阻抗匹配概念

　　阻抗匹配是指負載阻抗與激勵源內部阻抗互相適配,得到最大功率輸出的一種工作狀態。對於不同特性的電路,匹配條件是不一樣的。以下是小編為大家帶來的關於，希望能給大家帶來幫助!

　　：

　　阻抗匹配***Impedance matching***是微波電子學裡的一部分，主要用於傳輸線上，來達至所有高頻的微波訊號皆能傳至負載點的目的，幾乎不會有訊號反射回來源點，從而提升能源效益。阻抗匹配大體分為兩種，一種是透過改變阻抗力***用於集中引數電路***匹配，另一種則是調整傳輸線的波長***用於傳輸線***匹配。對電子裝置互連來說，訊號源連放大器，前級連後級，只要後一級的輸入阻抗大於前一級的輸出阻抗5-10倍以上，就可認為阻抗匹配良好;對於放大器連線音箱來說，電子管機應選用與其輸出端標稱阻抗相等或接近的音箱，而電晶體放大器則無此限制，可以接任何阻抗的音箱。

　　匹配條件:

　　①負載阻抗等於信源內阻抗，即它們的模與輻角分別相等，這時在負載阻抗上可以得到無失真的電壓傳輸。

　　②負載阻抗等於信源內阻抗的共軛值，即它們的模相等而輻角之和為零。這時在負載阻抗上可以得到最大功率。這種匹配條件稱為共軛匹配。如果信源內阻抗和負載阻抗均為純阻性，則兩種匹配條件是等同的。

　　阻抗匹配是指負載阻抗與激勵源內部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態。對於不同特性的電路，匹配條件是不一樣的。在純電阻電路中，當負載電阻等於激勵源內阻時，則輸出功率為最大，這種工作狀態稱為匹配，否則稱為失配。

　　當激勵源內阻抗和負載阻抗含有電抗成份時，為使負載得到最大功率，負載阻抗與內阻必須滿足共軛關係，即電阻成份相等，電抗成份絕對值相等而符號相反。這種匹配條件稱為共軛匹配。

　　阻抗匹配***Impedancematching***是微波電子學裡的一部分，主要用於傳輸線上，來達到所有高頻的微波訊號皆能傳至負載點的目的，不會有訊號反射回來源點，從而提升能源效益。史密斯圖表上。電容或電感與負載串聯起來，即可增加或減少負載的阻抗值，在圖表上的點會沿著代表實數電阻的圓圈走動。如果把電容或電感接地，首先圖表上的點會以圖中心旋轉180度，然後才沿電阻圈走動，再沿中心旋轉180度。重覆以上方法直至電阻值變成1，即可直接把阻抗力變為零完成匹配。

　　共軛匹配:

　　在訊號源給定的情況下，輸出功率取決於負載電阻與訊號源內阻之比K，當兩者相等，即K=1時，輸出功率最大。阻抗匹配的概念可以推廣到交流電路，當負載阻抗與訊號源阻抗共軛時，能夠實現功率的最大傳輸，如果負載阻抗不滿足共軛匹配的條件，就要在負載和訊號源之間加一個阻抗變換網路，將負載阻抗變換為訊號源阻抗的共軛，實現阻抗匹配。

　　匹配分類:

　　大體上，阻抗匹配有兩種，一種是透過改變阻抗力***lumped-circuitmatching***，另一種則是調整傳輸線的波長***transmissionlinematching***。

　　要匹配一組線路，首先把負載點的阻抗值，除以傳輸線的特性阻抗值來歸一化，然後把數值劃在史密夫圖表上。

　　1.改變阻抗力

　　把電容或電感與負載串聯起來，即可增加或減少負載的阻抗值，在圖表上的點會沿著代表實數電阻的圓圈走動。如果把電容或電感接地，首先圖表上的點會以圖中心旋轉180度，然後才沿電阻圈走動，再沿中心旋轉180度。重複以上方法直至電阻值變成1，即可直接把阻抗力變為零完成匹配。

　　2.調整傳輸線

　　由負載點至來源點加長傳輸線，在圖表上的圓點會沿著圖中心以逆時針方向走動，直至走到電阻值為1的圓圈上，即可加電容或電感把阻抗力調整為零，完成匹配。

　　阻抗匹配則傳輸功率大，對於一個電源來講，當它的內阻等於負載時，輸出功率最大，此時阻抗匹配。最大功率傳輸定理，如果是高頻的話，就是無反射波。對於普通的寬頻放大器，輸出阻抗50Ω，功率傳輸電路中需要考慮阻抗匹配，可是如果訊號波長遠遠大於電纜長度，即纜長可以忽略的話，就無須考慮阻抗匹配了。阻抗匹配是指在能量傳輸時，要求負載阻抗要和傳輸線的特徵阻抗相等，此時的傳輸不會產生反射，這表明所有能量都被負載吸收了。反之則在傳輸中有能量損失。高速PCB佈線時，為了防止訊號的反射，要求是線路的阻抗為50歐姆。這是個大約的數字，一般規定同軸電纜基帶50歐姆，頻帶75歐姆,對絞線則為100歐姆,只是取個整而已，為了匹配方便。

　　阻抗解釋:

　　阻抗從字面上看就與電阻不一樣，其中只有一個阻字是相同的，而另一個抗字呢?簡單地說，阻抗就是電阻加電抗，所以才叫阻抗;通俗一點地說，阻抗就是電阻、電容抗及電感抗在向量上的和。在直流電的世界中，物體對電流阻礙的作用叫做電阻，世界上所有的物質都有電阻，只是電阻值的大小差異而已。電阻小的物質稱作良導體，電阻很大的物質稱作非導體，而最近在高科技領域中稱的超導體，則是一種電阻值幾近於零的東西。但是在交流電的領域中則除了電阻會阻礙電流以外，電容及電感也會阻礙電流的流動，這種作用就稱之為電抗，意即抵抗電流的作用。電容及電感的電抗分別稱作電容抗及電感抗，簡稱容抗及感抗。它們的計量單位與電阻一樣是歐姆，而其值的大小則和交流電的頻率有關係，頻率愈高則容抗愈小感抗愈大，頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。此外電容抗和電感抗還有相位角度的問題，具有向量上的關係式，因此才會說：阻抗是電阻與電抗在向量上的和。

　　高頻電路的阻抗匹配由於高頻功率放大器工作於非線性狀態，所以線性電路和阻抗匹配***即：負載阻抗與電源內阻相等***這一概念不能適用於它。因為在非線性***如：丙類***工作的時候，電子器件的內阻變動劇烈：通流的時候，內阻很小;截止的時候，內阻接近無窮大。因此輸出電阻不是常數。所以所謂匹配的時候內阻等於外阻，也就失去了意義。因此，高頻功率放大的是：在給定的電路條件下，改變負載迴路的可調元件，使電子器件送出額定的輸出功率至負載。這就叫做達到了匹配狀態。

　　阻抗匹配是指訊號源或者傳輸線跟負載之間的一種合適的搭配方式。阻抗匹配分為低頻和高頻兩種情況討論。我們先從直流電壓源驅動一個負載入手。由於實際的電壓源，總是有內阻的，我們可以把一個實際電壓源，等效成一個理想的電壓源跟一個電阻r串聯的模型。假設負載電阻為R，電源電動勢為U，內阻為r，那麼我們可以計算出流過電阻R的電流為：I=U/***R+r***，可以看出，負載電阻R越小，則輸出電流越大。負載R上的電壓為：Uo=IR=U/[1+***r/R***]，可以看出，負載電阻R越大，則輸出電壓Uo越高。再來計算一下電阻R消耗的功率為：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}對於一個給定的訊號源，其內阻r是固定的，而負載電阻R則是由我們來選擇的。注意式中[***R-r*******R-r***/R]，當R=r時，[***R-r*******R-r***/R]可取得最小值0，這時負載電阻R上可獲得最大輸出功率Pmax=U*U/***4*r***。即，當負載電阻跟訊號源內阻相等時，負載可獲得最大輸出功率，這就是我們常說的阻抗匹配之一。對於純電阻電路，此結論同樣適用於低頻電路及高頻電路。當交流電路中含有容性或感性阻抗時，結論有所改變，就是需要訊號源與負載阻抗的的實部相等，虛部互為相反數，這叫做共厄匹配。在低頻電路中，我們一般不考慮傳輸線的匹配問題，只考慮訊號源跟負載之間的情況，因為低頻訊號的波長相對於傳輸線來說很長，傳輸線可以看成是“短線”，反射可以不考慮***可以這麼理解：因為線短，即使反射回來，跟原訊號還是一樣的***。[1]從以上分析我們可以得出結論：如果我們需要輸出電流大，則選擇小的負載R;如果我們需要輸出電壓大，則選擇大的負載R;如果我們需要輸出功率最大，則選擇跟訊號源內阻匹配的電阻R。有時阻抗不匹配還有另外一層意思，例如一些儀器輸出端是在特定的負載條件下設計的，如果負載條件改變了，則可能達不到原來的效能，這時我們也會叫做阻抗失配。在高頻電路中，我們還必須考慮反射的問題。當訊號的頻率很高時，則訊號的波長就很短，當波長短得跟傳輸線長度可以比擬時，反射訊號疊加在原訊號上將會改變原訊號的形狀。如果傳輸線的特徵阻抗跟負載阻抗不匹配***相等***時，在負載端就會產生反射。為什麼阻抗不匹配時會產生反射以及特徵阻抗的求解方法，牽涉到二階偏微分方程的求解，在這裡我們不細說了，有興趣的可參看電磁場與微波方面書籍中的傳輸線理論。