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阻抗匹配的意義在哪里

作者: 來源: 時間:2019-08-10
電子行業的工程師經常會遇到阻抗匹配問題。什么是阻抗匹配,為什么要進行阻抗匹配?本文帶您一探究竟!

  電子行業的工程師經常會遇到阻抗匹配問題。什么是阻抗匹配,為什么要進行阻抗匹配?本文帶您一探究竟!
  一、什么是阻抗
  在電學中,常把對電路中電流所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗單位為歐姆,常用Z表示,是一個復數Z= R+i( ωL–1/(ωC))。具體說來阻抗可分為兩個部分,電阻(實部)和電抗(虛部)。其中電抗又包括容抗和感抗,由電容引起的電流阻礙稱為容抗,由電感引起的電流阻礙稱為感抗。
  阻抗匹配的意義在哪里
  二、阻抗匹配的重要性
  阻抗匹配是指信號源或者傳輸線跟負載之間達到一種適合的搭配。阻抗匹配主要有兩點作用,調整負載功率和抑制信號反射。
  1、調整負載功率
  假定激勵源已定,那么負載的功率由兩者的阻抗匹配度決定。對于一個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,此時電路的阻抗來源主要為電阻。如圖2所示,電路中電流I=U/(r+R),負載功率P=I*I*R。由以上兩個方程可得當R=r時P取得最大值,Pmax=U*U/(4*r)。
  2、抑制信號反射
  當一束光從空氣射向水中時會發生反射,這是因為光和水的光導特性不同。同樣,當信號傳輸中如果傳輸線上發生特性阻抗突變也會發生反射。波長與頻率成反比,低頻信號的波長遠遠大于傳輸線的長度,因此一般不用考慮反射問題。高頻領域,當信號的波長與傳輸線長出于相同量級時反射的信號易與原信號混疊,影響信號質量。通過阻抗匹配可有效減少、消除高頻信號反射。
  三、阻抗匹配的方法
  阻抗匹配的方法主要有兩個,一是改變組抗力,二是調整傳輸線。
  改變阻抗力就是通過電容、電感與負載的串并聯調整負載阻抗值,以達到源和負載阻抗匹配。
  調整傳輸線是加長源和負載間的距離,配合電容和電感把阻抗力調整為零。此時信號不會發生發射,能量都能被負載吸收。高速PCB布線中,一般把數字信號的走線阻抗設計為50歐姆。一般規定同軸電纜基帶50歐姆,頻帶75歐姆,對絞線(差分)為85-100歐姆。
  四、阻抗匹配的應用
  1、功放與音箱
  無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才能得到最佳的工作狀態。音箱系統若要完全達到匹配是非常困難的,它的音頻成分總是在不停的變化,好在音箱系統對阻抗匹配度要求并不高。最常見到的喇叭阻抗的標示值是8歐姆,它表示當輸入1KHz的正弦波信號,它呈現的阻抗值是八歐姆;或者是在喇叭的工作頻率響應范圍內,平均阻抗為8歐姆。

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