電路阻抗大好還是小好_電路中的阻抗匹配詳解

　　阻抗定義

　　在具有電阻、電感和電容的電路里，對(duì)交流電所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示。阻抗由電阻、感抗和容抗三者組成，但不是三者簡單相加。阻抗的單位是歐。在直流電中，物體對(duì)電流阻礙的作用叫做電阻，世界上所有的物質(zhì)都有電阻，只是電阻值的大小差異而已。電阻很小的物質(zhì)稱作良導(dǎo)體，如金屬等;電阻極大的物質(zhì)稱作絕緣體，如木頭和塑料等。還有一種介于兩者之間的導(dǎo)體叫做半導(dǎo)體，而超導(dǎo)體則是一種電阻值幾近于零的物質(zhì)。但是在交流電的領(lǐng)域中則除了電阻會(huì)阻礙電流以外，電容及電感也會(huì)阻礙電流的流動(dòng)，這種作用就稱之為電抗，意即抵抗電流的作用。

　　電容及電感的電抗分別稱作電容抗及電感抗，簡稱容抗及感抗。它們的計(jì)量單位與電阻一樣是歐姆，而其值的大小則和交流電的頻率有關(guān)系，頻率愈高則容抗愈小感抗愈大，頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。此外電容抗和電感抗還有相位角度的問題，具有向量上的關(guān)系式，因此才會(huì)說：阻抗是電阻與電抗在向量上的和。對(duì)于一個(gè)具體電路，阻抗不是不變的，而是隨著頻率變化而變化。在電阻、電感和電容串聯(lián)電路中，電路的阻抗一般來說比電阻大。也就是阻抗減小到最小值。在電感和電容并聯(lián)電路中，諧振的時(shí)候阻抗增加到最大值，這和串聯(lián)電路相反。

　　阻抗在電路中什么作用

　　阻抗是表示元件性能或一段電路電性能的物理量。交流電路中一段無源電路兩端電壓峰值（或有效值）Um與通過該電路電流峰值（或有效值）Im之比稱為阻抗，用z表示，單位為歐姆（Ω）。在U一定的情況下，z越大則I越小，阻抗對(duì)電流有限制的作用。

　　在電流中，物體對(duì)電流阻礙的作用叫做電阻。除了超導(dǎo)體外，世界上所有的物質(zhì)都有電阻，只是電阻值的大小差異而已。電阻很小的物質(zhì)稱作良導(dǎo)體，如金屬等；電阻極大的物質(zhì)稱作絕緣體，如木頭和塑料等。還有一種介于兩者之間的導(dǎo)體叫做半導(dǎo)體，而超導(dǎo)體則是一種電阻值等于零的物質(zhì)，不過它要求在足夠低的溫度和足夠弱的磁場下，其電阻率才為零。

　　在直流電和交流電中，電阻對(duì)兩種電流都有阻礙作用；作為常見元器件，除了電阻還有電容和電感，這兩者對(duì)交流電和直流電的作用就不像電阻那樣都有阻礙作用了。電容是“隔直通交”，就是對(duì)直流電有隔斷作用，就是直流不能通過，而交流電可以通過，而且隨著電容值的增大或者交流電的增大，電容對(duì)交流電的阻礙作用越小，這種阻礙作用可以理解為“電阻”，但是不等同于電阻，這是一種電抗，電抗和電阻單位一樣，合稱“阻抗”。當(dāng)然，準(zhǔn)確的說，“阻抗”應(yīng)該有三個(gè)部分，除了這兩個(gè)，就是“感抗”。感抗就是電感對(duì)電流的阻礙作用，和電容不同，電感對(duì)直流電無阻礙作用（如果嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯康脑挘谕娺_(dá)到飽和之前的那個(gè)短暫的幾毫秒的暫態(tài)內(nèi)，也是有阻礙的）對(duì)交流有阻礙作用，感抗的單位和容抗以及電阻的單位都一樣是歐姆。

　　阻抗計(jì)算公式

　　Z= R+i（ ωL–1/（ωC））

　　說明：負(fù)載是電阻、電感的感抗、電容的容抗三種類型的復(fù)物，復(fù)合后統(tǒng)稱“阻抗”，寫成數(shù)學(xué)公式即是：阻抗Z= R+i（ωL–1/（ωC））。其中R為電阻，ωL為感抗，1/（ωC）為容抗。

　　（1）如果（ωL–1/ωC） 》 0，稱為“感性負(fù)載”；

　?。?）反之，如果（ωL–1/ωC） 《 0稱為“容性負(fù)載”。

　　電路阻抗大好還是小好

　　不同的電路環(huán)境對(duì)輸入和輸出阻抗的要求是不同的。不簡單地用大小來說明。

　　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。

　　電路中的阻抗匹配詳解

　　阻抗匹配是指負(fù)載阻抗與信號(hào)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)，是無線電技術(shù)中常見的一種工作狀態(tài)，它反映了輸入電路與輸出電路之間的功率傳輸關(guān)系。電路中的陽抗匹配可分為純電阻電路匹配和電抗電路匹配，還可以分為低頻匹配和高頻匹配。下面對(duì)純電阻電路和電抗電路的阻抗匹配問題分別進(jìn)行簡要的分析。

　　1、純電阻電路的阻抗匹配

　　在電路基礎(chǔ)中曾講述這樣一個(gè)問題：把一個(gè)電阻為R的用電器，接在一個(gè)電動(dòng)勢為E、內(nèi)阻為r的電池組上，在什么條件下電源輸出的功率最大呢？當(dāng)外電阻等于內(nèi)電阻時(shí)，電源對(duì)外電路輸出的功率最大，這就是純電阻電路的功率匹配。假如換成交流電路，同樣也必須滿足R=r這個(gè)條件電路才能匹配。對(duì)于純電阻電路，此結(jié)論同樣適用于低頻電路及高頻電路。

　　2、電抗電路的阻抗匹配

　　電抗電路要比純電阻電路復(fù)雜，電路中除了電阻外還有電容和電感元件，并工作于低頻或高頻交流電路。在電抗電路中，要做到匹配比純電阻電路要復(fù)雜一些，除了輸入和輸出電路中的電阻成分要求相等外，還要求電抗成分大小相等符號(hào)相反（共軛匹配）;或者電阻成分和電抗成分均分別相等（無反射匹配）。滿足上述條件即稱為阻抗匹配，負(fù)載即能得到最大的功率。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(hào)源跟負(fù)載之間的情況，因?yàn)榈皖l信號(hào)的波長相對(duì)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?yàn)榫€短，即使反射回來，跟原信號(hào)還是一樣的）。如果我們需要輸出功率最大，則選擇跟信號(hào)源內(nèi)阻匹配的負(fù)載電阻。有時(shí)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(fù)載條件下設(shè)計(jì)的，如果負(fù)載條件改變了，則可能達(dá)不到原來的性能，這時(shí)我們也會(huì)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(dāng)信號(hào)的頻率很高時(shí)，則信號(hào)的波長就很短，當(dāng)波長短得跟傳輸線長度可以比擬時(shí)，反射信號(hào)疊加在原信號(hào)上將會(huì)改變?cè)盘?hào)的形狀。如果傳輸線的特征阻抗跟負(fù)載阻抗不相等（即不匹配）時(shí)，在負(fù)載端就會(huì)產(chǎn)生反射，能量傳遞不過去，降低效率;會(huì)在傳輸線上形成駐波（簡單的理解，就是有些地方信號(hào)強(qiáng)，有些地方信號(hào)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?xí)p壞發(fā)射設(shè)備。如果是電路板上的高速信號(hào)線與負(fù)載阻抗不匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生震蕩，輻射干擾等。為了不產(chǎn)生反射，負(fù)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。

　　這里提到傳輸線的特征阻抗（也叫做特性阻抗），那什么是傳輸線的寺性阻抗呢？特性阻抗是在高頻信號(hào)傳輸領(lǐng)域產(chǎn)生的，我們知道傳輸需要傳輸線，傳輸線由導(dǎo)線和介質(zhì)組成。人們?cè)趯?shí)踐和相關(guān)的理論研究中發(fā)現(xiàn)在高頻區(qū)域里，由于分布參數(shù)的影響傳輸線已經(jīng)等效成為一個(gè)由若干個(gè)基本網(wǎng)絡(luò)單元組成的傳輸網(wǎng)絡(luò)，傳輸線的長短只是這種基本網(wǎng)絡(luò)單元的多少不同而已，對(duì)于同一個(gè)傳輸線而言，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)輸入輸出阻抗都是相同的，我們稱它為特性阻抗。在高頻頻段里這個(gè)特性阻抗是一個(gè)較氏的值，它是客觀存在而不是人為規(guī)定的，由傳輸線的結(jié)構(gòu)以及料決定的，而與傳輸線的長度，以及信號(hào)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)備上則常用特征阻抗為500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較常見，用來做八木天線的饋線。’

　　3、電路中阻抗匹配的必要性

　　阻抗匹配常見于各級(jí)放大電路之間、放大器與負(fù)載之間、測量儀器與被測電路之間、天線與接收機(jī)或發(fā)信機(jī)與天線之間等等。例如，擴(kuò)音機(jī)的輸出電路與揚(yáng)聲器之間必須做到陽抗匹配，不匹配時(shí)，擴(kuò)音機(jī)的輸出功率將不能全部送至揚(yáng)聲器。如果揚(yáng)聲器的阻抗遠(yuǎn)小于擴(kuò)音機(jī)的輸出阻抗，擴(kuò)音機(jī)就處于過載狀態(tài)，其末級(jí)功率放大管很容易損壞。反之，如果揚(yáng)聲器的阻抗高于擴(kuò)音機(jī)的輸出阻抗過多，會(huì)引起輸出電壓升高，同樣不利于擴(kuò)音機(jī)的工作，聲音還會(huì)產(chǎn)生失真。因此擴(kuò)音機(jī)電路的輸出阻抗與揚(yáng)聲器的阻抗越接近越好。又例如，無線電發(fā)信機(jī)的輸出阻抗與饋線的阻抗、饋線與天線的阻抗也應(yīng)達(dá)到一致。如果阻抗值不一致，發(fā)信機(jī)輸出的高頻能量將不能全部由天線發(fā)射出去。這部分沒有發(fā)射出去的能量會(huì)反射回來，產(chǎn)生駐波，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起饋線的絕緣層及發(fā)信機(jī)末級(jí)功放管的損壞。為了使信號(hào)和能量有效地傳輸，必須使電路工作在阻抗匹配狀態(tài)，即信號(hào)源或功率源的內(nèi)阻等于電路的輸人阻抗，電路的輸出阻抗等于負(fù)載的阻抗。

　　那么是否什么時(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?0日，所以需要考慮在功率傳輸電路中進(jìn)行阻抗匹配。但是，在實(shí)際使用中當(dāng)傳輸線的長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于信號(hào)波長時(shí)可忽略傳輸線的阻抗匹配問題只需考慮信號(hào)源和負(fù)載的阻抗匹配問題。例如，信號(hào)頻率為1MHz，其波長在空氣中為300m，在同軸電纜中約為200m，在通常使用的長度為1m左右的同軸電纜中，是不必考慮傳輸線的阻抗匹配。

　　4、實(shí)現(xiàn)阻抗匹配的方法

　　當(dāng)阻抗不匹配時(shí)，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(zhuǎn)換。例如：晶體管放大器與揚(yáng)聲器之間通常接有輸出變壓器，放大器的輸出阻抗與變壓器的初級(jí)阻抗相匹配，變壓器的次級(jí)阻抗與揚(yáng)聲器的阻抗相匹配。而變壓器通過初次級(jí)繞組的匝數(shù)比來變換阻抗比。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(shí)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(dòng)器的阻抗比較低，可以串聯(lián)一個(gè)合適的電阻來跟傳輸線匹配，例如高速信號(hào)線，有時(shí)會(huì)串聯(lián)一個(gè)幾十歐的電阻。而一些接必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總線接收器，常在數(shù)據(jù)線終端并聯(lián)120歐的匹配電阻。

　　最后要說明一點(diǎn)，阻抗匹配僅適用于電子電路。因?yàn)殡娮与娐分袀鬏數(shù)男盘?hào)功率本身較弱，需用匹配來提高輸出功率。而在電工電路中一般不考慮匹配，否則會(huì)導(dǎo)致輸出電流過大，損壞用電器。