امپدانس خروجی به مقاومت سنسور در برابر شارش جریان به سیگنال خروجی اشاره دارد. این پارامتر نشان دهنده مقاومت داخلی مدار خروجی حسگر که با امپدانس بار دستگاه یا سیستم گیرنده در تعامل است، میباشد.
امپدانس خروجی سنسور به مقاومت الکتریکی مدار خروجی سنسور اشاره دارد. این پارامتر یک ویژگی مهم است که باید هنگام ادغام سنسورها در یک سیستم الکترونیکی بزرگتر مورد توجه قرار گیرد.
امپدانس خروجی بر نحوه ارسال و دریافت سیگنال سنسور توسط سایر اجزای سیستم تأثیر میگذارد. امپدانس خروجی پایین به این معنی است که سنسور میتواند سیگنال قویتری را هدایت کند و میتواند ولتاژ یا جریان خروجی خود را به راحتی بدون تلفات قابل توجهی به مراحل بعدی مدار برساند.
از سوی دیگر، امپدانس خروجی بالا میتواند منجر به تخریب سیگنال شود، به ویژه هنگامی که به دستگاههای خارجی با امپدانس ورودی بالاتر متصل میشود. امپدانس خروجی بالا می تواند منجر به از دست دادن سیگنال، اعوجاج یا عدم دقت در فرآیند اندازه گیری یا کنترل نهایی شود.
یکی از مثالهای رایج این مسئله، استفاده از حسگرها در مبدلها یا مدارهای اندازه گیری است. اگر امپدانس خروجی سنسور نسبت به امپدانس ورودی تقویتکننده یا سیستم جمعآوری دادههای مربوطه زیاد باشد، میتواند سیگنال را تضعیف یا تغییر دهد، موجب ایجاد خطاهایی در سنسور شود و یا دقت کلی اندازهگیری را کاهش دهد.
انواع امپدانس خروجی سنسور
امپدانس خروجی پایین
بسیاری از سنسورهای مدرن، مانند سنسورهای الکترونیکی اکتیو(فعال) یا سنسورهایی با تقویت کنندههای داخلی، امپدانس خروجی پایینی دارند. امپدانس خروجی پایین به این معنی است که سنسور میتواند جریان نسبتا بالایی را بدون افت ولتاژ قابل توجهی به بار وارد کند.
امپدانس خروجی بالا
برخی از سنسورها، به ویژه سنسورهای پسیو (غیرفعال)، ممکن است امپدانس خروجی بالایی داشته باشند. امپدانس خروجی بالا به این معنی است که توانایی سنسور برای تامین جریان محدود است و در نتیجه هنگام اتصال به بار، افت ولتاژ بیشتری ایجاد میشود. در نظر گرفتن این امپدانس هنگام اتصال سنسور به دستگاه گیرنده با امپدانس ورودی بالا بسیار مهم است تا از افت یا اعوجاج سیگنال جلوگیری شود.
امپدانس خروجی متغیر
سنسورهای خاصی مانند سنسورهای خازنی مقاومتی متغیر یا خازنی متغیر، میتوانند بر اساس پارامتر اندازه گیری شده دارای امپدانس خروجی متغیر باشند. به عنوان مثال، در برخی از سنسورهای فشار، امپدانس خروجی ممکن است با سطوح مختلف فشار تغییر کند.
امپدانس مختلط
برخی از سنسورها، به ویژه آنهایی که از عناصر راکتیو مانند سنسورهای القایی یا خازنی استفاده می کنند، می توانند امپدانس مختلطی داشته باشند. این امپدانس از هر دو مولفه مقاومت و راکتانس تشکیل شده است که اغلب شامل اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان است. این نوع امپدانس نیاز به بررسی دقیق و استفاده از تکنیکهای تطبیق امپدانس برای اطمینان از انتقال صحیح سیگنال دارد.
امپدانس خروجی سنسور چگونه بر انتقال سیگنال تأثیر می گذارد؟
امپدانس خروجی یک سنسور نقش مهمی در انتقال سیگنال دارد. در اینجا بعضی از تاثیراتی که امپدانس میتواند بر انتقال سیگنال بگذارد را به طور مختصر بررسی میکنیم.
افت سیگنال
هنگامی که امپدانس خروجی یک سنسور به طور قابل توجهی بیشتر از امپدانس ورودی دستگاه گیرنده باشد، افت سیگنال میتواند رخ دهد، زیرا امپدانس خروجی بالا یک اثر تقسیم ولتاژ ایجاد میکند و باعث میشود بخشی از سیگنال به جای انتقال به دستگاه گیرنده در مقاومت داخلی سنسور کاهش یابد.
تضعیف
در مواردی که امپدانس خروجی با امپدانس ورودی دستگاه گیرنده مطابقت نداشته باشد، ممکن است تضعیف سیگنال رخ دهد. عدم تطابق باعث انعکاس و ایجاد تلفات عدم تطابق امپدانس میشود و در نتیجه سیگنال ضعیف یا مخدوش به گیرنده میرسد.
اعوجاج
امپدانس خروجی بالا میتواند به دلیل تعامل بین امپدانس منبع و امپدانس ورودی دستگاه گیرنده، باعث ایجاد اعوجاج سیگنال شود که این میتواند به صورت تغییر در دامنه، فاز یا پاسخ فرکانسی سیگنال بروز پیدا کند.
تداخل نویز
هنگامی که امپدانس خروجی بالا باشد، بیشتر مستعد تداخل نویز ناشی از منابع خارجی مانند میدانهای الکترومغناطیسی یا تشعشعات الکترومغناطیسی میشود. این تداخل میتواند کیفیت و دقت سیگنال ارسالی را کاهش دهد.
برای اطمینان از ارسال دقیق و مطمئن سیگنال، تطبیق حداکثری امپدانس خروجی سنسور با امپدانس ورودی دستگاه گیرنده مهم است. می توان از طریق تکنیکهای تطبیق امپدانس یا با استفاده از تقویت کنندهها یا مدارهای بافر برای کاهش امپدانس خروجی سنسور به این تطبیق امپدانس دست یافت.
چند تکنیک برای تطبیق امپدانس خروجی سنسور با امپدانس ورودی دستگاه گیرنده
تطبیق امپدانس خروجی یک سنسور با امپدانس ورودی یک دستگاه گیرنده برای به حداقل رساندن تلفات سیگنال و به حداکثر رساندن انتقال توان ضروری است. بعضی از تکنینکهای تطبیق امپدانس عبارتند از:
استفاده از شبکه تطبیق
یک شبکه انطباق، میتواند بین سنسور و دستگاه گیرنده اضافه شود. این شبکه امپدانس را برای مطابقت با مقادیر مورد نظر با استفاده از اجزای مجزا مانند مقاومتها، خازنها و سلفها تنظیم میکند.
ترانسفورماتورها
اگر عدم تطابق امپدانس قابل توجه باشد، میتوان از ترانسفورماتورها برای افزایش یا کاهش سطوح امپدانس استفاده کرد. ترانسفورماتورها میتوانند جداسازی الکتریکی و به همین ترتیب تطبیق امپدانس را فراهم کنند.
مدارهای تطبیق امپدانس
یکی دیگر از روشهای تطبیق امپدانس استفاده از مدارهای مجتمعی (IC) که به طور خاص برای اهداف تطبیق امپدانس طراحی شده اند میباشد. این آی سی ها اغلب چندین مؤلفه را در یک پکیج واحد ترکیب می کنند و فرآیند تطبیق را ساده می کنند.
تقویت کننده های بافر
تقویت کنندههای بافر را میتوان برای جداسازی سنسور از دستگاه گیرنده و ارائه یک منبع امپدانس خروجی کم که با امپدانس ورودی دستگاه گیرنده مطابقت دارد، استفاده کرد.
فیلترهای اکتیو
فیلترهای اکتیو را میتوان برای شکل دادن به پاسخ فرکانسی و مطابقت امپدانس به طور همزمان به کار برد. آنها میتوانند بهره و همچنین عملکرد تطبیق امپدانس خوبی ارائه دهند.
شبکه های مقاومتی
برای دستیابی به تطبیق امپدانس میتوان از چیدمان شبکههای مقاومت سری و موازی استفاده کرد. با انتخاب مقادیر مقاومت مناسب میتوان امپدانس خروجی سنسور را با امپدانس ورودی دستگاه گیرنده مطابقت داد.