その他

『出力インピーダンス』と『入力インピーダンス』とは?

スポンサーリンク


この記事では『出力インピーダンス』と『入力インピーダンス』について

  • 『出力インピーダンス』とは
  • 『入力インピーダンス』とは
  • 『出力インピーダンス』が低い方がよい理由
  • 『入力インピーダンス』が高い方がよい理由

を図を用いて説明しています。

以下の目次から各項目に飛べるようになっています。

出力インピーダンスと入力インピーダンス

出力インピーダンスと入力インピーダンス

上図は『電圧を出力する回路』と『電圧が入力される回路』をつなげた回路図となっています。

上図において、『電圧を出力する回路』に接続されている\(R_{OUT}\)を出力インピーダンス『電圧が入力される回路』に接続されている\(R_{IN}\)を入力インピーダンスといいます。

また、電圧源から出力される電圧を減衰させることなく伝えるためには、出力インピーダンスを低く入力インピーダンスを高くします。

ではこれから、『出力インピーダンス』、『入力インピーダンス』、『出力インピーダンスが低く、入力インピーダンスが高い方がよい理由』について詳しく説明していきます。

出力インピーダンスとは

出力インピーダンス

出力インピーダンスとは、『電圧を出力する回路』の出力端子側から見た時のインピーダンスです。電池の内部抵抗などが出力インピーダンスとなります。

例えば、上図の回路の場合、出力インピーダンス\(R_{OUT}\)は\(100{\mathrm{[{\Omega}]}}\)ということになります。

補足

  • 出力インピーダンスは英語では「Output Impedance」と書きます。
  • 様々な波形を出力することができるファンクションジェネレータと呼ばれる機器の出力インピーダンスは一般的には\(50{\mathrm{[{\Omega}]}}\)となっています。

入力インピーダンスとは

入力インピーダンス

入力インピーダンスとは、『電圧が入力される回路』の入力端子側から見た時のインピーダンスです。

例えば、上図の回路の場合、入力インピーダンス\(R_{IN}\)は\(1000{\mathrm{[{\Omega}]}}\)ということになります。

もう少し詳しく説明すると、『電圧が入力される回路』の入力端子側から見た時における「回路内部の抵抗的な要素(抵抗,コンデンサ,コイル,電線抵抗等)」をひっくるめたインピーダンスが入力インピーダンスとなります。

補足

  • 入力インピーダンスは英語では「Input Impedance」と書きます。
  • 入力インピーダンスは負荷インピーダンス(Load Impedance)外部インピーダンス(External Impedance)とも呼ばれています。
  • 電子機器の入力インピーダンスが\(1000{\mathrm{[{\Omega}]}}\)と書いてあれば、イメージ的には、その機器の入力端子が\(1000{\mathrm{[{\Omega}]}}\)の抵抗でGNDに接続されていると考えてください。

出力インピーダンスが低く、入力インピーダンスが高い方がよい理由

一般的には、出力インピーダンスが低く入力インピーダンスが高いほど良くなります。次にその理由について説明します。

出力インピーダンスが低い方がよい理由

出力インピーダンスが低い方がよい理由

出力インピーダンスが低いほど、『電圧源の電圧』と『電圧が入力される回路』に印加される電圧の差が小さくなります。そのため、出力インピーダンスはなるべく低い方が良いのです。

もう少し詳しく

例えば、上図に示すように、『\(100{\mathrm{[V]}}\)の電圧を出力する回路』と『電圧が入力される回路(入力インピーダンス\(R_{IN}=1000{\mathrm{[{\Omega}]}}\))』をつなげた回路を考えます。

この時、出力インピーダンス\(R_{OUT}\)が『\(1{\mathrm{[{\Omega}]}}\)(低い)』と『\(1000{\mathrm{[{\Omega}]}}\)(高い)』の時に、『電圧が入力される回路』にどれくらいの電圧を印加されるのかを考えてみましょう。

  • 出力インピーダンス\(R_{OUT}\)が『\(1{\mathrm{[{\Omega}]}}\)(低い)』の時
  • 『電圧が入力される回路』には以下の電圧\(V\)が印加されます。

    \begin{eqnarray}
    V=\frac{R_{IN}}{R_{OUT}+R_{IN}}=\frac{1000}{1+1000}{\approx}99.9{\mathrm{[V]}}
    \end{eqnarray}

  • 出力インピーダンス\(R_{OUT}\)が『\(1000{\mathrm{[{\Omega}]}}\)(高い)』の時
  • 『電圧が入力される回路』には以下の電圧\(V\)が印加されます。

    \begin{eqnarray}
    V=\frac{R_{IN}}{R_{OUT}+R_{IN}}=\frac{1000}{1000+1000}=50{\mathrm{[V]}}
    \end{eqnarray}

このように、出力インピーダンスが低いほど、出力インピーダンスでの電圧降下が小さくなり、『電圧源の電圧』と『電圧が入力される回路』に印加される電圧の差が小さくなります。

ゆえに、出力インピーダンスが低い方が良いのです。

入力インピーダンスが高い方がよい理由

入力インピーダンスが高い方がよい理由

入力インピーダンスが低いほど、『電圧源の電圧』と『電圧が入力される回路』に印加される電圧の差が小さくなります。そのため、入力インピーダンスはなるべく高い方が良いのです。

もう少し詳しく

例えば、上図に示すように、『\(100{\mathrm{[V]}}\)の電圧を出力する回路(出力インピーダンス\(R_{OUT}=100{\mathrm{[{\Omega}]}}\))』と『電圧が入力される回路』をつなげた回路を考えます。

この時、入力インピーダンス\(R_{IN}\)が『\(1{\mathrm{[{\Omega}]}}\)(低い)』と『\(10000{\mathrm{[{\Omega}]}}\)(高い)』の時に、『電圧が入力される回路』にどれくらいの電圧を印加されるのかを考えてみましょう。

  • 入力インピーダンス\(R_{IN}\)が『\(1{\mathrm{[{\Omega}]}}\)(低い)』の時
  • 『電圧が入力される回路』には以下の電圧\(V\)が印加されます。

    \begin{eqnarray}
    V=\frac{R_{IN}}{R_{OUT}+R_{IN}}=\frac{1}{100+1}{\approx}0.99{\mathrm{[V]}}
    \end{eqnarray}

  • 入力インピーダンス\(R_{IN}\)が『\(10000{\mathrm{[{\Omega}]}}\)(高い)』の時
  • 『電圧が入力される回路』には以下の電圧\(V\)が印加されます。

    \begin{eqnarray}
    V=\frac{R_{IN}}{R_{OUT}+R_{IN}}=\frac{10000}{100+10000}{\approx}99.0{\mathrm{[V]}}
    \end{eqnarray}

このように、入力インピーダンスが低いほど、出力インピーダンスでの電圧降下が小さくなり、『電圧源の電圧』と『電圧が入力される回路』に印加される電圧の差が小さくなります。

ゆえに、入力インピーダンスが高い方が良いのです。

ロー出し、ハイ受け

『電圧を出力する回路』の出力インピーダンスを低くし、『電圧が入力される回路』の入力インピーダンスを高くすることを、「ロー出し、ハイ受け」を呼びます。

出力インピーダンスと入力インピーダンスは単なる抵抗ではない

今までの説明では、簡潔に説明するために、出力インピーダンスと入力インピーダンスはシンプルな抵抗として考えていました。そのため、回路図でも抵抗の記号で描いています。

しかし、出力インピーダンスと入力インピーダンスはシンプルな抵抗ではなく、電流を妨げる様々な要因をひっくるめたものとなっています。そのため、電圧源が交流電圧を出力する場合には、周波数によって、インピーダンスの大きさが変わったり、位相が変わったりします。

以上より、出力抵抗ではなく出力インピーダンス入力抵抗ではなく入力インピーダンスという表現を用いています。

この記事では、『電圧を出力する回路』の電圧源を直流電圧源で考えています。この電圧源は直流ではなく、様々な波形を出力する信号源でも構いません。

まとめ

この記事では『出力インピーダンス』と『入力インピーダンス』について、以下の内容を説明しました。

当記事のまとめ

  • 『出力インピーダンス』とは
  • 『入力インピーダンス』とは
  • 『出力インピーダンス』が低い方がよい理由
  • 『入力インピーダンス』が高い方がよい理由

お読み頂きありがとうございました。

当サイトでは電気に関する様々な情報を記載しています。当サイトの全記事一覧には以下のボタンから移動することができます。

全記事一覧

スポンサーリンク
スポンサーリンク

© 2020 Electrical Information Powered by AFFINGER5