怎樣理解阻抗匹配

1、怎樣理解阻抗匹配來源： EMCCHINA.ORG 中國電磁兼容網(wǎng) | 作者： | 發(fā)布時間： 2008-07-15 00:36:07 | 瀏覽： 521次【 字體：大 中 小】阻抗匹配是指信號源或者傳輸線跟負載之間的一種合適的搭配方式。 阻抗匹配分為低頻和高 頻兩種情況討論。我們先從直流電壓源驅(qū)動一個負載入手。 由于實際的電壓源， 總是有內(nèi)阻的 (請參看輸出阻抗一 問)，我們可以把一個實際電壓源，等效成一個理想的電壓源跟一個電阻 r 串聯(lián)的模型。假設負 載電阻為R,電源電動勢為 U ,內(nèi)阻為r,那么我們可以計算岀流過電阻R的電流為：匸U/(R+r),可以看出，負載電阻 R 越小，則輸出電流越大

2、。負載 R 上的電壓為： Uo=IR=U/1+(r/R) ，可以 看岀,負載電阻 R 越大,則輸岀電壓 Uo 越高。再來計算一下電阻 R 消耗的功率為：2 2 2 2 2P=I xR=U/(R+r) >R=U XR/(R +2 xRXr+r )2 2=U XR/(R-r) +4 XRXr2 2=U /(R-r) /R+4 Xr對于一個給定的信號源,其內(nèi)阻 r 是固定的,而負載電阻 R 則是由我們來選擇的。注意式中oo(R-r) /R ,當 R=r 時, (R-r) /R 可取得最小值 0,這時負載電阻 R 上可獲得最大輸岀功率 Pmax=U 2/(4 X。即，當負載電阻跟信號源內(nèi)阻相等時

3、，負載可獲得最大輸岀功率，這就是我們 常說的阻抗匹配之一 。對于純電阻電路,此結論同樣適用于低頻電路及高頻電路。當交流電路中含有容性或感性阻抗時， 結論有所改變，就是需要信號源與負載阻抗的的實部相等， 虛部互為相反數(shù)，這叫做共扼匹配。在低頻電路中，我們一般不考慮傳輸線的匹配問題，只考慮信號源跟負載之間的情況，因為低頻信號的波長相對于傳輸線來說很長，傳輸線可以看成是 “短線 ”，反射可以不考慮(可以這么理解：因為線短，即使反射回來，跟原信號還是一樣的)。從以上分析我們 可以得岀結論：如果我們需要輸岀電流大，則選擇小的負載R;如果我們需要輸岀電壓大，則選擇大的負載R;如果我們需要輸岀功率最大，則選

4、擇跟信號源內(nèi)阻匹配的電阻R。有時阻抗不匹配還有另外一層意思， 例如一些儀器輸岀端是在特定的負載條件下設計的， 如果負載條件改變了， 則可能達不到原來的性能，這時我們也會叫做阻抗失配。在高頻電路中，我們還必須考慮反射的問題。 當信號的頻率很高時，則信號的波長就很短， 當波 長短得跟傳輸線長度可以比擬時， 反射信號疊加在原信號上將會改變原信號的形狀。 如果傳輸線 的特征阻抗跟負載阻抗不相等（即不匹配） 時，在負載端就會產(chǎn)生反射。 為什么阻抗不匹配時會 產(chǎn)生反射以及特征阻抗的求解方法， 牽涉到二階偏微分方程的求解， 在這里我們不細說了， 有興 趣的可參看電磁場與微波方面書籍中的傳輸線理論。 傳輸線的

5、特征阻抗 （也叫做特性阻抗） 是由 傳輸線的結構以及材料決定的，而與傳輸線的長度，以及信號的幅度、頻率等均無關。例如，常用的閉路電視同軸電纜特性阻抗為75Q，而一些射頻設備上則常用特征阻抗為50Q的同軸電纜。另外還有一種常見的傳輸線是特性阻抗為300Q的扁平平行線，這在農(nóng)村使用的電視天線架上比較常見，用來做八木天線的饋線。因為電視機的射頻輸入端輸入阻抗為75Q，所以300 Q的饋線將與其不能匹配。實際中是如何解決這個問題的呢？不知道大家有沒有留意到，電 視機的附件中，有一個300Q到75Q的阻抗轉換器（一個塑料封裝的，一端有一個圓形的插頭的那個東東，大概有兩個大拇指那么大）。它里面其實就是一個

6、傳輸線變壓器，將300Q的阻抗，變換成75 Q的，這樣就可以匹配起來了。這里需要強調(diào)一點的是，特性阻抗跟我們通常理解的 電阻不是一個概念，它與傳輸線的長度無關，也不能通過使用歐姆表來測量。為了不產(chǎn)生反射， 負載阻抗跟傳輸線的特征阻抗應該相等， 這就是傳輸線的阻抗匹配。 如果阻抗不匹配會有什么不 良后果呢？如果不匹配， 則會形成反射， 能量傳遞不過去， 降低效率； 會在傳輸線上形成駐波 （簡 單的理解，就是有些地方信號強，有些地方信號弱），導致傳輸線的有效功率容量降低；功率發(fā) 射不出去， 甚至會損壞發(fā)射設備。 如果是電路板上的高速信號線與負載阻抗不匹配時，會產(chǎn)生震蕩，輻射干擾等。當阻抗不匹配時，

7、 有哪些辦法讓它匹配呢？第一， 可以考慮使用變壓器來做阻抗轉換， 就像上面 所說的電視機中的那個例子那樣。第二，可以考慮使用串聯(lián)/并聯(lián)電容或電感的辦法，這在調(diào)試射頻電路時常使用。第三，可以考慮使用串聯(lián)/并聯(lián)電阻的辦法。一些驅(qū)動器的阻抗比較低，可以串聯(lián)一個合適的電阻來跟傳輸線匹配， 例如高速信號線， 有時會串聯(lián)一個幾十歐的電阻。 而一 些接收器的輸入阻抗則比較高，可以使用并聯(lián)電阻的方法，來跟傳輸線匹配，例如，485 總線接 打沙收器，常在數(shù)據(jù)線終端并聯(lián) 120 歐的匹配電阻。為了幫助大家理解阻抗不匹配時的反射問題，我來舉兩個例子：假設你在練習拳擊 包。如果是一個重量合適的、硬度合適的沙包，你打上去會感覺很舒服。但是，如果哪一天我把沙包做了手腳， 例如，里面換成了鐵沙， 你還是用以前的力打上去， 你的手可能就會受不了了 這就是負載過重的情況，會產(chǎn)生很大的反彈力。相反，如果我把里面換成了很輕很輕的東西， 你 一出拳，則可能會撲空，手也可能會受不