณ์ | ถามบ่อยๆ | ลิ้งค์ที่น่าสนใจ | กลับไอซีอี |
Electronicsหากจะมีส่วนให้ความรู้ให้ประโยชน์ต่อท่านบ้าง ติชม เสนอแนะ ถามปัญหา ได้ที่ บอร์ดอิเล็คทรอนิคส์เบื้องต้น กรุณาลงทะเบียนสมาชิกด้วยจะขอบคุณยิ่ง

 

อิมพีแดนซ์และรีแอคแตนซ์
(Impedance and Reactance)

อิมพีแดนซ์ | รีแอคแตนซ์ | อินพุทอิมพีแดนซ์ | เอาท์พุทอิมพีแดนซ์ | การแบ่งแรงดัน

หน้าต่อไป: วงจรเวลา555 และ 556
ควรดู: ความจุ | ความต้านทาน | กฎของโอห์ม | การแบ่งแรงดัน ด้วย

อิมพีแดนซ์ (Impedance)

อิมพีแดนซ์, Z =  V
 I
ความต้านทาน, R =  V
 I
V = แรงดัน หน่วยโวลท์ (V)
I  = กระแส หน่วยแอมป์ (A)
Z = อิมพีแดนซ์ หน่วยโอห์ม (ohm)
R = ความต้านทาน หน่วยโอห์ม (ohm)
อิมพีแดนซ์ (สัญลักษณ์ Z) คือค่ารวมทั้งหมดที่ต้านกระแสในวงจร   หรืออาจเรียกว่าเป็นสิ่งทั้งหมดในวงจรที่ขวาง (impedes)การไหลของกระแส  มันคล้ายกับความต้านทานแต่กไม่เหมือน ทีเดียวเพราะต้องคำนึงถึงผลกระทบของความจุและการเหนี่ยวนำด้วย   อิมพีแดนซ์มีหน่วยวัดเป็นโอห์ม   สัญลักษณ์คือ ohm

อิมพีแดนซ์มีความซับซ้อนมากกว่าความต้านทาน เพราะหากความถี่ของกระแสที่ไหลผ่านวงจรเปลี่ยนแปลง จะมีผลต่ออิมพีแดนซ์ของตัวความจุและตัวเหนี่ยวนำ หรืออาจกล่าวได้ว่า
ค่า อิมพีแดนซ์เปลี่ยนแปลงตามความถี่!  แต่การเปลี่ยนแปลงความถี่จะไม่มีผลกระทบต่อตัวต้านทานแต่อย่างใด

คำว่า 'อิมพีแดนซ์'มักถูกใช้บ่อยกับวงจรง่ายๆซึ่งไม่มีตัวความจุหรือความเหนี่ยวนำ(ซึ่งก็ไม่ผิดอะไร) ตัวอย่างเช่น เมื่อกล่าวถึง 'อินพุทอิมพีแดนซ์' หรือ 'เอาท์พุทอิมพีแดนซ์' ของวงจร ซึ่งอาจจะทำให้เกิดความสับสนสำหรับผู้ที่เิ่ริ่มศึกษาอิเล็กทรอนิกส์  แต่ก็ให้นึกเสียว่าอิมพีแดนซ์เป็นเพียงอีกคำหนึ่งที่เรียกความต้านทาน

มีปริมาณทางไฟฟ้าสี่ตัวที่เป็นสิ่งกำหนดอิมพีแดนซ์ (Z) ของวงจรคือ:
ความต้านทาน (R), ความจุ (C), ความเหนี่ยวนำ (L) และ ความถี่ (f).

อิมพีแดนซ์สามารถแยกเป็นสองส่วนคือ:

สำหรับรายละเอียดโปรดดูในส่วน รีแอคแตนซ์ ด้านล่าง

impedance ความจุและความเหนี่ยวนำทำให้เกิดการเคลื่อนเฟส(phase shift)* ระหว่างกระแสและแรงดัน ทำให้ความต้านทานและรีแอคแตนซ์ไม่สามารถรวมกันเป็นอิมพีแดนซ์ด้วย วิธีง่ายๆ  โดยต้องรวมกันทางเวคเตอร์ ซึ่งรีแอคแตนซ์จะตั้งฉากกับความต้านทานดังแสดงในรูป

* การเคลื่อนเฟส(Phase shift) หมายถึงกระแสและแรงดันไม่ก้าวไปพร้อมกัน ให้ลองนึกถึงการประจุของตัวเก็บประจุ  เมื่อแรงดันคร่อมตัวเก็บประจุเป็นศูนย์ กระแสจะสูงสุด แต่เมื่อตัวเก็บประจุได้ประจุและได้ค่าแรงดันสูงสุด  กระแสก็จะต่ำสุด  การประจุและคลายประจุเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องสลับกันโดยกระแสจะถึงค่าสูงสุดก่อนแรงดันถึงค่าสูงสุด เราจึงเรียกว่ากระแสนำหน้าแรงดัน


รีแอคแตนซ์  X

รีแอคแตนซ์ (สัญลักษณ์ X) เป็นค่าตัวที่ต้านกระแสของความจุและความเหนี่ยวนำ  ค่ารีแอคแตนซ์เปลี่ยนแปลงตามความถี่ของสัญญาณไฟฟ้า และมีหน่วยการวัดเป็นโอห์ม สัญลักษณ์ ohm

รีแอคแตนซ์มีสองชนิดคือ: รีแอคแตนซ์ความจุ (Xc) และรีแอคแตนซ์ความเหนี่ยวนำ (XL).

รีแอคแตนซ์ทั้งหมด (X) คือผลต่างระหว่างรีแอคแตนซ์ทั้งสองคือ:    X = XL - Xc


อินพุทอิมพีแดนซ์ ZIN

input impedance อินพุทอิมพีแดนซ์ (ZIN) เป็นอิมพีแดนซ์ที่มองเข้าไปโดยสิ่งที่ต่อกับอินพุทของวงจรหรืออุปกรณ์ (เช่นเครื่องขยาย) อินพุทอิมพีแดนซ์เป็นผลรวมทั้งหมดของความต้านทาน ความจุและความเหนียวนำ ซึ่งต่อกับอินพุทด้านในของวงจร หรืออุปกรณ์

โดยปกติเราจะใช้คำว่า 'อินพุทอิมพีแดนซ์' เป็นกรณีทั่วไปแม้ว่าจะมีแต่ความต้านทานในวงจร  และก็สามารถใช้คำว่า 'ความต้านทานอินพุท' แทนได้  ซึ่งความจริงก็สมเหตุสมผลถ้าที่จะเข้าใจว่า อินพุทอิมพีแดนซ์ก็เป็นเพียงความต้านทานที่สัญญาณอินพุทมีความถี่ต่ำ (ต่ำกว่า 1kHz)

การที่ความถี่มีผลต่อความจุและความเหนี่ยวนำ จึงทำให้อินพุทอิมพีแดนซ์มีค่าเปลี่ยนแปลงไปตามความถี่ โดยทั่วไป ผลต่อความจุและความเหนี่ยวนำจะมีความสำคัญที่สุด ที่ความถี่สูงๆ

ปกติ อินพุทอิมพีแดนซ์จะต้องสูง อย่างน้อยเป็นสิบเท่าของเอาท์พุทอิมพีแดนซ์ของวงจร (หรืออุปกรณ์)ที่ป้อนสัญญาณเข้าอินพุท  ทั้งนี้เพื่อให้แน่ใจว่าอินพุทไม่โอเว่อร์โหลดแหล่ง กำเนิดสัญญาณซึ่งจะทำให้ขนาดสัญญาณถูกลดลง


เอาท์พุทอิมพีแดนซ์ ZOUT

output impedance
วงจรสมมูลของเอาท์พุทใดๆ
เอาท์พุทของวงจรหรืออุปกรณ์เทียบได้กับเอาท์พุทอิมพีแดนซ์(ZOUT)อนุกรมกับแหล่งจ่ายแรงดัน(VSOURCE) ซึ่งเรา เรียกว่าวงจรสมมูล(equivalent circuit) และมันแสดงแทน ผลรวมทั้งหมดของ แหล่งกำเนิดแรงดัน ความต้านทาน ความจุ และความเหนี่ยวนำ ที่ต่อกับเอาท์พุทภายในวงจรหรืออุปกรณ์ และพึงรู้ว่า VSOURCE ไม่ใช่แหล่งจ่ายไฟ Vs

โดยปกติเราจะใช้คำว่า 'เอาท์พุทอิมพีแดนซ์' เป็นกรณีทั่วไปแม้ว่าจะมีแต่ความต้านทานในวงจร  และก็สามารถใช้คำว่า 'ความต้านทานเอาท์พุท' แทนได้ ซึ่งความจริงก็สมเหตุสมผลที่จะเข้าใจว่า เอาท์พุทอิมพีแดนซ์ก็เป็นเพียงความต้านทานที่สัญญาณเอาท์พุทมีความถี่ต่ำ (ต่ำกว่า1kHz)

การที่ความถี่มีผลต่อความจุและความเหนี่ยวนำ จึงทำให้เอาท์พุทอิมพีแดนซ์มีค่าเปลี่ยนแปลงไปตามความถี่ โดยทั่วไป ผลต่อความจุและความเหนี่ยวนำจะมีความสำคัญที่สุด ที่ความถี่สูงๆ

ปกติ เอาท์พุทอิมพีแดนซ์จะต้องมีค่าต่ำ คือน้อยกว่าอิมพีแดนซ์ของโหลดที่ต่อกับเอาท์พุทเป็นสิบเท่า  หากเอาท์พุทอิมพีแดนซ์ค่อนข้างสูงมันจะไม่สามารถป้อน สัญญาณที่
แรงเพียงพอให้โหลด เพราะแรงดันของสัญญาณจะสูญเสียมากภายในวงจรขับกระแสผ่านเอาท์พุทอิมพีแดนซ์  ZOUT    ตัวโหลดสามารถเป็นอุปกรณ์เดี่ยว หรืออินพุทอิมพีแดนซ์
ของวงจรอื่นก็ได้  ลักษณะของเอาท์พุทอิมพีแดนซ์และโหลดสามารถเกิดขึ้นได้ 3 กรณีคือ
output impedance and load
โหลดอาจเป็นอุปกรณ์ชิ้นเดียวหรือ
อินพุทอิมพีแดนซ์ของวงจรอื่น

       -  เอาท์พุทอิมพีแดนซ์ต่ำกว่า  ZOUT << ZLOAD
 VSOURCE ส่วนใหญ่จะปรากฎคร่อมโหลด  จะมีการสูญเสียแรงดันขับกระแสผ่านเอาท์พุทอิมพีแดนซ์น้อยมาก  ปกติวิธีนี้เป็นวิธีที่ดีที่สุด

      -  อิมพีแดนซ์เข้าคู่กัน  ZOUT = ZLOAD
ครึ่งหนึ่งของ VSOURCE ปรากฎตกคร่อมโหลด และอีกครึ่งหนึ่งสูญเสียในการขับกระแสผ่านเอาท์พุทอิมพีแดนซ์ วิธีนี้มีประโยชน์ในบางสถานการณ์ (เช่นอย่างเครื่องขยายเสียงขับลำโพง) เพราะมันสามารถส่งกำลังงานสูงสุด ไปยังโหลด  แต่พึงระลึกว่ากำลังงานอีกครึ่งหนึ่งต้องสูญเสียไปกับการขับกระแสผ่านZOUT ทำให้มีประสิทธิภาพ เพียง 50%.

      - เอาท์พุทอิมพีแดนซ์สูงกว่า  ZOUT >> ZLOAD
มีเพียงส่วนน้อยที่ปรากฎตกคร่อมโหลด  แทบทั้งหมดจะสูญเสียในการขับกระแสผ่านเอาท์พุทอิมพีแดนซ์      วิธีนี้ไม่เป็นที่น่าพอใจ



ความต้านทานเอาท์พุทของตัวแบ่งแรงดัน

voltage divider circuit
ตัวแปลงแรงดัน
voltage divider output impedance
วงจรสมมูลของตัวแปลงแรงดัน
voltage divider with an LDR at bottom
ตัวแปลงแรงดัน LDR
การแบ่งแรงดัน มีใช้อย่างกว้างขวางในอิเล็กทรอนิกส์ เช่น การต่อตัวแปลงอย่าง LDR เข้าทางอินพุท

เพื่อให้ประสบผลสำเร็จ  เอาท์พุทอิมพีแดนซ์ของตัวแบ่งแรงดันจะต้องน้อยกว่าอินพุทอิมพีแดนซ์ของวงจรที่ต่อเข้า ในทางอุดมคติเอาท์พุทอิมพีแดนซ์ต้องน้อยกว่าอินพุทอิมพีแดนซ์ เป็นสิบเท่า

ในวงจรสมมูลของตัวแบ่งแรงดัน เอาท์พุทอิมพีแดนซ์เป็นเพียงความต้านทานเราจึงสามารถใช้คำว่า'ความต้านทานเอาท์พุท'  โดย ROUT มีค่าเท่ากับความต้านทานสองตัว(R1 และ R2) 
ต่อกัน แบบขนาน:

 
  เอาท์พุทอิมพีแดนซ์,  ROUT =  R1  R2  
 R1 + R2

แหล่งจ่ายแรงดัน VSOURCE ในวงจรสมมูลคือค่าแรงดันเอาท์พุท Vo เมื่อไม่มีอะไรต่อกับเอาท์พุท(และจึงไม่มีกระแสเอาท์พุท) ลักษณะนี้เราเรียกว่าแรงดัน'วงจรเปิด'

 
  แหล่งแรงดัน,  VSOURCE  Vs R2  
 R1 + R2

ในตัวแบ่งแรงดัน  ตัวต้านทานตัวหนึ่งก็คือ อินพุทของตัวแปลง เช่นตัว LDR  ดังนั้นเมื่อความต้านทานของตัวแปลง เปลี่ยนแปลงจะทำให้ทั้ง VSOURCE และ ROUT เปลี่ยนไปด้วย  เพื่อ
ตรวจสอบ ROUT ต่ำพอหรือไม่เราจะต้องลองหาค่าสูงสุดที่เกิดขึ้นเมื่อตัวแปลงมีความต้านทานสูงสุด(มันจะมีผลเมื่อไหร่ก็ตามที่ตัวแปลงถูกต่อเข้ากับตัวแบ่งแรงดัน)

ตัวอย่าง : หาก R1 = 10kohm และ R2 คือตัว LDR มีความต้านทานสูงสุด 1Mohm, ROUT = 10k  1M / (10k + 1M) = 9.9kohm (ประมาณ 10kohm)  นั่นคือโหลดหรือความต้านทานอินพุทที่จะมาต่ออย่างน้อยต้อง 100kohm.

 


หน้าต่อไป: วงจรเวลา555 และ 556| เรียนรู้อิเล็กทรอนิกส์

ไอซีอีแปลและเรียบเรียง เพื่อเผยแพร่สำหรับคนไทย ผู้ที่มีอิเล็กทรอนิกส์ในหัวใจ ขอขอบคุณ Mr. James Hewes