テブナン終端

質問

テブナン終端について教えてください。
テブナン終端で入力端に配置する抵抗の消費電力について計算しています。
Ｖｃｃ、GNDにそれぞれ100Ωの抵抗を接続して終端しています。
(ICの出力インピーダンス50Ω、特性インピーダンスを50Ωと仮定)

この場合に終端抵抗の消費電力は、
出力インピーダンス50Ωを加味して計算するのが正しいのでしょうか。
それとも考えないないで計算するべきなのでしょうか。

そのほかに加味しなければならない値等ありましたら教えてください。
よろしくお願いいたします。

回答No.3

tance · ベストアンサー

ANo.2です。
お礼の計算はちょっと違うような・・・
信号がデューティ50%の矩形波ならより正確な計算も簡単です。

信号源の50Ωを計算に入れるのは、テブナン終端抵抗に加わる電圧を計算する上で不可欠だからです。信号源の50Ωを考慮しないと出力電圧の振幅も違ってくるため、当然ながら終端抵抗に加わる電圧も違ってくるからです。

具体的には、以下のようになります。
テブナン終端抵抗100ΩはVcc側もGND側も全く同じ条件になるので、片方だけ計算します。
（図を参照してください。）

テブナン終端抵抗100Ωにはクロックの半周期だけVccの3/4の電圧が掛かっています。
のこりの半周期はVccの1/4の電圧がかかっています。

そこでまず、3/4掛かっているときの電力を計算します。Vcc=2.5vなら、3/4*2.5V=1.875V ですから
電力は 1.875^2 / 100 = 0.0352W

次に、1/4掛かっているときの電力を計算します。1/4*2.5V=0.625Vですから
電力は 0.625^2 / 100 = 0.0039W

これらは同じ時間配分で加わります。また周波数が高いので、抵抗の温度はこの周期についていけません。
つまり、抵抗の平均電力が熱になるという考え方をします。
平均電力は 0.0352Wと0.0039Wの平均ですから 0.01955Wとなります。約20mWです。

0.1Wの抵抗なら十分なディレイティングで動作できます。

お礼

ご回答ありがとうございます。
図を見ながら再計算して理解することができました。
信号源の出力インピーダンスを含めて計算するのが初めてで、
うまく頭の中で整理できていませんでしたが
この考え方で他の回路も計算できそうです。

この回答をベストアンサーとさせて下さい。

回答No.2

tance

どのような信号かが書いてありませんが、信号の状態によって終端抵抗に加わる電圧が変わるはずです。
終端抵抗の電力を求めるのであれば、信号が最低電圧のときのVcc側の抵抗の端子間電圧を求め、
電力を計算すれば良いです。

逆に信号が最大電圧の時のGND側の抵抗の端子間電圧で、GND側抵抗の電力が計算できます。

ただし、信号の最大最小電圧が一瞬である場合は上記の計算は瞬時電力になります。
実際は平均電力（抵抗の温度に関係する電力）が問題になるはずなので、信号の平均電圧で計算
するのが実用的です。

厳密には、各抵抗（対Vcc , 対GND)に加わる電圧の実効値を計算（または実測）するのが正しい
やりかたですが、大抵の場合、これは大変ですので、信頼性としての電力計算なのであれば
安全率をかけて「平均電圧」で計算するのが実用的です。

信号のスピードが遅く、おなじ状態が秒～分のオーダーで続くような場合は実効値計算は不要で
一番最初に示した最大,最小電圧での計算が正しいものとなります。（要は抵抗の温度がどうなるか
という視点で考えます）

信号源の出力抵抗50Ωを考慮するべきかどうかという質問には、当然考慮するべき、というのが
答えです。「考慮」というのは最大や最小、実効値などの信号電圧を求めるときに考慮する、という
意味です。

お礼

ご回答ありがとうございます。
考えている信号はクロック（MHzオーダー)の信号になります。
この場合、Duty50%、最大電圧2.5V、最小電圧0Vと考えると、
Vcc側に印加される平均電圧は、
2.5[V]×0.5=1.25[V]
流れる電流は、
1.25[V]/100[Ω]=0.0125[A]
平均電力は、
1.25[V]×0.0125[A]=0.015625[W]
抵抗の定格電力を0.1Wとしてディレーティング50%と考えると、
0.1[W]×0.5=0.05[W]
平均電力と許容電力を比較すると、
0.015625[W]<0.05[W]
となり、条件は満たされます。
このような考え方でよろしいでしょうか。

信号源の出力抵抗50Ωもやはり考慮するのですね。
どのような場合に考えるべきかよくわかりませんでした。
最大、最小、実効値を求める際に考慮するようにします。

詳細に説明していただき、ありがとうございました。

回答No.1

TT414

消費電力は電源電圧とVccからGNDまでの抵抗100+100の200Ωで計算します。
終端抵抗のみの電力を計算すればいいのです。

お礼

ご回答ありがとうございます。

この終端の場合、ICの出力が2.5Vだった場合、
GND側の抵抗には、I=2.5/100=0.025[A]が流れないのでしょうか。
I=2.5/(100+100)=0.0125[A]がGND側の抵抗に流れると考えていいでしょうか。