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用最通俗的語言講一講,什么是阻抗匹配?阻抗匹配的原理

作者:佚名    文章來源:本站原創    點擊數:    更新時間:2022/11/22

小編的上一篇原創文章講了CAN總線的終端電阻,其中提到阻抗不匹配時會引起信號反射,本文將用最通俗的語言讓您了解什么是阻抗匹配?什么是阻抗不匹配?

“阻抗匹配”的百度百科解釋為:

阻抗匹配主要用于傳輸線上,以此來達到所有高頻微波信號均能傳遞至負載點的目的,而且幾乎不會有信號反射回來源點,從而提升能源效益。信號源內阻與所接傳輸線的特性阻抗大小相等且相位相同,或傳輸線的特性阻抗與所接負載阻抗的大小相等且相位相同,分別稱為傳輸線的輸入端或輸出端處于阻抗匹配狀態,簡稱為阻抗匹配。

“用人話”解釋上面阻抗匹配的定義無非以下三點:

  1. 阻抗匹配時傳輸線上無信號反射
  2. 信號傳輸效益最大化
  3. 負載阻抗與傳輸線阻抗大小相同、相位相同

一:阻抗匹配的原理

我們以最容易理解的直流電源和電阻(電阻≠阻抗)的例子講解阻抗匹配的原理:

電源內阻和負載的關系 

上圖中R為負載電阻,r為電源E的內阻,E為電壓源。由于r的存在,當R很大時,電路接近開路狀態;而當R很小時接近短路狀態。顯然負載在開路及短路狀態都不能獲得最大功率。

計算公式如下:

 

從上式可看出,當 R=r 時 ,式中分母中的(R-r)的值最小為0,此時負載所獲取的功率最大。所以,當負載電阻等于電源內阻時,負載將獲得最大功率。這就是電子電路阻抗匹配的基本原理。

r對應了電路中的輸入阻抗,R對應了電路中的輸出阻抗。

二:復雜情況說明

當然,在具有電阻、電感和電容的電路里,對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。

如果三者是串聯的,又知道交流電的頻率f、電阻R、電感L和電容C,那么串聯電路的阻抗Z= R+i( ωL–1/(ωC)),其中R為電阻,ωL為感抗,1/(ωC)為容抗。阻抗的單位是歐。

由此可見,一個具體的電路,其阻抗是隨時變化的,它會隨著電流頻率的改變而改變。容抗和感抗的值除了與電容和電感本身大小有關之外,還與所工作的交流電的頻率有關。

值得注意的是,在電抗電路中,電阻R,感抗與容抗的值不能用簡單的算術相加,而常用阻抗三角形法來計算。因而電抗電路要做到匹配比純電阻電路要復雜很多,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)。

這里指的電抗X即感抗XL和容抗XC之差(僅指串聯電路來講,若并聯電路則 計算更為復雜)。滿足上述條件即稱為阻抗匹配,負載即能得到最大的功率。

三:前情回顧

回顧小編上一篇原創文章中講解信號反射的部分,可以發現,當r=R時,在電路中不會出現阻抗突變,故阻抗匹配時可以防止信號的反射;

Tags:阻抗匹配,終端電阻  
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