電阻抗有何意義？
“電阻抗”可以定義為對(duì)電路中電流流動(dòng)的表觀抵抗。從定量角度描述，阻抗是電路兩端的電壓與流進(jìn)該電路電流之比（歐姆定律的廣義形式）：
式中，Z為阻抗（Ω）；V為Z兩端的電壓；I為通過Z的電流。
深入理解阻抗的概念對(duì)于正確應(yīng)用幾乎所有的電子儀器和正確解釋測(cè)量數(shù)據(jù)是非常重要的。只要將一臺(tái)測(cè)量儀器連接到另一器件，就應(yīng)當(dāng)關(guān)注額外的負(fù)載（即連接在器件上的總阻抗的變化）對(duì)器件的工作特別是對(duì)測(cè)量數(shù)值精確度的影響。
誠然，測(cè)量儀器接到被測(cè)器件上要是不干擾被測(cè)器件的工作狀態(tài)，那么，測(cè)得值與不連接測(cè)量儀器時(shí)之值完全相同。遺憾的是，測(cè)量儀器需要從被測(cè)器件（通過抽取電流）吸取能量，于是，根據(jù)測(cè)量儀器和被測(cè)器件兩者阻抗大小的不同，將在一定程度上改變器件的工作狀態(tài)。例如，利用普通的低阻抗指針式多用表測(cè)量電壓，幾乎所有電子電路都要受到影響。在晶體管電路中的電壓讀數(shù)低10%～20%是很典型的。另一方面，高阻抗式電阻多用表（DMM）的讀數(shù)并不明顯低于所有未受干擾電路的讀數(shù)。不過，像場(chǎng)效應(yīng)管電路這樣的極高阻抗電路除外。
在包含信號(hào)源，如信號(hào)發(fā)生器和脈沖發(fā)生器的情況下，測(cè)量儀器輸出信號(hào)的幅度僅僅是在其輸出端連接指定阻抗時(shí)校準(zhǔn)的。除非對(duì)相關(guān)的阻抗電平進(jìn)行校正，否則，任何其它的阻抗值都將導(dǎo)致幅度誤差。不僅如此，除非使信號(hào)源的輸出端阻抗等于連接電纜和負(fù)載的阻抗（實(shí)現(xiàn)這一條件叫做“阻抗匹配”），否則，會(huì)產(chǎn)生令人討厭的信號(hào)反射，從而導(dǎo)致校準(zhǔn)誤差并在許多情況中引起虛假信號(hào)。在連接喇叭、指示儀表（如表頭、記錄儀）和瓦特計(jì)等輸出設(shè)備時(shí)，作類似的考慮是很重要的。
鑒于阻抗電平與信號(hào)的頻率和波形有關(guān)，故凡與阻抗相關(guān)的測(cè)量問題都是很復(fù)雜的。通常，在低的音頻波段對(duì)測(cè)試器件影響不大的儀器，到了幾百千赫就完全不能使用，其原因在于這樣高的頻率下儀器加載效應(yīng)十分嚴(yán)重。
二、阻抗的概念
流進(jìn)電路的電流作為外加電壓的結(jié)果，由電路的阻抗決定。阻抗越高，電路“阻礙”電流流動(dòng)越強(qiáng)烈，因而電流之值越小。將電氣系統(tǒng)的電流模擬為水通過管道系統(tǒng)而流動(dòng)，對(duì)尚未入門的讀者建立概念是有幫助的。流過一根管道系統(tǒng)的水量決定于兩個(gè)因素：入口的水壓以及水管的基本特性，如尺寸、形狀和光滑度等。水的流量模擬通過電路的電子流即電流；水的強(qiáng)迫壓力模擬外加電壓；而限制和阻礙水流的水管特性模擬電路阻抗。這樣一來，對(duì)于給定的壓力，可以采用安裝閥門改變水管系統(tǒng)阻力的方法來改變水的流動(dòng)。同樣，當(dāng)電壓給定時(shí)，可以采用改變電路阻抗的方法來控制電流。
對(duì)于直流電源情況，電路的阻抗簡(jiǎn)單的是等效串聯(lián)電阻R（單位：歐姆）。電阻R的定義是外加電壓V（單位：伏特）與得到的電流I（單位：安培）之比。正如電路中因外加直流電壓而流動(dòng)的電流是由直流電阻決定一樣，因時(shí)變電壓引起的電流由對(duì)時(shí)變信號(hào)呈現(xiàn)的電路阻抗（包含電路的電感、電容加電阻）決定。因此阻抗Z普遍適用的定義是電路兩端的電壓V與流進(jìn)該電路的電流I之比。這個(gè)定義包括時(shí)變效應(yīng)。像直流電路電阻的情況一樣，公認(rèn)的阻抗單位是歐姆。
對(duì)于正弦變化的電壓（交流信號(hào)）這一普遍而重要的情況，電路的阻抗Z可以是一個(gè)復(fù)數(shù)。它是串聯(lián)電阻R和電抗X之和：
Z=R+JX
式中j指出電流與電壓在電抗中的時(shí)間相位差90°。
1、串聯(lián)電路的阻抗
具有電阻R和電抗X的簡(jiǎn)單串聯(lián)電路
如上圖，外加總電壓V必須出現(xiàn)在兩個(gè)串聯(lián)器件R和X上。因?yàn)殡娏鱅只有一條通路，它必須流經(jīng)R和X兩者，所以，這個(gè)簡(jiǎn)單的電路表示為串聯(lián)電路。根據(jù)歐姆定律，R兩端的電壓VR必須是IR，X兩端的電壓VX必須是IX。但是，跨接在R和X兩端的總電壓不是兩個(gè)幅度的簡(jiǎn)單相加∣VR∣+∣VX∣。雖然電阻兩端的電壓與電流同相，但電抗兩端的電壓與電流不同相。
如下圖，電壓和電流曲線表明，在電抗上存在90°的相位關(guān)系。如圖中所見，電路兩端的電壓不單單是兩個(gè)電壓分量之和，而且還依賴兩者的相位關(guān)系。電路任何時(shí)刻的瞬時(shí)電壓等于同一時(shí)刻兩個(gè)瞬時(shí)電壓分量（VR和VX）之和。
簡(jiǎn)單串聯(lián)電路電流I、電阻兩端電壓VR、電抗兩端電壓VX和電路總電壓V隨時(shí)間變化的曲線
于是，可以將阻抗關(guān)系Z=R+JX認(rèn)為是兩個(gè)阻抗分量的基本定義：電阻R的電壓與電流同相，而電抗X兩端的電壓超前于電流90°（如果電抗為負(fù)數(shù)，那么電壓滯后于流過該電抗的電流）?？梢酝ㄟ^作圖將阻抗Z=R+JX形象化。
串聯(lián)電路的復(fù)阻抗圖
箭頭符號(hào)的長度表示幅度，單位為歐姆，角度θ是阻抗的相位角
如上圖，沿水平軸（實(shí)軸）畫R，沿垂直軸（虛軸）畫X。X相對(duì)于R畫成90°，以體現(xiàn)X前的j所表示的90°相位關(guān)系?？傋杩篂镽與X兩個(gè)分量之和，它們是垂直的。因此，兩者不僅僅構(gòu)成代數(shù)和，而是必須構(gòu)成上圖所示的復(fù)數(shù)之和。
采用合成箭頭的長度與相位角θ表示該復(fù)數(shù)和，可以將這種極坐標(biāo)形式的阻抗寫成：
Z=∣Z∣∠θ
式中，∣Z∣為V對(duì)I的幅度之比；∠θ為電流滯后于電壓的電角度。
對(duì)于無源電路，θ介于-90°和+90°之間。電抗可以為正或?yàn)樨?fù)，負(fù)角度意味著電流超前于電壓，這是負(fù)電抗的結(jié)果。阻抗的這兩種形式等效并可以通過復(fù)函數(shù)的初等運(yùn)算進(jìn)行轉(zhuǎn)換：
如果將電抗表示成極坐標(biāo)形式（∣Z∣∠θ），轉(zhuǎn)換為電阻和電抗的逆運(yùn)算是：
R=∣Z∣cosθ
X=∣Z∣sinθ
無源電路元件只有三種基本類型：電阻，電容和電感。電阻自然采用電壓與電流同相（θ=0）加以辨別，而電容是負(fù)電抗（θ=-90°），電感為正電抗（θ=+90°）。電路的總電抗X與整個(gè)等效串聯(lián)電感L和電容C通過下列關(guān)系式相聯(lián)系：
式中，f為外加正弦電壓的頻率（赫茲）；L為電感（亨利）；C為電容（法拉）。
2、并聯(lián)電路的阻抗
簡(jiǎn)單并聯(lián)電路
如上圖，同電流流過電路元件的串聯(lián)電路相反，并聯(lián)電路或分流電路以所有元件都連接一個(gè)共同電壓為其特征。這種并聯(lián)電路的阻抗可以找到等效的串聯(lián)形式，或者像常說的那樣，并聯(lián)電路的阻抗可以采用下面表示式組合而成：
式中，Zp是兩個(gè)阻抗Z1和Z2相并聯(lián)的等效阻抗
三、輸入阻抗和輸出阻抗
1、輸入阻抗
電路器件的“輸入阻抗”是輸入端的外加電壓與流進(jìn)輸入端的電流之比（如下圖）
式中Zin為輸入阻抗；Vin為輸入端的外加電壓；Iin為流進(jìn)輸入端的電流。
?
器件的輸入阻抗
在外加直流電壓情況下，輸入阻抗是一個(gè)電阻；可是，對(duì)于交流信號(hào)情況，必須采用包含相位關(guān)系的一般阻抗。僅僅是在輸入電流恰巧與外加電壓相位相同時(shí)，輸入阻抗才是純電阻（電抗等于0）。低輸入阻抗器件比高輸入阻抗器件從給定的外加電壓源吸收更多電流，或者說低阻抗器件比高阻抗器件對(duì)源“加載”更重。于是得出結(jié)論：測(cè)量儀器的輸入阻抗將決定任何一個(gè)器件的工作狀態(tài)被外加測(cè)量儀器改變的程度。因此任何一臺(tái)測(cè)量儀器連接之前，都應(yīng)當(dāng)首先考慮該儀器的輸入阻抗是否合適，然后才將它接上電路。
2、輸出阻抗
器件的“輸出阻抗”是負(fù)載所看到的等效源阻抗。只有把一對(duì)端子處的有源器件看成一個(gè)信號(hào)源時(shí)，輸出阻抗才有意義（如圖）。
為了確定電流和電壓，儀器可以用等效電路代替
“等效阻抗”這個(gè)術(shù)語意味著該器件可以用一等效電路（戴維寧等效電路）代替。在圖中，電壓源是無負(fù)載時(shí)的輸出電壓，Zout是所有有源器件都用它們的內(nèi)阻抗代替時(shí)向器件看回去的阻抗。
輸出阻抗可借助于器件無負(fù)載時(shí)的輸出電壓表達(dá)：
式中Zout為輸出阻抗；Voc為源的開路電壓；VL為負(fù)載電壓；IL為負(fù)載電流。
這個(gè)表示式表達(dá)了一個(gè)思想：當(dāng)器件連接負(fù)載時(shí)，輸出電壓（Voc-VL）由輸出阻抗直接確定。
可以將輸出阻抗看成為器件對(duì)加載的敏感程度，即輸出阻抗越低，負(fù)載對(duì)輸出電壓的影響越小。當(dāng)電流給定，較低輸出阻抗兩端的電壓降較低，于是輸出電壓較高。
3、輸入阻抗和輸出阻抗的確定
在電子器件的輸入阻抗和輸出阻抗可以通過測(cè)量相應(yīng)的電壓對(duì)電流之比由實(shí)驗(yàn)確定，或者，如果已知儀器的內(nèi)部參數(shù)則可由計(jì)算確定。不過，一般都不必如此，因?yàn)閮x器手冊(cè)上的測(cè)量使用說明書會(huì)列出輸入阻抗和輸出阻抗。在設(shè)計(jì)頻率上，這兩個(gè)阻抗近似為一個(gè)純電阻。阻抗“50Ω”和“50Ω輸出阻抗”之類的聲明意味著，在正常的工作頻率范圍內(nèi)電抗基本上等于零。
在某些應(yīng)用中，可以不必確切知道輸入阻抗和輸出阻抗。通常這兩個(gè)參數(shù)能夠采用相應(yīng)的儀器測(cè)得。根據(jù)輸入阻抗定義，如果能夠測(cè)定輸入電壓、輸入電流及各自的相位角，那么輸入阻抗就確定下來。最方便的辦法就是使用阻抗電橋或其它阻抗測(cè)量儀器在希望的頻率加電直接實(shí)際測(cè)量。
輸出阻抗還能夠使用阻抗電橋在器件處于工作狀態(tài)的情況下測(cè)量，但這時(shí)要抑制其輸出，使其不影響電橋。如果輸出阻抗幾乎是純電阻，那么先測(cè)得開路電壓，再用一個(gè)已知的電阻作負(fù)載，然后測(cè)量有負(fù)載時(shí)的輸出電壓，則可采用簡(jiǎn)單的計(jì)算法確定輸出阻抗：
式中Rout為輸出電阻值，RL為負(fù)載電阻值；Voc為開路電壓；VL為負(fù)載電壓。
應(yīng)用這個(gè)方法，應(yīng)當(dāng)小心，不要超過儀器的輸出能力。
四、儀器輸入阻抗和輸出阻抗對(duì)測(cè)量的影響
在大多數(shù)測(cè)量場(chǎng)合，希望測(cè)量儀器不從被測(cè)器件汲取任何可觀的功率。
1、并聯(lián)連接的儀器（電壓表、示波器、邏輯探頭等）
如下圖，為了測(cè)量和顯示電路中的電壓，通常將電壓表或示波器之類的測(cè)量儀器與元件并聯(lián)（平行）連接。在這種情況下，必須考慮測(cè)量儀器因其輸入阻抗有限的加載影響。A點(diǎn)相對(duì)于B點(diǎn)的電壓應(yīng)由電壓表汲取的電流IV修正。只有這個(gè)電流與電路電流IC相比可以忽略不計(jì)，電壓表讀出的值才和電壓表連接之前在A點(diǎn)的值相同。對(duì)于這些儀器，理想情況應(yīng)當(dāng)是輸入阻抗無限大。也就是表現(xiàn)為開路，不汲取電流，因此對(duì)電路不呈現(xiàn)加載。雖然這個(gè)條件不可能實(shí)現(xiàn)，但是，如果確定測(cè)量儀器的輸入阻抗比待測(cè)器件的輸出阻抗高很多（通常為20倍或更高，視要求的精確度而定），那么，該儀器的加載效應(yīng)可以忽略不計(jì)。否則，必須對(duì)加載效應(yīng)進(jìn)行校正。按照“分壓器”作用，電壓將從被測(cè)件的無負(fù)載輸出電壓下降。
無負(fù)載輸出電壓與指示電壓的關(guān)系式為：
式中，Vind為指示電壓；Voc為開路（無負(fù)載）電壓；Zin為測(cè)量儀器的輸入阻抗；Zout為待測(cè)電路的等效輸出阻抗。
（a）電壓表跨接電路AB兩點(diǎn)并聯(lián)連接；（b）測(cè)量裝置（a）的等效電路
應(yīng)該記住，Zin和Zout一般與頻率有關(guān)，因?yàn)樗鼈儙щ娍?，所以，指示的電壓也與頻率有關(guān)?？偟恼f來，Zin的并聯(lián)影響（因?yàn)閮x器的輸入電容）在較高頻率下變得更嚴(yán)重，產(chǎn)生“高頻滾降”或阻抗減小，從而在較高頻率加載較重（見下圖）：
（a）測(cè)量裝置的等效電路，其中Zin包含有并聯(lián)電容；（b）Zin的幅度對(duì)頻率的變化
此外，由于并聯(lián)電容的影響，變化急劇的非正弦波形將變得圓滑，這是因?yàn)閷?duì)電容充電的時(shí)間不等于零所致。下圖用方波信號(hào)源說明了這個(gè)概念。
?。╝）儀器連接前電路上的方波；（b）因?yàn)閮x器的并聯(lián)電容而使電壓波形變得圓滑
除了由于測(cè)量儀器加載導(dǎo)致的幅度減小外，如果因測(cè)量儀器的并聯(lián)而使加載劇烈，還可導(dǎo)致被測(cè)電路或被測(cè)件永久損壞。
以采用分壓器探頭犧牲靈敏度為代價(jià)能夠降低測(cè)量儀器的加載效應(yīng)。下圖中通用的10：1探頭，提高阻抗電平10倍，但也衰減信號(hào)10倍。
10：1分壓器探頭提高并聯(lián)儀器的輸入阻抗
2、串聯(lián)連接的儀器（電流表等）
在少數(shù)測(cè)量工作中，不是將儀器同電路并聯(lián)連接，而是必須斷開電路串聯(lián)接入儀器。一個(gè)顯著的例子如下圖。
斷開AB兩點(diǎn)之間的電路，串聯(lián)插入電流表測(cè)量
在這種情況下，儀器輸入阻抗ZA的理想化數(shù)值與前述的并聯(lián)連接儀器相反，即電流表應(yīng)呈現(xiàn)短路（ZA=0）。當(dāng)電流表接入時(shí)，為了不干擾該電路，電流I和電壓Vin應(yīng)當(dāng)與上圖（a）中的相同。這意味著電流表兩端的電壓降VA必須忽略不計(jì)，而這又意味著電流表引入的串聯(lián)阻抗必須忽略不計(jì)。當(dāng)然，一切實(shí)際電流表的輸入阻抗并不等于零，所以在測(cè)量中必須仔細(xì)保持電流表的阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電路阻抗（比如20倍）。實(shí)際需要的倍數(shù)與要求的精確度有關(guān)。應(yīng)當(dāng)記住，對(duì)于大多數(shù)情況下遇到的阻抗之值都是能夠進(jìn)行修正的。
在這里應(yīng)該提到，許多電流表屬于“鉗形”式電流表。這種電流表的探頭先張開鉗夾。然后環(huán)繞緊貼電線測(cè)量電流。這些儀器起著變換器的作用，通過感應(yīng)耦合介入被測(cè)電路，而不是像上面描述的那樣直接插進(jìn)被測(cè)阻抗中。
五、阻抗匹配
1、使輸出阻抗與負(fù)載匹配
大多數(shù)涉及波形發(fā)生器（脈沖發(fā)生器，射頻發(fā)射機(jī)等）的場(chǎng)合均需利用傳輸線，一般是通過同軸電纜把能量從信號(hào)源傳輸至被激勵(lì)器件的輸入端口。這些都是考慮阻抗匹配的重要典型情況。此外，還有許多頻率較低的場(chǎng)合，如音頻放大器驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器和其它的一些機(jī)電變換器，也都需要利用阻抗匹配實(shí)現(xiàn)高效率的功率傳輸、得到合適的阻尼等等。
如果信號(hào)源具有RΩ的純電阻輸出阻抗，那么，使負(fù)載或后接設(shè)備的輸入阻抗也等于RΩ就實(shí)現(xiàn)了阻抗匹配（暫時(shí)忽略以下即將討論的連接電纜影響）?？梢宰C明，這個(gè)匹配條件對(duì)于向負(fù)載傳輸最大功率是必須的。
如果信號(hào)源的輸出阻抗包含電抗（Zout=R0+jX0），那么可定義兩種所謂的匹配條件。第一種匹配條件是鏡像匹配，這種情況在負(fù)載阻抗也等于R0+jX0，時(shí)發(fā)生；第二種匹配條件是實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸，也就是所謂的共軛匹配或功率匹配，這種匹配往往更加需要。
共軛匹配如下圖所示，使負(fù)載電阻等于源電阻、負(fù)載電抗幅度等于源電抗幅度但符號(hào)相反，即ZL=R0-jX0），電路總阻抗相加，X0和XL抵消為零，只留下R0。這個(gè)條件等效于令電路串聯(lián)諧振，因此，電阻R0和RL匹配，得到最大功率傳輸。
從發(fā)生器到負(fù)載RL的最大功率傳輸條件
2、儀器的互連
當(dāng)連接射頻信號(hào)或其它交流信號(hào)時(shí)很少使用敞開的導(dǎo)線。因?yàn)樗a(chǎn)生輻射，從而損失能量，產(chǎn)生邊緣場(chǎng)，系統(tǒng)也產(chǎn)生撿拾干擾。導(dǎo)線之間和周圍物體之間的電容效應(yīng)也可能產(chǎn)生一些嚴(yán)重的不利影響。通常，使用固定阻抗的連接器和同軸電纜或波導(dǎo)之類的傳輸線來傳輸能量更加有效和可以預(yù)測(cè)。為了正確使用儀器，必須考慮這些傳輸線對(duì)阻抗的影響。
在音頻應(yīng)用中，不必使用上述傳輸線，通常采用扭絞線對(duì)。在如此低的頻率，導(dǎo)線對(duì)阻抗的影響非常小，因此可以認(rèn)為輸出阻抗和負(fù)載阻抗匹配良好而忽略互連導(dǎo)線的影響。
3、傳輸線的影響
一切傳輸線都有一個(gè)稱為“特性阻抗”Z0的基本參數(shù)，特性阻抗決定了傳輸線的阻抗電平。這個(gè)特性阻抗可以定義為一根理想無限長傳輸線的輸入阻抗。理解此概念的一個(gè)有益方法是考慮將信號(hào)饋入延伸至無窮遠(yuǎn)的傳輸線的一端。由于電信號(hào)具有有限的傳播時(shí)間，從傳輸線輸入端出發(fā)的任何信號(hào)永遠(yuǎn)達(dá)不到另一端。這樣發(fā)生器決不“知道”傳輸線另一端的負(fù)載等于多少。這樣便提出一個(gè)問題，即“如果發(fā)生器輸出電壓已知，那么，傳輸線起始處的電流為多大？”這個(gè)電流由該傳輸線的串聯(lián)電感和并聯(lián)電容確定。決定這個(gè)電壓、電流關(guān)系的阻抗稱為“特性阻抗”。在傳輸線最有用的頻率范圍，這個(gè)阻抗非常接近于一個(gè)數(shù)值較小的恒定電阻，其值一般在25Ω～600Ω。
最常用的傳輸線具有50Ω的特性阻抗，因此叫做“50Ω系統(tǒng)”。還經(jīng)常遇到75Ω系統(tǒng)，偶爾碰到93Ω系統(tǒng)。特性阻抗為Z0的傳輸線如果端接以阻抗Z0，則它的輸入阻抗也將為Z0。例如50Ω的傳輸線在另外一端連接50Ω的電阻，不論傳輸線多長，它的輸入阻抗都將是50Ω。
大多數(shù)帶有高頻分量的信號(hào)源輸出阻抗都近似等于50Ω電阻。如果將這種信號(hào)源連接到50Ω負(fù)載，只需使用一根50Ω的連接電纜就可簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)匹配。在其它情況下，可望采用串聯(lián)電抗、阻抗變換器或其它阻抗匹配技術(shù)將負(fù)載和源阻抗變換到與常用傳輸線阻抗相匹配的數(shù)值。
電信號(hào)在傳輸線上傳輸需花費(fèi)時(shí)間，于是，必須考慮信號(hào)傳播的延遲時(shí)間。對(duì)于大多數(shù)同軸電纜，傳播速度近似為在自由空間中光速的三分之二，其值大約是2x108m/s。這意味著每100英尺電纜的傳播時(shí)間大約為160ns（信號(hào)在這根電纜上傳播100英尺費(fèi)時(shí)160ns）。
六、阻抗失配的影響
系統(tǒng)不匹配帶來許多問題。終端阻抗不等于特性阻抗的傳輸線，其輸入阻抗一般與該終端阻抗相差很大。傳輸線以復(fù)雜的方式變換著阻抗，它與傳輸線長度、工作頻率以及傳輸線失配程度有關(guān)系。阻抗變換基于這樣一個(gè)事實(shí)，即入射到負(fù)載的所有能量不像匹配情況那樣被全部吸收，部分能量將在傳輸線上向著信號(hào)源的方向反射，從而在傳輸線上形成駐波。結(jié)果，如不經(jīng)測(cè)量或計(jì)算就不知道對(duì)發(fā)生器呈現(xiàn)的負(fù)載有多大。傳給負(fù)載的功率將小于最大功率，同時(shí)傳輸線上的駐波將增大傳輸線的損耗。對(duì)脈沖源來說，失配傳輸系統(tǒng)上的來回反射可能成為特別令人煩惱的問題。
反射是因信號(hào)在傳輸線上的傳輸時(shí)間有限所引起的。當(dāng)發(fā)生器發(fā)出一個(gè)脈沖到傳輸線時(shí)，發(fā)生器是將脈沖發(fā)給傳輸線的特性阻抗。因此，發(fā)送到傳輸線的功率與傳輸線末端上的負(fù)載無關(guān)。當(dāng)脈沖到達(dá)傳輸線的末端時(shí)，如果失配，部分功率將被反射，于是，脈沖將沿傳輸線反向傳播。在發(fā)生器也適配的極端情況下，傳輸線上將存在大量的反射脈沖或多次來回反射的脈沖，輸入的每一個(gè)單脈沖都引起輸出端處的多重脈沖。
與不匹配系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的最后一個(gè)問題是信號(hào)發(fā)生器輸出的校準(zhǔn)。正常情況下，信號(hào)發(fā)生器的輸出在指定的匹配負(fù)載狀態(tài)，也就是把一個(gè)等于發(fā)生器輸出阻抗的電阻連接到輸出端的情況下進(jìn)行校準(zhǔn)。在這種匹配狀態(tài)下，負(fù)載兩端和發(fā)生器內(nèi)阻抗呈現(xiàn)的電壓相等，校準(zhǔn)將是準(zhǔn)確的。這意味著，如果發(fā)生器實(shí)質(zhì)上沒有加載，那么它的輸出電壓將是列出的匹配輸出值之兩倍。如果等效負(fù)載的幅度小于Z0，則輸出端的電壓將低于校準(zhǔn)值。此外，極端的負(fù)載（接近短路）可能使波形畸變。
氣敏電阻的應(yīng)用及其工作原理：
一、氣敏電阻的工作原理及其特性
氣敏電阻是一種半導(dǎo)體敏感器件，它是利用氣體的吸附而使半導(dǎo)體本身的電導(dǎo)率發(fā)生變化這一機(jī)理來進(jìn)行檢測(cè)的。人們發(fā)現(xiàn)某些氧化物半導(dǎo)體材料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTiO3等都具有氣敏效應(yīng)。
常用的主要有接觸燃燒式氣體傳感器、電化學(xué)氣敏傳感器和半導(dǎo)體氣敏傳感器等。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測(cè)元件一般為鉑金屬絲（也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層），使用時(shí)對(duì)鉑絲通以電流，保持300℃～400℃的高溫，此時(shí)若與可燃性氣體接觸，可燃性氣體就會(huì)在稀有金屬催化層上燃燒，因此，鉑絲的溫度會(huì)上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測(cè)量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。電化學(xué)氣敏傳感器一般利用液體（或固體、有機(jī)凝膠等）電解質(zhì)，其輸出形式可以是氣體 直接氧化或還原產(chǎn)生的電流，也可以是離子作用于離子電極產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。半導(dǎo)體氣敏傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，應(yīng)用極其廣泛；半導(dǎo)體氣敏元件有N型和P型之分。
N型在檢測(cè)時(shí)阻值隨氣體濃度的增大而減??；P型阻值隨氣體濃度的增大而增大。象SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏材料，屬于 N型半導(dǎo)體，在200～300℃溫度它吸附空氣中的氧，形成氧的負(fù)離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當(dāng)遇到有能供給電子的可燃?xì)?體（如CO等）時(shí)，原來吸附的氧脫附，而由可燃?xì)怏w以正離子狀態(tài)吸附在金屬氧化物半導(dǎo)體表面；氧脫附放出電子，可燃行氣體以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子， 從而使氧化物半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子密度增加，電阻值下降?？扇夹詺怏w不存在了，金屬氧化物半導(dǎo)體又會(huì)自動(dòng)恢復(fù)氧的負(fù)離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。這就是半 導(dǎo)體氣敏元件檢測(cè)可燃?xì)怏w的基本原理。
目前國產(chǎn)的氣敏元件有2種。一種是直熱式，加熱絲和測(cè)量電極一同燒結(jié)在金屬氧化物半導(dǎo)體管芯內(nèi)；另一種是旁熱式，這種氣敏元件以陶瓷管為基底，管內(nèi)穿加熱絲，管外側(cè)有兩個(gè)測(cè)量極，測(cè)量極之間為金屬氧化物氣敏材料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。
以SnO2氣敏元件為例，它是由0.1--10um的晶體集合而成，這種晶體是作為N型半導(dǎo)體而工作的。在正常情況下，是處于氧離子缺位的狀態(tài)。當(dāng)遇到離解能較小且易于失去電子的可燃性氣體分子時(shí)，電子從氣體分子向半導(dǎo)體遷移，半導(dǎo)體的載流子濃度增加，因此電導(dǎo)率增加。而對(duì)于P型半導(dǎo)體來說，它的晶格是陽離子缺位狀態(tài)，當(dāng)遇到可燃性氣體時(shí)其電導(dǎo)率則減小。
氣敏電阻的溫度特性所示，圖中縱坐標(biāo)為靈敏度，即由于電導(dǎo)率的變化所引起在負(fù)載上所得到的值號(hào)電壓。由曲線可以看出，SnO2在室溫下雖能吸附氣體，但其電導(dǎo)率變化不大。但當(dāng)溫度增加后，電導(dǎo)率就發(fā)生較大的變化，因此氣敏元件在使用時(shí)需要加溫。
氣敏電阻靈敏度與溫度的關(guān)系
此外，在氣敏元件的材料中加入微量的鉛、鉑、金、銀等元素以及一些金屬鹽類催化劑可以獲得低溫時(shí)的靈敏度，也可增強(qiáng)對(duì)氣體種類的選擇性。
氣敏電阻根據(jù)加熱的方式可分為直熱式和旁熱式兩種，直熱式消耗功率大，穩(wěn)定性較差，故應(yīng)用逐漸減少。旁熱式性能穩(wěn)定，消耗功率小，其結(jié)構(gòu)上往往加有封壓雙層的不銹鋼絲網(wǎng)防爆，因此安全可靠，其應(yīng)用面較廣。
1、氧化鋅系氣敏電阻
ZnO是屬于N型金屬氧化物半導(dǎo)體，也是一種應(yīng)用較廣泛的氣敏器件。通過摻雜而獲得不同氣體的選擇性，如摻鉑可對(duì)異丁烷、丙烷、乙烷等氣體有較高的靈敏度，而摻鈀則對(duì)氫、一氧化碳、甲烷，煙霧等有較高的靈敏度。這種氣敏元件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：在圓形基板上涂敷ZnO主體成分，當(dāng)中加以隔膜層與催化劑分成兩層而制成。例如生活環(huán)境中的一氧化碳濃度達(dá)0.8～1.15 ml/L時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，甚至?xí)炟实葼顟B(tài)，達(dá)1.84ml/L時(shí)則有在幾分鐘內(nèi)死亡的危險(xiǎn)，因此對(duì)一氧化碳檢測(cè)必須快而準(zhǔn)。利用SnO2 金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏材料，通過顆粒超微細(xì)化和摻雜工藝制備SnO2納米顆粒，并以此為基體摻雜一定催化劑，經(jīng)適當(dāng)燒結(jié)工藝進(jìn)行表面修飾，制成旁熱式燒結(jié) 型CO敏感元件，能夠探測(cè)0.005%～0.5%范圍的CO氣體。
2、氧化鐵系氣敏電阻
當(dāng)還原性氣體與多孔的接觸時(shí)，氣敏電阻的晶粒表面受到還原作用轉(zhuǎn)變?yōu)?，其電阻串迅速降低。這種敏感元件用于檢測(cè)烷類氣體特別靈敏。