总线传输时阻抗匹配的原理
can总线匹配电阻接法

can总线匹配电阻接法Can总线匹配电阻接法是一种常用的电路设计方法,用于匹配Can 总线信号的电阻阻抗。
本文将从Can总线的基本原理、匹配电阻的作用以及接法等方面进行介绍和分析。
我们来了解一下Can总线的基本原理。
Can总线是一种串行通信协议,常用于汽车电子系统中。
它通过一对差分信号线来传输数据,其中一条线为CAN_H线,另一条线为CAN_L线。
Can总线的通信速率可以达到几百kbps甚至更高,同时具有良好的抗干扰性能和可靠性。
Can总线的匹配电阻起到了两个重要的作用。
首先,它能够使Can 总线信号在传输过程中保持稳定,降低信号的反射和衰减。
其次,它能够提供合适的阻抗匹配,使信号在Can总线上能够正确地传输和接收。
接下来,我们来看一下Can总线匹配电阻的接法。
Can总线匹配电阻的接法有两种常见的方式,分别是并联接法和串联接法。
首先是并联接法,也称为终端电阻接法。
在Can总线的两端分别连接一个匹配电阻,通常取值为120欧姆。
这种接法能够有效地抑制信号的反射,提高信号的传输质量。
同时,终端电阻的作用还包括降低Can总线的信号抖动和消除信号之间的互相干扰。
其次是串联接法,也称为分段电阻接法。
在Can总线的每个节点之间连接一个匹配电阻,同样取值为120欧姆。
这种接法能够提供更好的阻抗匹配,避免信号的反射。
同时,串联电阻的作用还包括隔离Can总线的各个节点,保证每个节点的信号独立传输。
无论是并联接法还是串联接法,Can总线匹配电阻的取值都是120欧姆。
这是因为Can总线的特性阻抗为120欧姆,只有当匹配电阻的阻值等于特性阻抗时,信号才能够得到完美的匹配和传输。
在实际设计中,除了匹配电阻的接法外,还需要考虑一些其他因素。
例如,Can总线的物理布线、电源电压和信号幅值等都会对匹配电阻的选择和接法产生影响。
因此,在设计Can总线匹配电阻接法时,需要综合考虑这些因素,并根据具体情况进行调整和优化。
总结起来,Can总线匹配电阻接法是一种重要的电路设计方法,用于保证Can总线信号的稳定传输和正确接收。
为什么要阻抗匹配_电路阻抗大好还是小好

为什么要阻抗匹配_电路阻抗大好还是小好
阻抗匹配简介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。
为什么要阻抗匹配_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。
是否什么时候都要考虑阻抗匹配?在普通的宽频带放大器中,因为输出阻抗为50Ω,所以需要考虑在功率传输电路中进行阻抗匹配。
但是,实际上当电缆的长度对于信号的波长来说可以忽略不计时,就勿需阻抗匹配的。
总线传输时阻抗匹配的原理

总线传输时阻抗匹配的原理总线传输是一种常用的通信方式,它可以实现多个设备之间的数据传输。
在总线传输中,为了保证信号的最佳传输质量,阻抗匹配是一项非常关键的技术。
本文将从总线传输的基本原理、阻抗的概念以及阻抗匹配的原理进行详细介绍。
一、总线传输的基本原理总线传输是一种共享传输介质的通信方式。
它通过在传输介质上同时发送和接收信号来实现多个设备之间的数据传输。
总线传输有许多不同的实现方法,如并行总线、串行总线等。
在总线传输中,数据的传输速率和传输距离常常受到干扰和衰减的影响。
为了提高传输质量,减少传输错误和噪声,阻抗匹配技术应运而生。
二、阻抗的概念阻抗是指电路对交流电流和电压的阻碍程度。
在电路中,当交流电压或电流通过电路时,电路的阻抗会导致电路中的电压和电流发生改变。
阻抗由两个主要组成部分构成:电阻和电抗。
电阻是阻止电流通过电路的电性质,它以欧姆(Ω)为单位表示。
电抗是阻碍交流电流通过电路的电性质,它包括电容性抗性(电容器)和感性抗性(电感器)。
阻抗可以用公式表示为:Z=R+jX其中,Z表示阻抗,R表示电阻,X表示电抗。
在总线传输中,阻抗匹配的目标是使传输线上的阻抗与信号源和接收器的阻抗相匹配。
阻抗匹配的原理是为了最大限度地减小信号在总线传输线上的反射和干扰,提高信号的传输质量。
阻抗匹配可以通过两种方法实现:电气调节和机械调节。
1.电气调节:电气调节是通过改变传输线和信号源/接收器之间的电气特性来实现阻抗匹配的。
其中一个常用的方法是在传输线上添加终端电阻。
终端电阻与传输线上的特性阻抗相等,可以有效地消除信号在传输线上的反射。
2.机械调节:机械调节是通过改变传输线上的物理特性来实现阻抗匹配的。
其中一个常用的方法是调节传输线的长度,使其与信号的波长相匹配。
通过这种方式,可以减小信号在传输线上的反射和损耗,提高信号的传输质量。
阻抗匹配的具体实现方法有很多种,例如使用匹配网络、负载均衡器、缓冲放大器等。
不同的应用场景和传输要求需要选择不同的阻抗匹配技术。
高速电路设计中的阻抗匹配技术研究

高速电路设计中的阻抗匹配技术研究近年来,随着电子技术的高速发展,高速电路的设计变得越来越重要。
在高速电路设计中,阻抗匹配技术扮演着至关重要的角色。
阻抗匹配能够在电路中提供最优的信号传输,减少信号的反射和损耗,从而增加电路的性能和稳定性。
本文将探讨高速电路设计中的阻抗匹配技术的研究进展和应用。
一、阻抗匹配技术的基础原理阻抗是指电流和电压之间的比值,用于描述电路对信号的响应。
在高速电路设计中,阻抗匹配技术可以通过调整传输线和装配件的阻抗来使其与信号源和负载的阻抗匹配,以减少信号的反射和损耗。
阻抗匹配技术的基础原理包括特性阻抗、传输线理论和阻抗转换。
特性阻抗是指传输线上单位长度的电阻和电抗的比值,用来描述传输线的特性。
在高速电路设计中,特性阻抗的选择对信号传输有着重要的影响。
传输线理论是指通过传输线的波动传播现象,例如电压波和电流波在传输线上的行为。
通过合理地选择传输线的特性阻抗,可以使信号在传输线上传播时最大限度地减少反射和损耗。
阻抗转换是指在不同特性阻抗之间进行阻抗匹配的过程,例如通过使用阻抗匹配装配件或变压器。
二、阻抗匹配技术的研究进展随着高速电路设计的要求日益严格,阻抗匹配技术也在不断发展和改进。
以下是几个阻抗匹配技术的研究进展:1. 传输线的特性阻抗选择在高速电路设计中,选择适当的传输线特性阻抗尤为重要。
一种常用的特性阻抗是50欧姆,适用于许多应用场景。
然而,在一些特殊应用中,如射频(RF)电路设计,特性阻抗可以选择为其他值,例如75欧姆或100欧姆。
选择适当的特性阻抗可以优化信号的传输效果。
2. 差分传输线技术差分传输线技术是一种常用的阻抗匹配技术,适用于高速信号传输。
差分传输线技术通过使用两条相互平行的传输线,将信号和其互补(反相)信号一起传输。
差分信号传输可以提高抗干扰能力,减少信号的互相干扰。
3. 阻抗匹配装配件阻抗匹配装配件是用于在不同特性阻抗之间实现阻抗匹配的器件,例如阻抗匹配器。
微带传输线的阻抗匹配问题

微带传输线的阻抗匹配问题微带传输线的匹配问题串联匹配Rs 为驱动端的输出电阻(电阻值很小);Z0为传输线特征阻抗;负载端输入电阻很大,近似开路。
为了达到电阻匹配,在驱动端串联电阻R ,使Rs +R =Z0(电阻串联匹配)当驱动端有一个从5V 降到1V 的脉冲时(具体多大电压不重要),在信号从负载端反射回驱动端之前,驱动端的压降只有2V ,(5-1)/2,相当是Rs +R 和Z0分压(如图下部),就是搞不懂为什么会分压,Z0怎么就接地了呢?请教,谢谢!传输线是一对导线组成的,包括信号传播路径和返回路径(即“地”)。
特征阻抗是指传播路径和返回路径之间的等效电阻。
只要信号没达到终端,在任何时刻,在传输线上的任意点,信号都会“感受”到该等效电阻,因为传输线上任意点都要给该点以后的传输线提供能量。
我认为传输线的特征阻抗并不是表示一个串联在源端和终端之间的一个电阻,应该认为在源端看来,它是一个阻值为Z0的到地的一个电阻。
从理想传输线模型(大概是这样,具体忘了,可能有不少问题)可以看到这一点。
信号从源端入射,不断地给分布电容、分布电感提供能量,从左到右建立电磁场,直到信号传送到终端。
并联匹配上面我说的只是源端的情况。
下面说说终端的情况。
信号传到终端时,根据负载的不同,情况不同。
当负载阻抗等于特征阻抗时,信号被负载完全吸收,不会发生反射;当负载阻抗大于特征阻抗时,会有一个电压为正的反射信号,一种典型情况是终端开路,这时反射电压等于入射电压,即全反射;负载阻抗大于特征阻抗时,会有一个电压为负的反射信号,一种典型情况是终端短路,这时反射电压等于负的入射电压。
反射电压和入射电压会在终端叠加,所以当终端负载阻抗很大时,会有信号过冲。
为了抑制信号的反射,需要做阻抗匹配。
所谓的阻抗匹配,就是使得传输线的终端负载等于特征阻抗。
匹配有两种方法:1. 源端串联匹配方法。
这种匹配方法实际上是在传输线上入射一半的信号电压,当信号传到终端时,由于负载阻抗非常大,近似于开路,信号在终端发生全反射,反射电压加上入射电压就等于信号原来的电压了。
阻抗匹配

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。
阻抗匹配的原理与方法

一、50ohm特征阻抗终端电阻的应用场合:时钟,数据,地址线的终端串联,差分数据线终端并联等。
终端电阻示图B.终端电阻的作用:1、阻抗匹配,匹配信号源和传输线之间的阻抗,极少反射,避免振荡。
2、减少噪声,降低辐射,防止过冲。
在串联应用情况下,串联的终端电阻和信号线的分布电容以及后级电路的输入电容组成RC滤波器,消弱信号边沿的陡峭程度,防止过冲。
C.终端电阻取决于电缆的特性阻抗。
D.如果使用0805封装、1/10W的贴片电阻,但要防止尖峰脉冲的大电流对电阻的影响,加30PF的电容.E.有高频电路经验的人都知道阻抗匹配的重要性。
在数字电路中时钟、信号的数据传送速度快时,更需注意配线、电缆上的阻抗匹配。
高频电路、图像电路一般都用同轴电缆进行信号的传送,使用特性阻抗为Zo=150Ω、75Ω的同轴电缆。
同轴电缆的特性阻抗Zo,由电缆的内部导体和外部屏蔽内径D及绝缘体的导电率er决定:另外,处理分布常数电路时,用相当于单位长的电感L和静电容量C的比率也能计算,如忽略损耗电阻,则图1是用于测定同轴电缆RG58A/U、长度5m的输入阻抗ZIN时的电路构成。
这里研究随着终端电阻RT的值,传送线路的阻抗如何变化。
图1 同轴传送线路的终端电阻构成只有当同轴电缆的特性阻抗Zo和终端阻抗RT的值相等时,即ZIN=Zo=RT称为阻抗匹配。
Zo≠RT时随着频率f,ZIN变化。
作为一个极端的例子,当RT=0、RT=∞时可理解其性质(阻抗以,λ/4为周期起伏波动)。
图2是RT=50Ω(稍微波动的曲线)、75Ω、dOΩ时的输人阻抗特性。
当Zo≠RT时由于随着频率,特性阻抗会变化,所以传送的电缆的频率特上产生弯曲.二、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(请参看输出阻抗一问),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。
阻抗匹配原理

阻抗匹配原理
阻抗匹配是一种用于电路设计中的技术,旨在实现电路之间的最大功率传输。
阻抗匹配原理通过调整电路内部阻抗的数值,使其与外部电路的阻抗相等,以达到能量传输的最佳效果。
阻抗匹配的基本原理是根据电路的特性和Ohm定律,电路的功率传输最大化是在源电阻和负载电阻的阻抗相等时实现的。
换句话说,当源电阻和负载电阻的阻抗相匹配时,电流和电压可以被完全传递,从而提高系统的效率。
阻抗匹配可以通过几种方式来实现。
其中一种常见的方式是使用一种称为“返阻”的器件,它可以在电路中引入附加的阻抗来调整总体阻抗值。
返阻器件通常是电阻或电容器,在电路中起到帮助调整阻抗的作用。
另一种常见的阻抗匹配方法是使用变压器。
变压器可以通过改变输入和输出电压之间的比例来实现阻抗匹配。
变压器的工作原理是基于电感的性质,通过将电流传递到较高或较低的电压绕组,从而调整阻抗值。
阻抗匹配在电路设计中非常重要。
如果在电路中没有正确的阻抗匹配,将导致不完全的能量传输和信号失真。
因此,在设计电路时,阻抗匹配要被认真考虑,以确保最佳功率传输和系统效率。
总之,阻抗匹配原理通过调整电路内部阻抗值,使其与外部电路的阻抗相等,以最大化功率传输。
这可以通过使用返阻器件
或变压器来实现。
阻抗匹配在电路设计中非常重要,可以确保能量传输的最佳效果和系统的高效性。
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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,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。
阻抗匹配基础标签:终端网络工作图形signal能源2009-08-11 21:17 38690人阅读评论(11) 收藏举报目录(?)[+]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。