入力インピーダンス

電気工学において、電気ネットワークの入力インピーダンスは、電源ネットワークの外部にある負荷ネットワークまたは回路への電流 ( インピーダンス ) に対する静的 ( 抵抗 ) および動的 ( リアクタンス )の両方の抵抗の尺度です。入力アドミタンス(インピーダンスの逆数) は、負荷ネットワークの電流を引き込む傾向の尺度です。電源ネットワークは電力を送信するネットワークの部分であり、負荷ネットワークは電力を消費するネットワークの部分です。

オシロスコープのような電気特性測定器の場合、測定器は測定対象となる電気回路（電源回路）に対する負荷回路となるため、入力インピーダンスは測定対象となる回路から見た測定器のインピーダンスとなります。

負荷ネットワークを、出力インピーダンスが負荷ネットワークの入力インピーダンスに等しいデバイスに置き換えた場合 (等価回路)、接続点の観点から見ると、ソース負荷ネットワークの特性は同じになります。したがって、入力端子間の電圧と入力端子を流れる電流は、選択した負荷ネットワークと同じになります。

したがって、負荷の入力インピーダンスとソースの出力インピーダンスによって、ソース電流と電圧がどのように変化するかが決まります。

電気回路網のテブナンの等価回路では、入力インピーダンスの概念を使用して等価回路のインピーダンスを決定します。

入力インピーダンスを回路の負荷に、出力インピーダンスを信号源と直列に接続して、入力端子間で等価な特性を持つ回路を作成すると、オームの法則を使用して伝達関数を計算できます。

入力インピーダンスと出力インピーダンスの値は、ネットワークを複数のステージに分割し、各ステージ間の相互作用の効率を個別に評価することで、ネットワークの電気効率を評価するためによく使用されます。電気損失を最小限に抑えるには、信号の出力インピーダンスが、接続されているネットワークの入力インピーダンスと比較して重要でないようにする必要があります。ゲインは、入力インピーダンスと総インピーダンス（入力インピーダンス + 出力インピーダンス）の比率に等しいためです。この場合、

${\displaystyle Z_{in}\gg Z_{out}}$（または）${\displaystyle Z_{L}\gg Z_{S}}$

駆動段（負荷）の入力インピーダンスは、駆動段（ソース）の出力インピーダンスよりもはるかに大きくなります。

電力を運ぶAC回路では、インピーダンスの無効成分による導体のエネルギー損失が大きくなる可能性があります。これらの損失は位相不均衡と呼ばれる現象として現れ、電流が電圧と位相がずれる (遅れたり進んだりする) 状態になります。したがって、電流と電圧の積は、電流と電圧が同位相の場合よりも小さくなります。DC 電源では無効回路は影響を及ぼさないため、力率補正は必要ありません。

理想的なソース、出力インピーダンス、および入力インピーダンスを使用してモデル化される回路の場合、回路の入力リアクタンスは、ソースの出力リアクタンスの負の値になるようにサイズ設定できます。このシナリオでは、入力インピーダンスのリアクタンス成分が、ソースの出力インピーダンスのリアクタンス成分をキャンセルします。結果として得られる等価回路は、本質的に純粋に抵抗性であり、ソースまたは負荷の位相不均衡による損失はありません。

${\displaystyle {\begin{aligned}Z_{in}&=Xj\operatorname {Im} (Z_{out})\\\end{aligned}}}$

最大電力伝送の条件は、与えられた電源に対して、電源の抵抗が負荷の抵抗と等しく、リアクタンスを相殺することによって力率が修正されたときに、最大電力が伝送されるというものです。これが起こると、回路は信号インピーダンスに複素共役整合していると言われます。これは電力伝送を最大化するだけであり、回路の効率を最大化するわけではないことに注意してください。電力伝送が最適化されると、回路は 50% の効率でのみ動作します。

複素共役マッチングの式は

${\displaystyle {\begin{aligned}Z_{in}&=Z_{out}^{*}\\&=\left\vert Z_{out}\right\vert e^{-j\Theta _{out}}\\&=\operatorname {Re} (Z_{out})-j\operatorname {Im} (Z_{out}).\\\end{aligned}}}$

無効成分がない場合、の虚数部がゼロになるため、この式は のように簡略化されます。 ${\displaystyle Z_{in}=Z_{out}}$${\displaystyle Z_{out}}$

伝送線路の特性インピーダンスが負荷ネットワークのインピーダンスと一致しない場合、負荷ネットワークはソース信号の一部を反射します。これにより、伝送線路上に定在波が発生する可能性があります。反射を最小限に抑えるには、伝送線路の特性インピーダンスと負荷回路のインピーダンスが等しい（または「一致している」）必要があります。インピーダンスが一致する場合、接続は整合接続と呼ばれ、インピーダンス不整合を修正するプロセスはインピーダンス整合と呼ばれます。均質伝送線路の特性インピーダンスは形状のみに基づいているため一定であり、負荷インピーダンスは個別に測定できるため、整合条件は負荷の配置（伝送線路の前または後）に関係なく保持されます。 ${\displaystyle Z_{line}}$${\displaystyle Z_{in}}$

${\displaystyle Z_{in}=Z_{line}}$

現代の信号処理では、オペアンプなどのデバイスは、その入力に接続されたソースデバイスの出力インピーダンスよりも数桁高い入力インピーダンスを持つように設計されています。これは、インピーダンスブリッジングと呼ばれます。これらの回路の入力インピーダンス（損失）による損失は最小限に抑えられ、アンプの入力の電圧は、アンプ回路が接続されていない場合の電圧に近くなります。入力インピーダンスによって信号が大幅に劣化する可能性のあるデバイスを使用する場合、その影響を最小限に抑えるために、入力インピーダンスが高く出力インピーダンスが低いデバイスがよく使用されます。 これらの影響には、電圧フォロワやインピーダンス整合トランスがよく使用されます。

高インピーダンス増幅器（真空管、電界効果トランジスタ増幅器、オペアンプなど）の入力インピーダンスは、多くの場合、並列の抵抗（たとえば、2.2 MΩ ≒ 1 pF）として指定されます。高入力インピーダンス用に設計されたプリアンプは、入力での有効ノイズ電圧がわずかに高くなる可能性があります（有効ノイズ電流は低くなります）。そのため、特定の低インピーダンス源用に設計された増幅器よりもノイズがわずかに多くなりますが、一般に、比較的低インピーダンスの源構成の方がノイズ（特に電源ハム）に対する耐性が高くなります。   

伝送ラインの端でのインピーダンス不整合によって発生する信号反射により、歪みが生じ、駆動回路に損傷を与える可能性があります。

アナログ ビデオ回路では、インピーダンスの不一致により「ゴースト」が発生することがあります。ゴーストとは、主画像の時間遅延エコーが、弱いずれた画像 (通常は主画像の右側) として表示される現象です。HD ビデオなどの高速デジタル システムでは、反射によって干渉が発生し、信号が破損する可能性があります。

不整合によって生じる定在波は、通常よりも高い電圧の周期的な領域です。この電圧がラインの絶縁材料の絶縁破壊強度を超えると、アークが発生します。これにより、高電圧の反応性パルスが発生し、送信機の最終出力段が破壊される可能性があります。

RF システムでは、ラインインピーダンスと終端インピーダンスの一般的な値は50 Ωと75 Ωです。

無線周波数電力システムの電力伝送^{[説明が必要]を最大化するには、}送信機の出力から伝送線路（平衡ペア、同軸ケーブル、または導波管）を通り、インピーダンス整合装置と放射素子で構成されるアンテナシステムまで、電力チェーン全体で回路を複素共役整合する必要があります。

• 出力インピーダンス
• 減衰係数
• 電圧分割器
• ダミーロード

• エレクトロニクスの芸術、ウィンフィールド・ヒル、ポール・ホロウィッツ、ケンブリッジ大学出版局、ISBN  0-521-37095-7
• 「正常人の大動脈入力インピーダンス：圧力波形との関係」、JP Murgo、N Westerhof、JP Giolma、SA Altobelli pdf
• インピーダンスとインピーダンス整合の重要性に関する優れた入門書は、MH Jones 著「電子回路の実践入門」（ケンブリッジ大学出版、ISBN 0-521-31312-0）にあります。 

• 減衰係数とインピーダンスブリッジの減衰の計算
• 2 つのオーディオ ユニットの相互接続 - 入力インピーダンスと出力インピーダンス
• インピーダンスとリアクタンス
• 入力インピーダンス測定