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1、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。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=I2xR=U/(R+
2、 r)2xR=U2xR/(R2+2xRx r+r2)= U2xR/(R-r)2+4xRxr=U2/(R- r)2/R+4xr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)2/R，当R=r时，(R-r)2/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=U2/(4x 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，这叫做共扼匹配。在
3、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
4、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。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75Q，而一些射频设备 上则常用特征阻抗为50Q的同轴电缆。另外还有一种常见的传输线 是特性阻抗为30
5、0Q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75Q，所以300Q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 300Q到75Q的阻抗转换器（一个塑料封装的，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）。它里面其实就是一个 传输线变压器，将300Q的阻抗，变换成75Q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
6、，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
7、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。
