阻抗匹配和阻抗变换是什么?阻抗变换和阻抗匹配的详细概述

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描述

阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态,它反映了输入威廉希尔官方网站 与输出威廉希尔官方网站 之间的功率传输关系。当威廉希尔官方网站 实现阻抗匹配时,将获得最大的功率传输。反之,当威廉希尔官方网站 阻抗失配时,不但得不到最大的功率传输,还可能对威廉希尔官方网站 产生损害。

       阻抗匹配常见于各级放大威廉希尔官方网站 之间、放大器与负载之间、测量仪器与被测威廉希尔官方网站 之间、天线与接收机或发信机与天线之间,等等。例如,扩音机的输出威廉希尔官方网站 与扬声器之间必须做到阻抗匹配,不匹配时,扩音机的输出功率将不能全部送至扬声器。如果扬声器的阻抗远小于扩音机的输出阻抗,扩音机就处于过载状态,其末级功率放大管很容易损坏。反之,如果扬声器的阻抗高于扩音机的输出阻抗过多,会引起输出电压升高,同样不利于扩,音机的工作,声音还会产生失真.因此扩音机威廉希尔官方网站 的输出阻抗与扬声器的阻抗越接近越好。

     又例如,无线电发信机的输出阻抗与馈线的阻抗、馈线与天线的阻抗也应达到一致。如果阻抗值不一致,发信机输出的高频能量将不能全部由天线发射出去。这部分没有发射出去的能量会反射回来,产生驻波,严重时会引起馈线的绝缘层及发信机末级功放管的损坏。为了使信号和能量有效地传输,必须使威廉希尔官方网站 工作在阻抗匹配状态,即信号源或功率源的内阻等于威廉希尔官方网站 的输人阻抗,威廉希尔官方网站 的输出阻抗等于负载的阻抗。在一般的输入、输出威廉希尔官方网站 中常含有电阻、电容和电感元件,由它们所组成的威廉希尔官方网站 称为电抗威廉希尔官方网站 ,其中只含有电阻的威廉希尔官方网站 称为纯电阻威廉希尔官方网站 .

下面对纯电阻威廉希尔官方网站 和电抗威廉希尔官方网站 的阻抗匹配问题分别进行简要的分。1、纯电阻威廉希尔官方网站 在中学物理电学中曾讲述这样一个问题:把一个电阻为R的用电器,接在一个电动势为E、内阻为r的电池组上(见图1),在什么条件下电源输出的功率最大呢?当外电阻等于内电阻时,电源对外威廉希尔官方网站 输出的功率最大,这就是纯电阻威廉希尔官方网站 的功率匹配。假如换成交流威廉希尔官方网站 ,同样也必须满足R=r这个条件威廉希尔官方网站 才能匹配。

无线电

2、电抗威廉希尔官方网站 电抗威廉希尔官方网站 要比纯电阻威廉希尔官方网站 复杂,威廉希尔官方网站 中除了电阻外还有电容和电感.元件,并工作于低频或高频交流威廉希尔官方网站 。在交流威廉希尔官方网站 中,电阻、电容和电感对交流电的阻碍作用叫阻抗,用字母Z表示.其中,电容和电感对交流电的阻碍作用,分别称为容抗及和感抗而.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,在电抗威廉希尔官方网站 中,电阻R,感抗而与容抗双的值不能用简单的算术相加,而常用阻抗三角形法来计算(见图 2)。

因而电抗威廉希尔官方网站 要做到匹配比纯电阻威廉希尔官方网站 要复杂一些,除了输入和输出威廉希尔官方网站 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(仅指串联威廉希尔官方网站 来讲,若并联威廉希尔官方网站 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。阻抗匹配的关键是前级的输出阻抗与后级的输入阻抗相等。而输入阻抗与输出阻抗广泛存在于各级电子威廉希尔官方网站 、各类测量仪器及各种电子元器件中。那么什么是输入阻抗和输出阻抗呢?输入阻抗是指威廉希尔官方网站 对着信号源讲的阻抗.如图3所示的放大器,它的输入阻抗就是去掉信号源E及内电阻r时,从AB两端看进去的等效阻抗。其值为Z=UI/I1,即输入电压与输入电流之比。对于信号源来讲,放大器成为其负载.从数值上看,放大器的等效负载值即为输入阻抗值。输入阻抗值的大小,对于不同的威廉希尔官方网站 要求不一样。例如:万用表中电压挡的输入阻抗(称为电压灵敏度)越高,对被测威廉希尔官方网站 的分流就越小,测量误差也就小.而电流挡的输入阻抗越低,对被测威廉希尔官方网站 的分压就越小,因而测量误差也越小。

对于功率放大器,当信号源的输出阻抗与放大威廉希尔官方网站 的输入阻抗相等时即称阻抗匹配,这时放大威廉希尔官方网站 就能在输出端获得最大功率。输出阻抗是指威廉希尔官方网站 对着负载讲的阻抗。如图4中,将威廉希尔官方网站 输入端的电源短路,输出端去掉负载后,从输出端CD看进去的等效阻抗称为输出阻抗。如果负载阻抗与输出阻抗不相等,称阻抗不匹配,负载就不能获得最大的功率输出。

输出电压U2和输出电流I2之比即称为输出阻抗。输出阻抗的大小视不同的威廉希尔官方网站 有不同的要求。例如:电压源要求输出阻抗要低,而电流源的输出阻抗要高。对于放大威廉希尔官方网站 来讲,输出阻抗的值表示其承担负载的能力。通常输出阻抗小,承担负载的能力就强。如果输出阻抗与负载不能匹配时,可加接变压器或网络威廉希尔官方网站 来达到匹配.例如:晶体管放大器与扬声器之间通常接有输出变压器,放大器的输出阻抗与变压器的初级阻抗相匹配,变压器的次级阻抗与扬声器的阻抗相匹配.而变压器通过初次级绕组的匝数比来变换阻抗比。在实际的电子威廉希尔官方网站 中,常会遇到信号源与放大威廉希尔官方网站 或放大威廉希尔官方网站 与负载的阻抗不相等的情况,因而不能把它们直接相连.解决的办法是在它们之间加入一个匹配威廉希尔官方网站 或匹配网络。最后要说明一点,阻抗匹配仅适用于电子威廉希尔官方网站 。因为电子威廉希尔官方网站 中传输的信号功率本身较弱,需用匹配来提高输出功率。而在电工威廉希尔官方网站 中一般不考虑匹配,否则会导致输出电流过大,损坏用电器。


      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。对于不同特性的威廉希尔官方网站 ,匹配条件是不一样的。在纯电阻威廉希尔官方网站 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。从电磁波的原理上看,电波只有在相同的介质中传播没有反射,当经过介质的边界时电磁波会发生部分反射现象,两边介质的介电常数差距越大反射就会越大,反射会造成很多威廉希尔官方网站 问题:损耗、噪声、功率返回烧毁器件等等。说回来,不同的介质就意味着阻抗不同,威廉希尔官方网站 里传导的电磁波就会产生上述现象,所以阻抗匹配就阻抗相等,就是让两边没有电磁波的反射。阻抗匹配是为了保证能量传输损耗最小,匹配就是上一级威廉希尔官方网站 的内电阻要等于下一级威廉希尔官方网站 的输入电阻。可以分为低频和高频两种情况理解。
 
     1、低频低频领域可以用电工原理的理论,我们知道现实世界是不存在理想电源的,电源都有内电阻,在能量传输过程中,内阻本身也要消耗能量,这就是全威廉希尔官方网站 欧姆定律阐明的原理:电源电动势E=I*(R+r),其中I是电流,R是负载电阻,r是电源内阻,而功率P=U*I,=I*I*R,通过计算就可以得出只有R=r时,负载获得的功率最大,这就是电子威廉希尔官方网站 设计要求阻抗匹配的原因。

    2、高频在高频领域,以上的原理照样适用,只是阻抗的计算比较复杂,高频的性质是电磁波,它具有波的特性,要用电磁波传输理论来设计威廉希尔官方网站 。在传输过程中要尽量减少信号反射,就要考虑传输介质的材料特性、机械形状、尺寸等一系列参数,阻抗值实际是“波阻抗”,是一种等效阻抗。如75欧高频电缆与50欧高频电缆的机械尺寸不同,波阻抗就不同,用万用表是无法测量的。

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