為什么要阻抗匹配_電路阻抗大好還是小好

阻抗匹配簡(jiǎn)介

阻抗匹配是指負(fù)載阻抗與激勵(lì)源內(nèi)部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。對(duì)于不同特性的電路，匹配條件是不一樣的。

在純電阻電路中，當(dāng)負(fù)載電阻等于激勵(lì)源內(nèi)阻時(shí)，則輸出功率為最大，這種工作狀態(tài)稱(chēng)為匹配，否則稱(chēng)為失配。

為什么要阻抗匹配_阻抗匹配的重要性

阻抗匹配是指信號(hào)源或者傳輸線跟負(fù)載之間達(dá)到一種適合的搭配。阻抗匹配主要有兩點(diǎn)作用，調(diào)整負(fù)載功率和抑制信號(hào)反射。

1、調(diào)整負(fù)載功率

假定激勵(lì)源已定，那么負(fù)載的功率由兩者的阻抗匹配度決定。對(duì)于一個(gè)理想化的純電阻電路或者低頻電路，由電感、電容引起的電抗值基本可以忽略，此時(shí)電路的阻抗來(lái)源主要為電阻。如圖2所示，電路中電流I=U/（r+R），負(fù)載功率P=I*I*R。由以上兩個(gè)方程可得當(dāng)R=r時(shí)P取得最大值，Pmax=U*U/（4*r）。

圖2 負(fù)載功率調(diào)整

2、抑制信號(hào)反射

當(dāng)一束光從空氣射向水中時(shí)會(huì)發(fā)生反射，這是因?yàn)楣夂退墓鈱?dǎo)特性不同。同樣，當(dāng)信號(hào)傳輸中如果傳輸線上發(fā)生特性阻抗突變也會(huì)發(fā)生反射。波長(zhǎng)與頻率成反比，低頻信號(hào)的波長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳輸線的長(zhǎng)度，因此一般不用考慮反射問(wèn)題。高頻領(lǐng)域，當(dāng)信號(hào)的波長(zhǎng)與傳輸線長(zhǎng)出于相同量級(jí)時(shí)反射的信號(hào)易與原信號(hào)混疊，影響信號(hào)質(zhì)量。通過(guò)阻抗匹配可有效減少、消除高頻信號(hào)反射。

是否什么時(shí)候都要考慮阻抗匹配？

在普通的寬頻帶放大器中，因?yàn)檩敵鲎杩篂?0Ω，所以需要考慮在功率傳輸電路中進(jìn)行阻抗匹配。但是，實(shí)際上當(dāng)電纜的長(zhǎng)度對(duì)于信號(hào)的波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)時(shí)，就勿需阻抗匹配的。

考慮信號(hào)頻率為1MHz，其波長(zhǎng)在空氣中為300m，在同軸電纜中約為200m。在通常使用的長(zhǎng)度為1m左右的同軸電纜中，是在完全可忽略的范圍之內(nèi)。（圖H）

如果存在阻抗，那么在阻抗上就會(huì)產(chǎn)生功率消耗，所以不做阻抗匹配其結(jié)果就會(huì)使放大器的輸出功率發(fā)生無(wú)用的浪費(fèi)。（圖J）

電路阻抗大好還是小好

1、如果是運(yùn)放的話是這樣的，輸入阻抗大，偏置電流就小，輸出阻抗小，負(fù)載能力就大。

2、不同的電路環(huán)境對(duì)輸入和輸出阻抗的要求是不同的。不簡(jiǎn)單地用大小來(lái)說(shuō)明，比如在弱信號(hào)放大電路的輸入電路，就要求是輸入電阻越大越好但是在功率承接轉(zhuǎn)換電路中它的輸入電路就不是這樣了，它要示的是阻抗匹配，也就是盡量叫輸入阻抗等于前接電路的輸出阻抗！

輸出阻抗也不都是越小越好。大家都知道帶動(dòng)喇叭的輸出電路它的輸出阻抗也是等于喇叭的電阻是最好的！

阻抗匹配的方法

阻抗匹配的方法主要有兩個(gè)，一是改變組抗力，二是調(diào)整傳輸線。

改變阻抗力就是通過(guò)電容、電感與負(fù)載的串并聯(lián)調(diào)整負(fù)載阻抗值，以達(dá)到源和負(fù)載阻抗匹配。

調(diào)整傳輸線是加長(zhǎng)源和負(fù)載間的距離，配合電容和電感把阻抗力調(diào)整為零。此時(shí)信號(hào)不會(huì)發(fā)生發(fā)射，能量都能被負(fù)載吸收。高速PCB布線中，一般把數(shù)字信號(hào)的走線阻抗設(shè)計(jì)為50歐姆。一般規(guī)定同軸電纜基帶50歐姆，頻帶75歐姆，對(duì)絞線（差分）為85-100歐姆。

阻抗匹配的應(yīng)用

1、功放與音箱

無(wú)論是定阻抗式還是定電壓式輸出的功放，只有喇叭的總功率和功放的總功率相等時(shí)才能得到最佳的工作狀態(tài)。音箱系統(tǒng)若要完全達(dá)到匹配是非常困難的，它的音頻成分總是在不停的變化，好在音箱系統(tǒng)對(duì)阻抗匹配度要求并不高。最常見(jiàn)到的喇叭阻抗的標(biāo)示值是8歐姆，它表示當(dāng)輸入1KHz的正弦波信號(hào)，它呈現(xiàn)的阻抗值是八歐姆；或者是在喇叭的工作頻率響應(yīng)范圍內(nèi)，平均阻抗為8歐姆。

圖5 音箱

2、PCB走線

高頻領(lǐng)域中，信號(hào)頻率對(duì)PCB走線的阻抗值影響非常大。一般來(lái)說(shuō)當(dāng)數(shù)字信號(hào)邊沿時(shí)間小于1ns或者模擬信號(hào)頻率超過(guò)300M時(shí)就要考慮阻抗問(wèn)題。PCB走線阻抗主要來(lái)自寄生的電容、電阻、電感系數(shù)，主要因素有材料介電常數(shù)、線寬、線厚乃至焊盤(pán)的厚度等。PCB 阻抗的范圍是 25 至120 歐姆，USB、 LVDS、 HDMI、 SATA等一般要做85-100歐姆阻抗控制。

圖6 走線匹配阻抗

3、天線設(shè)計(jì)

研究天線阻抗的主要目的是為實(shí)現(xiàn)天線和饋線間的匹配。發(fā)射信號(hào)時(shí)應(yīng)使發(fā)射天線與饋線的特性阻抗相等，以獲得最好的信號(hào)增益。接收信號(hào)時(shí)天線與負(fù)載應(yīng)做共軛匹配，接收機(jī)（負(fù)載）阻抗一般認(rèn)為只有實(shí)數(shù)部分，因此需要用匹配網(wǎng)絡(luò)來(lái)除去天線的電抗部分并使它們的電阻部分相等。圖7為天線阻抗匹配時(shí)常用的π型網(wǎng)絡(luò)，使用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量阻抗以確定 C1、C2、C3 的取值，完成阻抗匹配。

圖7 π型電路

4、終端匹配電阻

在設(shè)計(jì)CAN總線、485總線時(shí)常需要在差分線兩端加終端電阻（匹配電阻），以減少由特性阻抗突變?cè)斐傻男盘?hào)反射。如下圖CAN總線網(wǎng)絡(luò)，雙絞線特性阻抗為120歐姆，若不加終端電阻兩端直接懸空，空氣的特性阻抗為無(wú)窮大。此時(shí)，極易出現(xiàn)圖4所示的信號(hào)反射。

圖8 CAN總線網(wǎng)絡(luò)

對(duì)于CAN總線來(lái)說(shuō)，由于收發(fā)器對(duì)信號(hào)電平判斷的采樣點(diǎn)位置普遍靠后，因此信號(hào)反射一般不會(huì)影響通信錯(cuò)誤率。反射會(huì)影響產(chǎn)品的EMI特性，最直接的表現(xiàn)就是眼圖實(shí)驗(yàn)效果差，存在兩個(gè)異常凸起。

圖9 CAN總線眼圖