用最通俗的语言讲一讲,什么是阻抗匹配?
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小编的上一篇原创文章讲了CAN总线的终端电阻,其中提到阻抗不匹配时会引起信号反射,本文将用最通俗的语言让您了解什么是阻抗匹配?什么是阻抗不匹配?
“阻抗匹配”的百度百科解释为:
阻抗匹配主要用于传输线上,以此来达到所有高频的微波信号均能传递至负载点的目的,而且几乎不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益。信号源内阻与所接传输线的特性阻抗大小相等且相位相同,或传输线的特性阻抗与所接负载阻抗的大小相等且相位相同,分别称为传输线的输入端或输出端处于阻抗匹配状态,简称为阻抗匹配。
“用人话”解释上面阻抗匹配的定义无非以下三点:
- 阻抗匹配时传输线上无信号反射
- 信号传输效益最大化
- 负载阻抗与传输线阻抗大小相同、相位相同
一:阻抗匹配的原理
我们以最容易理解的直流电源和电阻(电阻≠阻抗)的例子讲解阻抗匹配的原理:
上图中R为负载电阻,r为电源E的内阻,E为电压源。由于r的存在,当R很大时,电路接近开路状态;而当R很小时接近短路状态。显然负载在开路及短路状态都不能获得最大功率。
计算公式如下:
从上式可看出,当 R=r 时 ,式中分母中的(R-r)的值最小为0,此时负载所获取的功率最大。所以,当负载电阻等于电源内阻时,负载将获得最大功率。这就是电子电路阻抗匹配的基本原理。
r对应了电路中的输入阻抗,R对应了电路中的输出阻抗。
二:复杂情况说明
当然,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。阻抗常用Z表示。阻抗由电阻、感抗和容抗三者组成,但不是三者简单相加。
如果三者是串联的,又知道交流电的频率f、电阻R、电感L和电容C,那么串联电路的阻抗Z= R+i( ωL–1/(ωC)),其中R为电阻,ωL为感抗,1/(ωC)为容抗。阻抗的单位是欧。
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。容抗和感抗的值除了与电容和电感本身大小有关之外,还与所工作的交流电的频率有关。
值得注意的是,在电抗电路中,电阻R,感抗与容抗的值不能用简单的算术相加,而常用阻抗三角形法来计算。因而电抗电路要做到匹配比纯电阻电路要复杂很多,除了输入和输出电路中的电阻成分要求相等外,还要求电抗成分大小相等符号相反(共轭匹配);或者电阻成分和电抗成分均分别相等(无反射匹配)。
这里指的电抗X即感抗XL和容抗XC之差(仅指串联电路来讲,若并联电路则 计算更为复杂)。满足上述条件即称为阻抗匹配,负载即能得到最大的功率。
三:前情回顾
回顾小编上一篇原创文章中讲解信号反射的部分,可以发现,当r=R时,在电路中不会出现阻抗突变,故阻抗匹配时可以防止信号的反射;
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