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    不同的電路環境對輸入和輸出阻抗的要求是不同的。不簡單地用大小來說明。

      比如在弱訊號放大電路的輸入電路,就要求是輸入電阻越大越好但是在功率承接轉換電路中它的輸入電路就不是這樣了,它要示的是阻抗匹配,也就是儘量叫輸入阻抗等於前接電路的輸出阻抗!輸出阻抗也不都是越小越好。大家都知道帶動喇叭的輸出電路它的輸出阻抗也是等於喇叭的電阻是最好的。

      

      電路中的阻抗匹配詳解

      阻抗匹配是指負載阻抗與訊號源內部阻抗互相適配,得到最大功率輸出的一種工作狀態,是無線電技術中常見的一種工作狀態,它反映了輸入電路與輸出電路之間的功率傳輸關係。電路中的陽抗匹配可分為純電阻電路匹配和電抗電路匹配,還可以分為低頻匹配和高頻匹配。下面對純電阻電路和電抗電路的阻抗匹配問題分別進行簡要的分析。

      1、純電阻電路的阻抗匹配

      在電路基礎中曾講述這樣一個問題:把一個電阻為R的用電器,接在一個電動勢為E、內阻為r的電池組上,在什麼條件下電源輸出的功率最大呢?當外電阻等於內電阻時,電源對外電路輸出的功率最大,這就是純電阻電路的功率匹配。假如換成交流電路,同樣也必須滿足R=r這個條件電路才能匹配。對於純電阻電路,此結論同樣適用於低頻電路及高頻電路。

      2、電抗電路的阻抗匹配

      電抗電路要比純電阻電路複雜,電路中除了電阻外還有電容和電感元件,並工作於低頻或高頻交流電路。在電抗電路中,要做到匹配比純電阻電路要複雜一些,除了輸入和輸出電路中的電阻成分要求相等外,還要求電抗成分大小相等符號相反(共軛匹配);或者電阻成分和電抗成分均分別相等(無反射匹配)。滿足上述條件即稱為阻抗匹配,負載即能得到最大的功率。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)。如果我們需要輸出功率最大,則選擇跟訊號源內阻匹配的負載電阻。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相等(即不匹配)時,在負載端就會產生反射,能量傳遞不過去,降低效率;會在傳輸線上形成駐波(簡單的理解,就是有些地方訊號強,有些地方訊號弱),導致傳輸線的有效功率容量降低;功率發射不出去,甚至會損壞發射裝置。如果是電路板上的高速訊號線與負載阻抗不匹配時,會產生震盪,輻射干擾等。為了不產生反射,負載阻抗跟傳輸線的特徵阻抗應該相等,這就是傳輸線的阻抗匹配。

      這裡提到傳輸線的特徵阻抗(也叫做特性阻抗),那什麼是傳輸線的寺性阻抗呢?特性阻抗是在高頻訊號傳輸領域產生的,我們知道傳輸需要傳輸線,傳輸線由導線和介質組成。人們在實踐和相關的理論研究中發現在高頻區域裡,由於分佈引數的影響傳輸線已經等效成為一個由若干個基本網路單元組成的傳輸網路,傳輸線的長短只是這種基本網路單元的多少不同而已,對於同一個傳輸線而言,每一個網路輸入輸出阻抗都是相同的,我們稱它為特性阻抗。在高頻頻段裡這個特性阻抗是一個較氏的值,它是客觀存在而不是人為規定的,由傳輸線的結構以及料決定的,而與傳輸線的長度,以及訊號的幅度、頻率等均無關。例如,常用的閉路電視同軸電纜特性阻抗為75Q,而一些射頻裝置上則常用特徵阻抗為500的同軸電纜。另外還有一種常見的傳輸線是特性阻抗為300的扁平平行線,這在農村使用的電視天線架上比較常見,用來做八木天線的饋線。’

      3、電路中阻抗匹配的必要性

      阻抗匹配常見於各級放大電路之間、放大器與負載之間、測量儀器與被測電路之間、天線與接收機或發信機與天線之間等等。例如,擴音機的輸出電路與揚聲器之間必須做到陽抗匹配,不匹配時,擴音機的輸出功率將不能全部送至揚聲器。如果揚聲器的阻抗遠小於擴音機的輸出阻抗,擴音機就處於過載狀態,其末級功率放大管很容易損壞。反之,如果揚聲器的阻抗高於擴音機的輸出阻抗過多,會引起輸出電壓升高,同樣不利於擴音機的工作,聲音還會產生失真。因此擴音機電路的輸出阻抗與揚聲器的阻抗越接近越好。又例如,無線電發信機的輸出阻抗與饋線的阻抗、饋線與天線的阻抗也應達到一致。如果阻抗值不一致,發信機輸出的高頻能量將不能全部由天線發射出去。這部分沒有發射出去的能量會反射回來,產生駐波,嚴重時會引起饋線的絕緣層及發信機末級功放管的損壞。為了使訊號和能量有效地傳輸,必須使電路工作在阻抗匹配狀態,即訊號源或功率源的內阻等於電路的輸人阻抗,電路的輸出阻抗等於負載的阻抗。

      那麼是否什麼時候都要考慮阻抗匹配?在普通的寬頻帶放大器中,因為輸出阻抗為50日,所以需要考慮在功率傳輸電路中進行阻抗匹配。但是,在實際使用中當傳輸線的長度遠遠小於訊號波長時可忽略傳輸線的阻抗匹配問題只需考慮訊號源和負載的阻抗匹配問題。例如,訊號頻率為1MHz,其波長在空氣中為300m,在同軸電纜中約為200m,在通常使用的長度為1m左右的同軸電纜中,是不必考慮傳輸線的阻抗匹配。

      4、實現阻抗匹配的方法

      當阻抗不匹配時,有哪些辦法讓它匹配呢?第一,可以考慮使用變壓器來做阻抗轉換。例如:電晶體放大器與揚聲器之間通常接有輸出變壓器,放大器的輸出阻抗與變壓器的初級阻抗相匹配,變壓器的次級阻抗與揚聲器的阻抗相匹配。而變壓器透過初次級繞組的匝數比來變換阻抗比。第二,可以考慮使用串聯/並聯電容或電感的辦法,這在除錯射頻電路時常使用。第三,可以考慮使用串聯/並聯電阻的辦法。一些驅動器的阻抗比較低,可以串聯一個合適的電阻來跟傳輸線匹配,例如高速訊號線,有時會串聯一個幾十歐的電阻。而一些接必器的輸入阻抗則比較高,可以使用並聯電阻的方法,來跟傳輸線匹配。例如,485匯流排接收器,常在資料線終端並聯120歐的匹配電阻。

      最後要說明一點,阻抗匹配僅適用於電子電路。因為電子電路中傳輸的訊號功率本身較弱,需用匹配來提高輸出功率。而在電工電路中一般不考慮匹配,否則會導致輸出電流過大,損壞用電器。

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