什么是阻抗匹配-阻抗匹配是什么意思-.docx

1、什么是阻抗匹配?阻抗匹配是什么意思?阻抗匹配(impedance matching)信號源內(nèi)阻與所接傳輸線 的特性阻抗大小相等且相位一樣，或傳輸線的特性阻抗與所 接負載阻抗的大小相等且相位一樣，分別稱為傳輸線的輸入 端或輸出端處于阻抗匹配狀態(tài)，簡稱為阻抗匹配。否那么，便 稱為阻抗失配。有時也直接叫做匹配或失配。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，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(shè)負載電阻為R, 電源電動勢為U,內(nèi)阻為r

2、,那么我們可以計算出流過電阻R 的電流為：I=U/(R+r),可以看出，負載電阻R越小，那么輸 出電流越大。負載R上的電壓為：Uo=IR=U/l+(r/R),可 以看出，負載電阻R越大，那么輸出電壓U。越高。再來計算 一下電阻R消耗的功率為：P=I2 XR=U/(R+r) 2 XR=U2 XR/(R2+2 XRXr+r2)=U2XR/ (R-r) 2+4XRXr=U2/(R-r)2/R+4Xr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那么是由我們來選擇的。注意式中(R-r) 2/R,當R=r時, (R-r)2/R可取得最小值0,這時負載電阻R上可獲得最大 輸出功率Pmax=U2/(

3、4Xr)。即，當負載電阻跟信號源內(nèi)阻相 等時，負載可獲得最大輸出功率，這就是我們常說的阻抗匹 配之一。此結(jié)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(jié)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出結(jié)論：如果我們 需要輸出電流大，那么選擇小的負載R；如果我們需要輸出電 壓大，那么選擇大的

4、負載R；如果我們需要輸出功率最大，那么 選擇跟信號源內(nèi)阻匹配的電阻ro有時阻抗不匹配還有另外 一層意思，例如一些儀器輸出端是在特定的負載條件下設(shè)計 的，如果負載條件改變了，那么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，那么信號的波長就很短，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

5、面書 籍中的傳輸線理論。傳輸線的特征阻抗（也叫做特性阻抗） 是由傳輸線的構(gòu)造以及材料決定的，而與傳輸線的長度，以 及信號的幅度、頻率等均無關(guān)。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(shè)備上那么常用特征阻抗為50。的同軸電纜。另外還有 一種常見的傳輸線是特性阻抗為300。的扁平平行線，這在 農(nóng)村使用的電視天線架上比擬常見，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75。，所以300。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300。到75 Q的阻抗轉(zhuǎn)換器（一個塑料封裝的，一端有一個圓形的插頭 的那個東東，

6、大概有兩個大拇指那么大 ：/版權(quán)所有）。 它里面其實就是一個傳輸線變壓器，將300。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(guān)，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(yīng)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，那么會形成反射，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(dǎo)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(shè)備。如果是電路板上的高速信號 線與負載

7、阻抗不匹配時，會產(chǎn)生震蕩，輻射干擾等。當阻抗不匹配時，有哪些方法讓它匹配呢？第一，可以 考慮使用變壓器來做阻抗轉(zhuǎn)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 的方法，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)電阻的方法。一些驅(qū)動器的阻抗比擬低，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那么比擬 高，可以使用并聯(lián)電阻的方法，來跟傳輸線匹配，例如，485總線接收器，常在數(shù)據(jù)線終端并聯(lián)120歐的匹配電阻。（始 端串聯(lián)匹配，終端并聯(lián)匹配）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(shè)你在練習拳擊一一打沙包。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