阻抗匹配基本概念以与高频阻抗匹配
单片机电路中的阻抗匹配

单片机电路中的阻抗匹配单片机电路中的阻抗匹配1. 引言单片机电路中的阻抗匹配是一个重要的概念,它对于确保电路稳定性、性能优化以及能量传输都有着至关重要的作用。
在本文中,我们将深入探讨单片机电路中的阻抗匹配的重要性、应用领域以及相关的技术和方法。
2. 阻抗匹配的背景与概念阻抗匹配是指在电路中确保信号源和负载之间的阻抗一致,从而最大限度地传输信号能量并减少反射。
在单片机电路中,阻抗匹配不仅可以确保信号的无失真传输,还可以提高电路性能和稳定性。
3. 阻抗匹配的重要性阻抗匹配在单片机电路中起着至关重要的作用,它可以消除信号反射,提高传输效率,减少功耗,并确保电路的稳定性。
阻抗不匹配可能导致信号衰减、失真和不稳定性。
4. 单片机电路中的阻抗匹配技术在单片机电路中,有几种常用的阻抗匹配技术,包括传输线匹配、阻抗变换器和阻抗适配器等。
这些技术可以通过调整电路设计中的元件参数,如电感、电容和电阻等,来实现阻抗匹配。
4.1 传输线匹配传输线匹配是一种常见的阻抗匹配技术,它通过选择适当的传输线特性来匹配信号源和负载的阻抗。
常见的传输线有微带线、同轴电缆和双绞线等。
传输线匹配可以实现高频信号的传输稳定性和传输效率的提高。
4.2 阻抗变换器阻抗变换器是一种通过改变电路中的阻抗来实现阻抗匹配的技术。
常见的阻抗变换器有变压器、电容和电感等。
阻抗变换器可用于将信号源的高阻抗转换为负载的低阻抗,或者将负载的高阻抗转换为信号源的低阻抗。
4.3 阻抗适配器阻抗适配器是一种能够在信号源和负载之间匹配阻抗的电路。
它通过改变适配器的阻抗值来实现阻抗匹配。
常见的阻抗适配器有平衡器和不平衡器等。
阻抗适配器可以使信号源和负载之间的阻抗一致,从而实现信号的无失真传输。
5. 阻抗匹配的应用领域阻抗匹配广泛应用于单片机电路的设计和实现中。
它可以在无线通信系统中提高信号传输质量和信噪比,并减少功率损耗。
阻抗匹配还可以用于声音和图像处理、传感器接口和电力传输等领域。
阻抗匹配概念

阻抗匹配概念阻抗匹配概念阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,得到最大功率输出的一种工作状态。
对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中,当负载电阻等于激励源内阻时,则输出功率为最大,这种工作状态称为匹配,否则称为失配。
当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份只数值相等而符号相反。
这种匹配条件称为共扼匹配。
阻抗匹配(Impedance matching)是微波电子学里的一部分,主要用于传输线上,来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益。
大体上,阻抗匹配有两种,一种是透过改变阻抗力(lumped-circuit matching),另一种则是调整传输线的波长(transmission line matching)。
要匹配一组线路,首先把负载点的阻抗值,除以传输线的特性阻抗值来归一化,然后把数值划在史密夫图表上。
改变阻抗力把电容或电感与负载串联起来,即可增加或减少负载的阻抗值,在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。
如果把电容或电感接地,首先图表上的点会以图中心旋转180度,然后才沿电阻圈走动,再沿中心旋转180度。
重覆以上方法直至电阻值变成1,即可直接把阻抗力变为零完成匹配。
调整传输线由负载点至来源点加长传输线,在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走动,直至走到电阻值为1的圆圈上,即可加电容或电感把阻抗力调整为零,完成匹配阻抗匹配则传输功率大,对于一个电源来讲,单它的内阻等于负载时,输出功率最大,此时阻抗匹配。
最大功率传输定理,如果是高频的话,就是无反射波。
对于普通的宽频放大器,输出阻抗50Ω,功率传输电路中需要考虑阻抗匹配,可是如果信号波长远远大于电缆长度,即缆长可以忽略的话,就无须考虑阻抗匹配了。
阻抗匹配是指在能量传输时,要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等,此时的传输不会产生反射,这表明所有能量都被负载吸收了.反之则在传输中有能量损失。
电子电路中的传输线与阻抗匹配技巧

电子电路中的传输线与阻抗匹配技巧传输线是电子电路中起到信号传输作用的重要组成部分。
在高频电路中,传输线的特性阻抗与信号源、负载之间的匹配关系尤为重要。
本文将介绍电子电路中的传输线以及阻抗匹配的相关技巧。
一、传输线的基本概念和特性传输线是用来传输信号的导线或电缆,由于其特殊的结构和特性,在高频电路中具有重要作用。
在电子电路中常见的传输线类型包括微带线、同轴电缆和双绞线等。
不同类型的传输线具有不同的特性阻抗,这是由其内部结构和材料参数决定的。
特性阻抗是一个重要的参数,影响着信号在传输线上的传输效果。
当信号源的阻抗与传输线的特性阻抗不匹配时,会导致信号的反射和功率损耗,影响系统的性能。
二、阻抗匹配的基本原理阻抗匹配是为了实现信号源、传输线和负载之间的匹配,从而减少信号的反射和功率损耗。
阻抗匹配的基本原理是通过合适的电路设计和参数选择,使得信号源的阻抗与传输线的特性阻抗以及负载的阻抗相匹配。
传输线的特性阻抗与负载阻抗之间的匹配,可以采用两种基本方法:并联匹配和串联匹配。
并联匹配是在传输线和负载之间添加补偿电路,使得总阻抗等于特性阻抗;串联匹配则是在信号源与传输线之间添加匹配电路,使得总阻抗等于特性阻抗。
三、阻抗匹配的常用技巧1. 使用匹配电路:对于特定的传输线和负载阻抗,可以设计并添加串联或并联的匹配电路,实现阻抗匹配。
2. 使用阻抗转换器:阻抗转换器是一种常用的阻抗匹配技巧。
它可以将信号源的阻抗与传输线的特性阻抗进行转换,从而实现阻抗的匹配。
3. 使用特性阻抗匹配:选择合适的传输线特性阻抗,使其与信号源和负载的阻抗相匹配,减少反射和功率损耗。
4. 使用负载匹配网络:在负载端添加匹配网络,将传输线的特性阻抗转换为负载所需的阻抗。
5. 考虑信号源和负载的阻抗变化:在设计电子电路时,需要考虑信号源和负载阻抗的变化范围,以便选择合适的阻抗匹配技巧。
四、阻抗匹配的实例分析以微带线作为传输线,讨论其阻抗匹配的实例。
RF基本观念_高频阻抗匹配与VSWR

-27-
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二. 阻抗失配
(A) ZL Z0 E
ZL ZL =Z0 1.5E E
ZL
ZL=3Z0
0.5E
0
3/4 1/2 1/4 Load
(B) ZL < Z0
E
1.5E E
ZL ZL=1/3Z0
0.5E
-17-
0
3/4
1/2
1/4 Load
電抗性負載與阻抗匹(失)配的狀態
電抗性負載 (Reactive Loads)
-13-
傳輸線路
0 90 180 270 360 450
傳輸部分能量且反射 部分能量的狀態
Load
VSWR =1.5 / 0.5 = 3
-14-
設計傳輸線(T.L)用於阻抗匹配的實務考量
根據頻率( f )與波長( )特性 :
=C/f
呈現頻率愈高,波長愈短成反比關係.
IN
LUMPED L
圖示B Ref/Fwd Power
1- Ref/Fwd Power
VSWR=1+
SWR表測量 FWD POWER (S - S1) SWR表測量 REF POWER (S - S 2)
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同軸電纜的長度與SWR測定關係
測定反射波時,將SWR表置入於射頻模組與天線之間, 如圖右所示. 該 駐波隨同軸電纜長度(L)位置不同而有差異;原則上,應插入於電性相同 處即同軸電纜 1/2 整倍數來測定.
VSWR Meter
Radio Set
Out- Circuit System
通信电子中的阻抗匹配技术

通信电子中的阻抗匹配技术随着通信电子技术的不断发展,阻抗匹配技术在信号处理和传输中的重要性也日益突显,被广泛应用于各种通信系统中。
阻抗匹配技术可以帮助提高通信系统的传输效率和信号质量,从而最大限度地提高信号的可靠性和稳定性,为我们带来了更加便捷和高效的通信体验。
1. 阻抗匹配技术的基础知识阻抗是指在电路中呈现出的供电源的电容和电感的反抗,它是电路的一种特性。
在通信电子系统中,阻抗匹配技术是把两种不同阻抗的电路连接在一起时,通过适当的元器件调整电路中阻抗的大小,使得两种电路的阻抗相等,从而达到信号的传输和处理。
阻抗匹配技术可分为串联匹配和并联匹配。
串联匹配是将电阻、电感等元器件串联在信号传输线路上,通过元器件的阻抗特性阻止信号的反射,并消除传输线上的阻抗不匹配问题。
而并联匹配则是将元器件并联在信号传输线路上,以达到同样的效果。
2. 阻抗匹配技术的应用领域阻抗匹配技术被广泛应用于通信电子系统中的各个方面,如无线通信、广播电视、卫星通信、有线通信等。
下面以无线通信为例,简要介绍阻抗匹配技术的应用:(1)手机天线阻抗匹配在手机通信中,天线是连接手机和基站之间的关键组成部分。
为了提高手机与基站之间的通信质量,需要通过合适的阻抗匹配电路匹配天线和手机的阻抗,从而减少信号的反射和干扰,提升信号质量和传输速率,使得手机通信更加可靠、稳定。
在手机中,通常使用调谐电路和天线封装在一起,形成一个整体天线组件,以实现天线阻抗匹配。
(2)基站天线阻抗匹配与手机天线阻抗匹配类似,基站天线阻抗匹配同样非常重要。
基站天线用于接收和发射信号,如果阻抗不匹配,将会造成信号的反射和干扰,导致通信效果不佳。
因此,在基站中也需要使用阻抗匹配技术,通过适当的调整电路中的元器件来匹配天线和基站的阻抗,以提高信号传输的效率和质量。
(3)无线传感器阻抗匹配无线传感器是物联网中重要的组成部分,它们可以通过无线信号实现对周围环境的监测和控制。
在无线传感器中,需要通过阻抗匹配技术来消除信号的反射和干扰,以提高信号传输速率和抗干扰能力,从而提高整个传感系统的信号质量和稳定性。
关于阻抗、阻抗匹配和电容的作用

关于阻抗、阻抗匹配和电容的作用关于阻抗、阻抗匹配和电容的作用收藏1. 阻抗的概念在具有电阻、电感和电容的电路里,对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。
常用Z来表示,它的值由交流电的频率、电阻R、电感L、电容C相互作用来决定。
由此可见,一个具体的电路,其阻抗是随时变化的,它会随着电流频率的改变而改变。
2. 阻抗匹配的概念阻抗匹配是微波电子学里的一部分,主要用于传输线上,来达到所有高频微波信号都能传至负载的目的,不会有信号反射回来源点,从而提高能源效益。
如果不匹配有什么后果呢?如果不匹配,则会形成反射,能力传递不过去,降低效率,会在传输线上形成驻波,导致传输线的有效功率容量降低;功率发射不出去,甚至会损坏发射设备。
如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时,则会产生震荡,辐射干扰等。
其对整个系统的影响是非常严重的。
而在低频电路中,我们一般不考虑传输线的匹配问题,只考虑信号源跟负载之间的情况,因为低频信号的波长相对于传输线来说很长,传输线可以看成是“短线”,反射可以不考虑(因为线短,即使反射回来,跟原信号还是一样的)。
当阻抗不匹配时,有哪些办法让它匹配呢?第一,可以考虑使用变压器来做阻抗转换。
第二,可以考虑使用串联/并联电容或电感的办法,这在调试射频电路时常使用,在一般电路设计较为少用。
第三,可以考虑使用串联/并联电阻的办法,即为串联终端匹配和并联终端匹配。
下面针对第三种匹配方法做简单的介绍,1)、串联终端匹配串联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下,在信号端和传输线之间串接一个电阻R,使源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配,抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射。
串联匹配不要求信号驱动器具有很大的电流驱动能力。
串联终端匹配后的信号传输具有以下特点:A 由于串联匹配电阻的作用,驱动信号传播时以其幅度的50%向负载端传播;B 信号在负载端的反射系数接近+1,因此反射信号的幅度接近原始信号幅度的50%。
为什么要进行阻抗匹配

为什么要进行阻抗匹配电子行业的工程师经常会遇到阻抗匹配问题。
什么是阻抗匹配,为什么要进行阻抗匹配?本文带您一探究竟!一、什么是阻抗在电学中,常把对电路中电流所起的阻碍作用叫做阻抗。
阻抗单位为欧姆,常用Z表示,是一个复数Z= R+i( ωL–1/(ωC))。
具体说来阻抗可分为两个部分,电阻(实部)和电抗(虚部)。
其中电抗又包括容抗和感抗,由电容引起的电流阻碍称为容抗,由电感引起的电流阻碍称为感抗。
图1 复数表示方法二、阻抗匹配的重要性阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间达到一种适合的搭配。
阻抗匹配主要有两点作用,调整负载功率和抑制信号反射。
1、调整负载功率假定激励源已定,那么负载的功率由两者的阻抗匹配度决定。
对于一个理想化的纯电阻电路或者低频电路,由电感、电容引起的电抗值基本可以忽略,此时电路的阻抗来源主要为电阻。
如图2所示,电路中电流I=U/(r+R),负载功率P=I*I*R。
由以上两个方程可得当R=r时P取得最大值,Pmax=U*U/(4*r)。
图2 负载功率调整2、抑制信号反射当一束光从空气射向水中时会发生反射,这是因为光和水的光导特性不同。
同样,当信号传输中如果传输线上发生特性阻抗突变也会发生反射。
波长与频率成反比,低频信号的波长远远大于传输线的长度,因此一般不用考虑反射问题。
高频领域,当信号的波长与传输线长出于相同量级时反射的信号易与原信号混叠,影响信号质量。
通过阻抗匹配可有效减少、消除高频信号反射。
图3 正常信号图4 异常信号(反射引起超调)三、阻抗匹配的方法阻抗匹配的方法主要有两个,一是改变组抗力,二是调整传输线。
改变阻抗力就是通过电容、电感与负载的串并联调整负载阻抗值,以达到源和负载阻抗匹配。
调整传输线是加长源和负载间的距离,配合电容和电感把阻抗力调整为零。
此时信号不会发生发射,能量都能被负载吸收。
高速PCB布线中,一般把数字信号的走线阻抗设计为50欧姆。
一般规定同轴电缆基带50欧姆,频带75欧姆,对绞线(差分)为85-100欧姆。
阻抗匹配

阻抗匹配(Impedance Matching)学院:信息工程学院班级: 08通信一班姓名:______王鲲鹏_______学号: 0839050阻抗匹配(Impedance Matching)1.什么是阻抗匹配?阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。
阻抗匹配分为低频和高频两种情况讨论。
在低频电路中,一般不考虑传输线的匹配问题,只考虑信号源跟负载之间的情况,因为低频信号的波长相对于传输线来说很长,传输线可以看成是“短线”,反射可以不考虑(可以这么理解:因为线短,即使反射回来,跟原信号还是一样的)。
从以上分析可以得出结论:如果需要输出电流大,则选择小的负载R;如果需要输出电压大,则选择大的负载R;如果需要输出功率最大,则选择跟信号源内阻匹配的电阻R。
当交流电路中含有容性或感性阻抗时,就需要信号源与负载阻抗的的实部相等,虚部互为相反数,此时达到匹配。
有时阻抗不匹配还有另外一层意思,例如一些仪器输出端是在特定的负载条件下设计的,如果负载条件改变了,则可能达不到原来的性能,这时我们也会叫做阻抗失配。
在高频电路中,我们还必须考虑反射的问题。
当信号的频率很高时,则信号的波长就很短,当波长短得跟传输线长度可以比拟时,反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状。
如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不相等(即不匹配)时,在负载端就会产生反射。
传输线的特征阻抗(也叫做特性阻抗)是由传输线的结构以及材料决定的,而与传输线的长度,以及信号的幅度、频率等均无关。
阻抗匹配(Impedance Matching)在高频设计中是一个常用的概念,是微波电子学里的一部分,主要用于传输线上,来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,不会有信号反射回来源点。
匹配的实质就是设法在终端负载附近产生一新的反射波,使它恰好和负载引起的反射波等辐反相,彼此抵消,从而达到匹配传输的目的,从而提升能源效益。
一旦匹配完善,传输线即处于行波工作状态。
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英文名称:impedance matching基本概念信号传输过程中负载阻抗和信源内阻抗之间的特定配合关系。
一件器材的输出阻抗和所连接的负载阻抗之间所应满足的某种关系,以免接上负载后对器材本身的工作状态产生明显的影响。
对电子设备互连来说,例如信号源连放大器,前级连后级,只要后一级的输入阻抗大于前一级的输出阻抗5-10倍以上,就可认为阻抗匹配良好;对于放大器连接音箱来说,电子管机应选用与其输出端标称阻抗相等或接近的音箱,而晶体管放大器则无此限制,可以接任何阻抗的音箱。
匹配条件①负载阻抗等于信源内阻抗,即它们的模与辐角分别相等,这时在负载阻抗上可以得到无失真的电压传输。
②负载阻抗等于信源内阻抗的共轭值,即它们的模相等而辐角之和为零。
这时在负载阻抗上可以得到最大功率。
这种匹配条件称为共轭匹配。
如果信源内阻抗和负载阻抗均为纯阻性,则两种匹配条件是等同的。
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,得到最大功率输出的一种工作状态。
对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中,当负载电阻等于激励源内阻时,则输出功率为最大,这种工作状态称为匹配,否则称为失配。
当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份绝对值相等而符号相反。
这种匹配条件称为共扼匹配。
阻抗匹配(Impedance matching)是微波电子学里的一部分,主要用于传输线上,来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益。
史密夫图表上。
电容或电感与负载串联起来,即可增加或减少负载的阻抗值,在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。
如果把电容或电感接地,首先图表上的点会以图中心旋转180度,然后才沿电阻圈走动,再沿中心旋转180度。
重覆以上方法直至电阻值变成1,即可直接把阻抗力变为零完成匹配。
共轭匹配在信号源给定的情况下,输出功率取决于负载电阻与信号源内阻之比K,当两者相等,即K=1时,输出功率最大。
然而阻抗匹配的概念可以推广到交流电路,当负载阻抗与信号源阻抗共轭时,能够实现功率的最大传输,如果负载阻抗不满足共轭匹配的条件,就要在负载和信号源之间加一个阻抗变换网络,将负载阻抗变换为信号源阻抗的共轭,实现阻抗匹配。
匹配分类大体上,阻抗匹配有两种,一种是透过改变阻抗力(lumped-circuit matching),另一种则是调整传输线的波长(transmission line matching)。
要匹配一组线路,首先把负载点的阻抗值除以传输线的特性阻抗值来归一化,然后把数值划在史密夫图表上。
1. 改变阻抗力把电容或电感与负载串联起来,即可增加或减少负载的阻抗值,在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。
如果把电容或电感接地,首先图表上的点会以图中心旋转180度,然后才沿电阻圈走动,再沿中心旋转180度。
重复以上方法直至电阻值变成1,即可直接把阻抗力变为零完成匹配。
2. 调整传输线由负载点至来源点加长传输线,在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走动,直至走到电阻值为1的圆圈上,即可加电容或电感把阻抗力调整为零,完成匹配。
阻抗匹配则传输功率大,对于一个电源来讲,单它的内阻等于负载时,输出功率最大,此时阻抗匹配。
最大功率传输定理,如果是高频的话,就是无反射波。
对于普通的宽频放大器,输出阻抗50Ω,功率传输电路中需要考虑阻抗匹配,可是如果信号波长远远大于电缆长度,即缆长可以忽略的话,就无须考虑阻抗匹配了。
阻抗匹配是指在能量传输时,要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等,此时的传输不会产生反射,这表明所有能量都被负载吸收了。
反之则在传输中有能量损失。
高速PCB布线时,为了防止信号的反射,要求是线路的阻抗为50欧姆。
这是个大约的数字,一般规定同轴电缆基带50欧姆,频带75欧姆,对绞线则为 100欧姆,只是取个整而已,为了匹配方便。
何为阻抗阻抗是电阻与电抗在向量上的和。
高频电路的阻抗匹配由于高频功率放大器工作于非线性状态,所以线性电路和阻抗匹配(即:负载阻抗与电源内阻相等)这一概念不能适用于它。
因为在非线性(如:丙类)工作的时候,电子器件的内阻变动剧烈:通流的时候,内阻很小;截止的时候,内阻接近无穷大。
因此输出电阻不是常数。
所以所谓匹配的时候内阻等于外阻,也就失去了意义。
因此,高频功率放大的阻抗匹配概念是:在给定的电路条件下,改变负载回路的可调元件,使电子器件送出额定的输出功率至负载。
这就叫做达到了匹配状态。
------------------------------------------------------怎样理解阻抗匹配阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。
阻抗匹配分为低频和高频两种情况讨论。
我们先从直流电压源驱动一个负载入手。
由于实际的电压源,总是有内阻的,我们可以把一个实际电压源,等效成一个理想的电压源跟一个电阻r串联的模型。
假设负载电阻为R,电源电动势为U,内阻为r,那么我们可以计算出流过电阻R的电流为:I=U/(R+r),可以看出,负载电阻R越小,则输出电流越大。
负载R上的电压为:Uo=IR=U*[1+(r/R)],可以看出,负载电阻R越大,则输出电压Uo越高。
再来计算一下电阻R消耗的功率为:P=I*I*R=[U/(R+r)]*[U/(R+r)]*R=U*U*R/(R*R+2*R*r+r*r)=U*U*R/[(R-r)*(R-r)+4*R*r]=U*U/{[(R-r)*(R-r)/R]+4*r}对于一个给定的信号源,其内阻r是固定的,而负载电阻R则是由我们来选择的。
注意式中[(R-r)*(R-r)/R],当R=r时,[(R-r)*(R-r)/R]可取得最小值0,这时负载电阻R上可获得最大输出功率Pmax=U*U/(4*r)。
即,当负载电阻跟信号源内阻相等时,负载可获得最大输出功率,这就是我们常说的阻抗匹配之一。
对于纯电阻电路,此结论同样适用于低频电路及高频电路。
当交流电路中含有容性或感性阻抗时,结论有所改变,就是需要信号源与负载阻抗的的实部相等,虚部互为相反数,这叫做共厄匹配。
在低频电路中,我们一般不考虑传输线的匹配问题,只考虑信号源跟负载之间的情况,因为低频信号的波长相对于传输线来说很长,传输线可以看成是“短线”,反射可以不考虑(可以这么理解:因为线短,即使反射回来,跟原信号还是一样的)。
从以上分析我们可以得出结论:如果我们需要输出电流大,则选择小的负载R;如果我们需要输出电压大,则选择大的负载R;如果我们需要输出功率最大,则选择跟信号源内阻匹配的电阻R。
有时阻抗不匹配还有另外一层意思,例如一些仪器输出端是在特定的负载条件下设计的,如果负载条件改变了,则可能达不到原来的性能,这时我们也会叫做阻抗失配。
在高频电路中,我们还必须考虑反射的问题。
当信号的频率很高时,则信号的波长就很短,当波长短得跟传输线长度可以比拟时,反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状。
如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不匹配(相等)时,在负载端就会产生反射。
为什么阻抗不匹配时会产生反射以及特征阻抗的求解方法,牵涉到二阶偏微分方程的求解,在这里我们不细说了,有兴趣的可参看电磁场与微波方面书籍中的传输线理论。
传输线的特征阻抗(也叫做特性阻抗)是由传输线的结构以及材料决定的,而与传输线的长度,以及信号的幅度、频率等均无关。
例如,常用的闭路电视同轴电缆特性阻抗为75欧,而一些射频设备上则常用特征阻抗为50欧的同轴电缆。
另外还有一种常见的传输线是特性阻抗为300欧的扁平平行线,这在农村使用的电视天线架上比较常见,用来做八木天线的馈线。
因为电视机的射频输入端输入阻抗为75欧,所以300欧的馈线将与其不能匹配。
实际中是如何解决这个问题的呢?不知道大家有没有留意到,电视机的附件中,有一个300欧到75欧的阻抗转换器(一个塑料包装的,一端有一个圆形的插头的那个东东,大概有两个大拇指那么大的)?它里面其实就是一个传输线变压器,将300欧的阻抗,变换成75欧的,这样就可以匹配起来了。
这里需要强调一点的是,特性阻抗跟我们通常理解的电阻不是一个概念,它与传输线的长度无关,也不能通过使用欧姆表来测量。
为了不产生反射,负载阻抗跟传输线的特征阻抗应该相等,这就是传输线的阻抗匹配。
如果阻抗不匹配会有什么不良后果呢?如果不匹配,则会形成反射,能量传递不过去,降低效率;会在传输线上形成驻波(简单的理解,就是有些地方信号强,有些地方信号弱),导致传输线的有效功率容量降低;功率发射不出去,甚至会损坏发射设备。
如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时,会产生震荡,辐射干扰等。
当阻抗不匹配时,有哪些办法让它匹配呢?第一,可以考虑使用变压器来做阻抗转换,就像上面所说的电视机中的那个例子那样。
第二,可以考虑使用串联/并联电容或电感的办法,这在调试射频电路时常使用。
第三,可以考虑使用串联/并联电阻的办法。
一些驱动器的阻抗比较低,可以串联一个合适的电阻来跟传输线匹配,例如高速信号线,有时会串联一个几十欧的电阻。
而一些接收器的输入阻抗则比较高,可以使用并联电阻的方法,来跟传输线匹配,例如,485总线接收器,常在数据线终端并联120欧的匹配电阻。
为了帮助大家理解阻抗不匹配时的反射问题,我来举两个例子:假设你在练习拳击——打沙包。
如果是一个重量合适的、硬度合适的沙包,你打上去会感觉很舒服。
但是,如果哪一天我把沙包做了手脚,例如,里面换成了铁沙,你还是用以前的力打上去,你的手可能就会受不了了——这就是负载过重的情况,会产生很大的反弹力。
相反,如果我把里面换成了很轻很轻的东西,你一出拳,则可能会扑空,手也可能会受不了——这就是负载过轻的情况。
另一个例子,不知道大家有没有过这样的经历:就是看不清楼梯时上/下楼梯,当你以为还有楼梯时,就会出现“负载不匹配”这样的感觉了。
当然,也许这样的例子不太恰当,但我们可以拿它来理解负载不匹配时的反射情况。
------------------------------------------------------高速PCB设计中的阻抗匹配(资料整理)阻抗匹配阻抗匹配是指在能量传输时,要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等,此时的传输不会产生反射,这表明所有能量都被负载吸收了。
反之则在传输中有能量损失。
在高速PCB 设计中,阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。
PCB走线什么时候需要做阻抗匹配?不主要看频率,而关键是看信号的边沿陡峭程度,即信号的上升/下降时间,一般认为如果信号的上升/下降时间(按10%~90%计)小于6倍导线延时,就是高速信号,必须注意阻抗匹配的问题。
导线延时一般取值为150ps/inch。