初识阻抗匹配

阻抗匹配

一、概述:信号源或传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式
二、以 直流电压源驱动驱动一个负载为例说明:
实际的电压源是有内阻的,因此我们将实际电压源等效为理想电压源内阻r串联的模型。假设负载电阻为R,电源电动势为U,内阻为r。
则流过负载R的电流::I = U / (R + r)。可看出,负载电阻R越小,则输出电流越大
负载R上的电压:
初识阻抗匹配_第1张图片
可看出负载电阻r越大,输出电压越大
负载R消耗的功率:
负载消耗的功率
对于一个稳定的电压源,内阻r是固定的,负载R是可选的,在上式[(R - r)2 / R]中,当R = r时,[(R - r)2 / R]取得最小值0,这时负载电阻R上可获得最大输出功率Pmax = U2 / (4 × r),即当负载电阻跟信号源内阻相等时,负载可获得最大输出功率,此情匡为常见阻抗匹配之一。对于纯电阻电路,低频电路和高频电路同样符合此结论。当交流电路中含有容性或感性阻抗时,结论会有所改变,此时需要信号源与负载阻抗的实部相等,虚部互为相反数,即共轭匹配

结论:
1、若需要输出电流大,则选择小的负载R;
2、若需要输出电压大,则选择大的负载R;
3、若需要输出功率最大,则选择信号源内阻匹配的电阻R。

注意:
1、低频电路中,一般不考虑传输线的匹配问题,只考虑信号源跟负载之间的情况,因为低频信号的波长相对于传输线来说很长,传输线可看成是“短线”,反射不用考虑。
2、在高频电路中,必须考虑反射的问题,当信号频率很高时,信号的波长会很短,当波长短的跟传输线的长度可比拟时,反射信号叠加在原始信号上将改变原始信号的形状。如果传输线的特征阻抗跟负载不相等时(不匹配)时,在负载端就会产生反射。
3、传输线的特征阻抗(也叫特性阻抗)是由传输线的结构以及材料决定的,与传输线的长度、信号的频率及幅值无关。
4、传输线的阻抗匹配:负载阻抗与传输线的特性阻抗要相等。
5、如果传输线的特性阻抗与负载不匹配,会导致以下现象:
(1)形成反射,能量传不过去,降低效率;
(2)传输线上会形成驻波:即有些地方信号强,有些地方信号弱,导致传输线上有效功率容量降低;
(3)功率发射不出去,可能会损坏发送设备。
(4)若电路板上高速信号线与负载阻抗不匹配时,会产生震荡、辐射干扰等。

如何解决阻抗不匹配的问题:
1、考虑使用变压器;
2、考虑使用串联/并联电容或电感,此方法在调试射频电路时经常使用;
3、考虑使用串联/并联电阻。一些驱动器的阻抗比较低,可串联一个合适的电阻来跟传输线匹配,如高速信号线,有时会串联一个几十欧的电阻。而一些接收器的输入阻抗比较高,可考虑使用并联电阻的方法。

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