阻抗匹配的原理
光伏发电阻抗匹配原理
标题:光伏发电阻抗匹配原理嘿,朋友们!今儿咱们来聊聊那个跟太阳较劲儿的东西——光伏发电。
你可能会想,光伏有啥好聊的?不就是个吸收太阳能的板子吗?但其实啊,这里面的学问可大了,特别是那个叫做“阻抗匹配”的原理。
今天咱们就用大白话来说说这个玩意儿。
首先,啥叫阻抗匹配呢?说白了,就是让电流顺畅无阻地从光伏板流到你家电器里,不让任何一丝儿能量浪费掉。
就像你喝水,用个刚好合适的吸管,不费劲儿就能把水喝进去。
现在你可能在想,这阻抗匹配跟我有啥关系?其实,无论你是装光伏板的师傅还是用电的老百姓,都得靠它来提升你的发电效率。
比如说,你的光伏板和逆变器要是阻抗匹配得好,电能就损失得少,电费自然就省得多。
咱们先说说你为啥需要阻抗匹配。
第一,它能提高你的发电效率。
如果阻抗不匹配,电流就会像堵车一样,走不动,这样能量就白白浪费了。
第二,它能保护你的设备。
要是阻抗不匹配,电流太大太小都可能让你的设备受损。
说到这儿,你是不是觉得这阻抗匹配挺重要的?但你知道怎么搞吗?别怕,咱一步步来。
第一步,你得了解自己的设备。
这就像你要打仗,得先知道自己有多少兵,武器咋样。
你得知道你的光伏板和逆变器的性能参数,这是阻抗匹配的基础。
第二步,计算阻抗。
这一步就像是算数学题,你得根据设备参数算出最佳的阻抗值。
这个值就是你的目标,你得想办法达到它。
第三步,调整阻抗。
这一步就简单了,根据你的计算结果,调整光伏板和逆变器的阻抗,让它俩匹配起来。
这就像调电视信号,调到最佳状态,画面才清晰。
第四步,测试和优化。
这一步就像是考试,你得检查你的阻抗匹配做得对不对,效果好不好。
如果不行,就得继续调整,直到达到最佳效果。
当然啦,这整个过程并不是一帆风顺的。
你可能会遇到各种问题,比如设备老化、环境变化等等。
这时候,你就得坚持下去,调整策略,克服困难。
现在你可能已经对光伏发电阻抗匹配有了点感觉。
它其实就像是你的私人教练,时刻指导你如何更有效地利用太阳能。
从了解设备到计算阻抗,再到调整和优化,每一步都离不开科学的方法。
电子电路中的传输线与阻抗匹配技巧
电子电路中的传输线与阻抗匹配技巧传输线是电子电路中起到信号传输作用的重要组成部分。
在高频电路中,传输线的特性阻抗与信号源、负载之间的匹配关系尤为重要。
本文将介绍电子电路中的传输线以及阻抗匹配的相关技巧。
一、传输线的基本概念和特性传输线是用来传输信号的导线或电缆,由于其特殊的结构和特性,在高频电路中具有重要作用。
在电子电路中常见的传输线类型包括微带线、同轴电缆和双绞线等。
不同类型的传输线具有不同的特性阻抗,这是由其内部结构和材料参数决定的。
特性阻抗是一个重要的参数,影响着信号在传输线上的传输效果。
当信号源的阻抗与传输线的特性阻抗不匹配时,会导致信号的反射和功率损耗,影响系统的性能。
二、阻抗匹配的基本原理阻抗匹配是为了实现信号源、传输线和负载之间的匹配,从而减少信号的反射和功率损耗。
阻抗匹配的基本原理是通过合适的电路设计和参数选择,使得信号源的阻抗与传输线的特性阻抗以及负载的阻抗相匹配。
传输线的特性阻抗与负载阻抗之间的匹配,可以采用两种基本方法:并联匹配和串联匹配。
并联匹配是在传输线和负载之间添加补偿电路,使得总阻抗等于特性阻抗;串联匹配则是在信号源与传输线之间添加匹配电路,使得总阻抗等于特性阻抗。
三、阻抗匹配的常用技巧1. 使用匹配电路:对于特定的传输线和负载阻抗,可以设计并添加串联或并联的匹配电路,实现阻抗匹配。
2. 使用阻抗转换器:阻抗转换器是一种常用的阻抗匹配技巧。
它可以将信号源的阻抗与传输线的特性阻抗进行转换,从而实现阻抗的匹配。
3. 使用特性阻抗匹配:选择合适的传输线特性阻抗,使其与信号源和负载的阻抗相匹配,减少反射和功率损耗。
4. 使用负载匹配网络:在负载端添加匹配网络,将传输线的特性阻抗转换为负载所需的阻抗。
5. 考虑信号源和负载的阻抗变化:在设计电子电路时,需要考虑信号源和负载阻抗的变化范围,以便选择合适的阻抗匹配技巧。
四、阻抗匹配的实例分析以微带线作为传输线,讨论其阻抗匹配的实例。
第六节传输线的阻抗匹配课件
传输线的参数
01
02
03
特性阻抗
传输线上的电压与电流之 比,是传输线的重要参数 。
电容和电感
传输线上的分布电容和分 布电感会影响信号的传输 。
传播速度
信号在传输线上的传播速 度与介质的介电常数有关 。
传输线的应用场景
通信系统
传输线在通信系统中用于 信号的传输,如电话线、 同轴电缆等。
测量仪器
传输线用于测量设备的信 号传输,如示波器、频谱 分析仪等。
通过改变传输线的长度,实现阻抗匹配。
选择合适的传输线类型
根据信号频率和传输距离的要求,选择合适的传输线类型,如同轴 线、双绞线等。
使用阻抗匹配网络
在传输线两端添加阻抗匹配网络,以实现信号的完整传输。
优化阻抗匹配的实例分析
50欧姆系统
在50欧姆系统中,通常采用特性阻抗为50欧姆的传输线进行 阻抗匹配。
微带线设计
在微带线设计中,通过精确计算线宽和间距,实现阻抗匹配 ,提高信号传输质量。
05
CATALOGUE
阻抗匹配的测试与验证
测试设备与测试方法
信号发生器
用于产生测试所需的信 号,具有稳定的频率和
幅度输出。
功率放大器
用于放大信号源输出的 信号,提高测试信号的
功率。
阻抗匹配测试仪
用于测量传输线的阻抗 ,判断是否与负载阻抗
电子设备
传输线用于电子设备内部 各部分之间的信号传输, 如电脑、手机等。
03
CATALOGUE
阻抗匹配的实现方法
通过变换元件实现阻抗匹配
电阻变换
电感变换
通过串联或并联电阻,改变传输线的 阻抗,实现阻抗匹配。
通过串联或并联电感,改变传输线的 阻抗,实现阻抗匹配。
超声波阻抗匹配原理
超声波阻抗匹配原理超声波阻抗匹配原理是一种利用超声波在不同介质中传播速度不同的特性来实现声能传递的技术方法。
该原理广泛应用于医疗、工业、航空航天等领域,具有重要的意义和应用价值。
我们来简单介绍一下超声波的特性。
超声波是一种频率高于20kHz 的声波,其在不同介质中的传播速度由介质的物理性质决定。
当超声波从一个介质传到另一个介质时,会因为介质的密度、弹性模量等因素的不同而发生折射、反射、传播和吸收等现象。
通过超声波阻抗匹配原理,我们可以实现声能在不同介质之间的传递。
阻抗匹配是指通过调整介质的性质,使得超声波在介质之间传播时,尽可能少地发生反射和折射,从而使声能的传递效率最大化。
在医疗领域中,超声波阻抗匹配原理被广泛应用于超声诊断和治疗中。
例如,在超声诊断中,医生需要通过超声波来观察人体内部的器官和组织情况。
由于人体组织的密度和声阻抗与超声探头之间存在差异,如果没有进行阻抗匹配,超声波将会发生大量的反射和折射,导致成像质量下降。
因此,在超声探头和人体皮肤之间通常会加上一层凝胶来实现阻抗匹配,使得超声波能够更好地传播和接收,从而获得更清晰的图像。
在工业领域中,超声波阻抗匹配原理被应用于无损检测和材料表征中。
例如,在金属焊接过程中,焊接界面的阻抗差异会导致超声波的反射和折射,影响焊缝的质量和可靠性。
通过合理选择焊接材料和工艺参数,可以实现焊接界面与超声探头之间的阻抗匹配,从而减少反射和折射,提高焊接质量。
总的来说,超声波阻抗匹配原理是一种重要的技术手段,能够实现声能在不同介质中的传递。
通过合理选择介质性质和调整参数,可以最大程度地减少声能的反射和折射,提高传递效率。
这一原理被广泛应用于医疗、工业、航空航天等领域,为人们的生活和工作带来了极大的便利和效益。
阻抗匹配的原理与概念
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。
对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中,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。
当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份只数值相等而符号相反。
这种匹配条件称为共扼匹配。
阻抗匹配(Impedance matching)是微波电子学里的一部分,主要用于上,来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益。
大体上,阻抗匹配有两种,一种是透过改变阻抗力(lumped-circuit matching),另一种则是调整传输线的波长(transmission line matching)。
要匹配一组线路,首先把负载点的阻抗值,除以传输线的特性阻抗值来归一化,然后把数值划在史密夫图表上。
右图中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很少时接近短路状态。
显然负载在开路及短路状态都不能获得最大功率。
根据式:从上式可看出,当R=r时式中的式中分母中的(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。
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。
对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中,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。
当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份只数值相等而符号相反。
这种匹配条件称为共扼匹配。
阻抗匹配(Impedance matching)是微波电子学里的一部分,主要用于上,来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益。
阻抗匹配原理
阻抗匹配原理
阻抗匹配是一种用于电路设计中的技术,旨在实现电路之间的最大功率传输。
阻抗匹配原理通过调整电路内部阻抗的数值,使其与外部电路的阻抗相等,以达到能量传输的最佳效果。
阻抗匹配的基本原理是根据电路的特性和Ohm定律,电路的功率传输最大化是在源电阻和负载电阻的阻抗相等时实现的。
换句话说,当源电阻和负载电阻的阻抗相匹配时,电流和电压可以被完全传递,从而提高系统的效率。
阻抗匹配可以通过几种方式来实现。
其中一种常见的方式是使用一种称为“返阻”的器件,它可以在电路中引入附加的阻抗来调整总体阻抗值。
返阻器件通常是电阻或电容器,在电路中起到帮助调整阻抗的作用。
另一种常见的阻抗匹配方法是使用变压器。
变压器可以通过改变输入和输出电压之间的比例来实现阻抗匹配。
变压器的工作原理是基于电感的性质,通过将电流传递到较高或较低的电压绕组,从而调整阻抗值。
阻抗匹配在电路设计中非常重要。
如果在电路中没有正确的阻抗匹配,将导致不完全的能量传输和信号失真。
因此,在设计电路时,阻抗匹配要被认真考虑,以确保最佳功率传输和系统效率。
总之,阻抗匹配原理通过调整电路内部阻抗值,使其与外部电路的阻抗相等,以最大化功率传输。
这可以通过使用返阻器件
或变压器来实现。
阻抗匹配在电路设计中非常重要,可以确保能量传输的最佳效果和系统的高效性。
阻抗匹配原理
阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态,它反映了输人电路与输出电路之间的功率传输关系。
当电路实现阻抗匹配时,将获得最大的功率传输。
反之,当电路阻抗失配时,不但得不到最大的功率传输,还可能对电路产生损害。
阻抗匹配常见于各级放大电路之间、放大器与负载之间、测量仪器与被测电路之间、天线与接收机或发信机与天线之间,等等。
例如,扩音机的输出电路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。
因此扩音机电路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,必须使电路工作在阻抗匹配状态,即信号源或功率源的内阻等于电路的输人阻抗,电路的输出阻抗等于负载的阻抗。
在一般的输人、输出电路中常含有电阻、电容和电感元件,由它们所组成的电路称为电抗电路,其中只含有电阻的电路称为纯电阻电路。
下面对纯电阻电路和电抗电路的阻抗匹配问题分别进行简要的分析。
1.纯电阻电路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,电源对外电路输出的功率最大,这就是纯电阻电路的功率匹配。
假如换成交流电路,同样也必须满足R=r这个条件电路才能匹配。
2.电抗电路电抗电路要比纯电阻电路复杂,电路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电路。
在交流电路中,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。
阻抗匹配
• 支节调配器:是由距离负载的某位置上的并联或串联终端短路或开
路的传输线(又称支节)构成的。支节数可以是一条、两条、三条或更多。 讨论 (1)单支节调配器、(2)双支节调配器、(3)三支节调配器。
l
ZL
三、阻抗匹配的方法——并联支节调配器法
但Zg和Zl一般为复阻抗,无耗传输线Z0为纯阻抗,很难同时满足匹配
为实现匹配一般在信号源和终端负载处分别加始端和终端匹配装置 (一)信号源端的阻抗匹配 一般采用去耦衰减器或隔离器以实现信号源端匹配(吸收反射波)
前者使被信号源再反射的二次反射波由于两次通过衰减器,已微不足道。 但也会消耗输往负载的入射功率,不适合大功率微波源。 后者是一个非互易器件,只允许入射波通过而吸收掉反射波,即保证了功 率的有效传输,又可消除信号源的内反射,构成匹配源
(1) 归一化负载阻抗 zL=ZL/Z0=2+j4 对应A点,电长度为:0.218 (2) 找波腹点B或波节点C 可读得ρ 11 (3) 求所接λ /4传输线的Z01
( Z 01 ) R
m ax
ZC
Z01
Zin = =>
ZC
λ /4
d
Z 0 R m ax
Z0 Z0 Z0
249
传输线功率容量最大。 o 阻抗失配时传输大功率信号易导致击穿; 信号源可能被破坏。 行波状态时信号源工作稳定 o 避免频率牵引和输出功率变化 o 匹配源的输出功率是固定不变的
三、阻抗匹配的方法
阻抗匹配:ZL=Z0、Zg=Z0、 Zin=Z0* 只有当Zg=ZL=ZC都为纯电阻时,才能同时实现匹配。
阻抗匹配原理
应用笔记742阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图: 基本原理本文利用史密斯圆图作为RF阻抗匹配的设计指南。
文中给出了反射系数、阻抗和导纳的作图范例,并用作图法设计了一个频率为60MHz 的匹配网络。
实践证明:史密斯圆图仍然是计算传输线阻抗的基本工具。
在处理RF系统的实际应用问题时,总会遇到一些非常困难的工作,对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。
一般情况下,需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO输出与混频器输入之间的匹配。
匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。
在高频端,寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。
频率在数十兆赫兹以上时,理论计算和仿真已经远远不能满足要求,为了得到适当的最终结果,还必须考虑在实验室中进行的RF测试、并进行适当调谐。
需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值。
有很多种阻抗匹配的方法,包括:∙计算机仿真:由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹配,所以使用起来比较复杂。
设计者必须熟悉用正确的格式输入众多的数据。
设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。
另外,除非计算机是专门为这个用途制造的,否则电路仿真软件不可能预装在计算机上。
∙手工计算:这是一种极其繁琐的方法,因为需要用到较长(“几公里”)的计算公式、并且被处理的数据多为复数。
∙经验:只有在RF领域工作过多年的人才能使用这种方法。
总之,它只适合于资深的专家。
∙史密斯圆图: 本文要重点讨论的内容。
本文的主要目的是复习史密斯圆图的结构和背景知识,并且总结它在实际中的应用方法。
讨论的主题包括参数的实际范例,比如找出匹配网络元件的数值。
当然,史密斯圆图不仅能够为我们找出最大功率传输的匹配网络,还能帮助设计者优化噪声系数,确定品质因数的影响以及进行稳定性分析。
阻抗匹配原理
阻抗匹配原理
阻抗匹配原理是指在电路设计或信号传输中,为了最大程度地传输信号能量,需要将信源的内阻与负载的外阻匹配,以达到阻抗最大化的目标。
阻抗匹配的基本原理是利用电阻、电容、电感等元件的特性来调整电路的阻抗大小。
在电路中,如果信源的内阻与负载的外阻不匹配,会导致能量的反射和损耗,使得信号传输效果下降。
为了解决这一问题,可以通过在信源和负载之间添加阻抗转换电路来实现匹配,使得信号完全传输到负载,最大程度地减小能量的损耗。
阻抗匹配的原理可以通过两种方法来实现。
一种是通过变换电路中的元件参数来达到匹配的目的,如改变电阻、电容、电感等的数值;另一种是通过变换电路的拓扑结构来实现匹配,如串联、并联、变压器等。
在阻抗匹配过程中,如果信源的内阻大于负载的外阻,可以通过串联电阻或并联电容的方式来降低信源的总阻抗,以实现匹配;如果信源的内阻小于负载的外阻,可以通过串联电感或并联电阻的方式来提高信源的总阻抗,以实现匹配。
总之,阻抗匹配原理是为了充分利用信号能量,提高信号传输效果而采取的一种调整电路阻抗的方法。
通过合理选择元件参数和拓扑结构,可以实现信源和负载之间阻抗的匹配,最大程度地减小信号的反射和损耗,提高信号传输的质量。
天线阻抗匹配原理
阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态,它反映了输人电路与输出电路之间的功率传输关系;当电路实现阻抗匹配时,将获得最大的功率传输;反之,当电路阻抗失配时,不但得不到最大的功率传输,还可能对电路产生损害;阻抗匹配常见于各级放大电路之间、放大器与负载之间、测量仪器与被测电路之间、天线与接收机或发信机与天线之间,等等;例如,扩音机的输出电路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;因此扩音机电路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,必须使电路工作在阻抗匹配状态,即信号源或功率源的内阻等于电路的输人阻抗,电路的输出阻抗等于负载的阻抗;在一般的输人、输出电路中常含有电阻、电容和电感元件,由它们所组成的电路称为电抗电路,其中只含有电阻的电路称为纯电阻电路;下面对纯电阻电路和电抗电路的阻抗匹配问题分别进行简要的分析;1.纯电阻电路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,电源对外电路输出的功率最大,这就是纯电阻电路的功率匹配;假如换成交流电路,同样也必须满足R=r这个条件电路才能匹配;2.电抗电路电抗电路要比纯电阻电路复杂,电路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电路;在交流电路中,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,在电抗电路中,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;因而电抗电路要做到匹配比纯电阻电路要复杂一些,除了输人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.阻抗匹配的关键是前级的输出阻抗与后级的输人阻抗相等;而输人阻抗与输出阻抗广泛存在于各级电子电路、各类测量仪器及各种电子元器件中;那么什么是输人阻抗和输出阻抗呢输人阻抗是指电路对着信号源讲的阻抗;如图3所示的放大器,它的输人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,即输人电压与输人电流之比;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人阻抗值;输人阻抗值的大小,对于不同的电路要求不一样;例如:万用表中电压挡的输人阻抗称为电压灵敏度越高,对被测电路的分流就越小,测量误差也就小;而电流挡的输人阻抗越低,对被测电路的分压就越小,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电路的输人阻抗相等时即称阻抗匹配,这时放大电路就能在输出端获得最大功率;输出阻抗是指电路对着负载讲的阻抗;如图4中,将电路输人端的电源短路,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电路有不同的要求;例如:电压源要求输出阻抗要低,而电流源的输出阻抗要高;对于放大电路来讲,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电路来达到匹配;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;在实际的电子电路中,常会遇到信号源与放大电路或放大电路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人一个匹配电路或匹配网络;最后要说明一点,阻抗匹配仅适用于电子电路;因为电子电路中传输的信号功率本身较弱,需用匹配来提高输出功率;而在电工电路中一般不考虑匹配,否则会导致输出电流过大,损坏用电器;电子管基本电子管一般有三个极,一个阴极K用来发射电子,一个阳极A用来吸收阴极所发射的电子,一个栅极G用来控制流到阳极的电子流量.阴极发射电子的基本条件是:阴极本身必须具有相当的热量,阴极又分两种,一种是直热式,它是由电流直接通过阴极使阴极发热而发射电子;另一种称旁热式阴极,其结构一般是一个空心金属管,管内装有绕成螺线形的灯丝,加上灯丝电压使灯丝发热从而使阴极发热而发射电子,现在日常用的多半是这种电子管如图所示.由阴极发射出来的电子穿过栅极金属丝间的空隙而达到阳极,由于栅极比阳极离阴极近得多,因而改变栅极电位对阳极电流的影响比改变阳极电压时大得多,这就是三极管的放大作用.换句话说就是栅极电压对阳极电流的控制作用.我们用一个参数称跨导S来表示.另外还有一个参数μ来描述电子管的放大系数,它的意义是说明了栅极电压控制阳流的能力比阳极电压对阳流的作用大多少倍.为了提高电子管的放大系数,在三极管的阳极和控制栅极之间另外加入一个栅极称之为帘栅极,而构成四极管,由于帘栅极具有比阴极高很多的正电压,因此也是一个能力很强的加速电极,它使得电子以更高的速度迅速到达阳极,这样控制栅极的控制作用变得更为显著.因此比三极管具有更大的放大系数.但是由于帘栅极对电子的加速作用,高速运动的电子打到阳极,这些高速电子的动能很大,将从阳极上打出所谓二次电子,这些二次电子有些将被帘栅吸收形成帘栅电流,使帘栅电流上升这会导致帘栅电压的下降,从而导致阳极电流的下降,为此四极管的放大系数受到一定而限制.为了解决上述矛盾,在四极管帘栅极外的两侧再加入一对与阴极相连的集射极,由于集射极的电位与阴极相同,所以对电子有排斥作用,使得电子在通过帘栅极之后在集射极的作用下按一定方向前进并形成扁形射束,这扁形电子射束的电子密度很大,从而形成了一个低压区,从阳极上打出来的二次电子受到这个低压区的排斥作用而被推回到阳极,从而使帘栅电流大大减少,电子管的放大能力得而加强.这种电子管我们称为束射四极管,束射四极管不但放大系数较三极管为高,而且其阳极面积较大,允许通过较大的电流,因此现在的功放机常用到它作为功率放大.电子电路中的反馈电路反馈电路在各种电子电路中都获得普遍的应用,反馈是将放大器输出信号电压或电流的一部分或全部,回授到放大器输入端与输入信号进行比较相加或相减,并用比较所得的有效输入信号去控制输出,这就是放大器的反馈过程.凡是回授到放大器输入端的反馈信号起加强输入原输入信号的,使输入信号增加的称正反馈.反之则反.按其电路结构又分为:电流反馈电路和电压反馈电路.正反馈电路多应用在电子振荡电路上,而负反馈电路则多应用在各种高低频放大电路上.因应用较广,所以我们在这里就负反馈电路加以论述.负反馈对放大器性能有四种影响:1.负反馈能提高放大器增益的稳定性.2.负反馈能使放大器的通频带展宽.3.负反馈能减少放大器的失真.4.负反馈能提高放大器的信噪比.5.负反馈对放大器的输出输入电阻有影响.图F1是一种最基本的放大器电路,这个电路看上去很简单,但其实其中包含了直流电流负反馈电路和交流电压负反馈电路.图中的R1和R2为BG的直流偏置电阻,R3是放大器的负载电阻,R5是直流电流负反馈电阻,C2和R4组成的支路是交流电压负反馈支路,C3是交流旁路电容,它防止交流电流负反馈的产生.一.直流电流负反馈电路.晶体管BG的基极电压VB为R1和R2的分压值,BG发射极的电压VE为IeR5那么BG的B、E间的电压=VB-VE=VB-IeR5.当某种原因如温度变化引起BG的Ie ↑则VE↑,BG基发极的电压=VB-VE=VB-IeR5↓这样使Ie↓.使直流工作点获得稳定.这个负反馈过程是由于Ie↑所引起的,所以属于电流负反馈电路.其中发射极电容C3是提供交流通路的,因为如果没有C3,放大器工作时交流信号同样因R5的存在而形成负反馈作用,使放大器的放大系数大打折扣. 二.交流电压负反馈电路交流电压负反馈支路由R4,C4组成,输出电压经过这条支路反馈回输入端.由于放大器的输出端的信号与输入信号电压在相位上是互为反相的,所以由于反馈信号的引入削弱了原输入信号的作用.所以是电压负反馈电路.R4是控制着负反馈量的大小,C4起隔直流通交流的作用.当输入的交流信号幅值过大时,如果没有R4和C4的负反馈支路,放大器就会进入饱和或截止的状态,使输出信号出现削顶失真.由于引入了负反馈使输入交流信号幅值受到控制,所以避免了失真的产生.阻抗匹配的基本原理右图中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很少时接近短路状态;显然负载在开路及短路状态都不能获得最大功率;根据式:从上式可看出,当R=r时式中的式中分母中的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;色温彩色电视机有一个鲜为人知的参数--显象管的色温.低色温的显象管其图象色彩鲜艳热烈;高色温的显象管图象清新自然各有特色.那么色温是一个什么东西呢通常的光源如太阳,日光灯,白炽灯等发出的光统称为白光.但由于发光物质不一样,光谱成份相差也很大.如何区别各种光源因光谱成份不同而出现的差别呢为此物理学中用一个称为黑体的辐射源作为标准,这个黑体是一种理想的热辐射体,它的辐射程度只与它的温度有关.当用其它光源和黑体辐射作比较时,察看它的辐射与黑体何种温度时的辐射特性相当即它们的光谱成份相同,就以黑体此时的温度绝对温度称为某光源的色温.在实际使用中,这常是用光源中的蓝色光谱成份和红色光谱成份的比例来区别,光源色温的高低一般是蓝色成份高时色温较高;红色成份高时色温较低.在日常生活中,照相用的胶卷就有高低色温之分.日光型的胶卷为高色温胶卷,灯光型胶卷则为低色温胶卷.如果用灯光型的胶卷在日光或闪光灯下拍照,拍下来的景物的颜色会偏蓝.另外在用摄象机摄象时色温也是一个很重要的参数,处理得不好摄出来的图象颜色将会失真.串,并联谐振电路的特性一.串联谐振电路:当外来频率加于一串联谐振电路时,它有以下特性:1.当外加频率等于其谐振频率时其电路阻抗呈纯电阻性,且有最少值,它这个特性在实际应用中叫做陷波器.2.当外加频率高于其谐振频率时,电路阻抗呈感性,相当于一个电感线圈.3.当外加频率低于其谐振频率时,这时电路呈容性,相当于一个电容.二.并;联谐振电路:当外来频率加于一并联谐振电路时,它有以下特性:1.当外加频率等于其谐振频率时其电路阻抗呈纯电阻性,且有最大值,它这个特性在实际应用中叫做选频电路.2.当外加频率高于其谐振频率时,电路阻抗呈容性,相当于一个电容.3.当外加频率低于其谐振频率时,这时电路呈感性,相当于一个电感线圈.所以当串联或并联谐振电路不是调节在信号频率点时,信号通过它将会产生相移.即相位失真电子恒流源爱好电子技术的朋友可能在翻阅一些电子书刊时常看到“恒流源这个名词,那么什么是恒流源呢顾名思义恒流源就是一个能输出恒定电流的电源;图5中的r是电源E的内阻,RL为负载电阻,根据欧姆定律:流过RL的电流为I=E/r+R 如果r很大如500K,那么此时RL在1K---10K变化时,I将基本不变只有微小的变化因为RL相对于r来说太微不足道了,此时我们可以认为E是一个恒流源;为此我们推论出:恒流源是一个电源内阻非常大的电源;在电子电路中如晶体管放大器电路我们常需要一些电压增益较大的放大器,为此常要将晶体管集电极的负载电阻设计得尽量大,但此电阻太大将容易使晶体管进入饱和状态,此时我们可利用晶体三极管来代替这个大电阻,这样一来既可得到大的电阻,同时直流压降并不大,图6所示;图中稳压管D和电阻R2组成的稳压电路用来偏置BG1的工作点,并保证工作点的稳定BG2为放大管;从晶体管的输出特性可知,集电极---发射极电压VEC大于1---2V时,特性曲线几乎是平的,即VEC变化时,IC基本不变,也就是说,晶体管BG1的输出电阻非常大几百千欧以上,图中由于BG1的电流基本恒定,所以称BG1是BG2的恒流负载;由于具有恒流源负载的放大器因其负载电阻大,故这种放大电路具有极大的电压增益,实际上在很多集成电路内部均采用这种电路;串联型稳压电源串联型稳压电路是最常用的电子电路之一,它被广泛地应用在各种电子电路中,它有三种表现形式;1;如图1所示,这是一种最简单的串联型稳压电路有些书称它是并联型稳压电路,我个人始终认为应是串联型稳压电路,电阻RL是负载电阻,R为稳压调整电阻有叫限流电阻,D为稳压管;这种电路输出的稳压值等于D的标称稳压值,其工作原理是利用稳压管工作在反向击穿的特性来实现的;图2是稳压管的伏安特性曲线,从此曲线中我们看到反向电流在一定范围内大幅变化时其端点的电压基本不变;当RL变小时,流过RL的电流增加,但流过D的电流却减少,当RL变大时,流过RL的电流减少,但流过D的电流却增大,所以由于D的存在使流过R的电流基本恒定,在R上的压降也基本不变,所以使其输出的电压也基本保持不变;当负载要求较大的输出电流时,这种电路就不行了,这是因为在此时R的阻值必须减少,由于R的减少就要求D有较大的功耗,但因目前一般的稳压管的功耗均较小,所以这种电路只能给负载提供几十毫安的电流,彩电30V调谐电压通常都以这种电路来取得;2;如图3所示,这种电路是针对上面所说电路的缺点而改进的电路,与第一种电路不同的是将电路中的R换成晶体管BG,目的是扩大稳压电路的输出电流;我们知道,BG的集电极电流IC=βIb,β是BG的直流放大系数,Ib是晶体管的基极电流,比如现在要向负载提供500MA的电流,BG的β=100,那末电路只要给BG 的基极提供5MA的电流就行了;所以这种稳压电路由于BG的加入实际上相当于将第一种稳压电路扩充了β倍,另外由于BG的基极被D嵌定在其标称稳压值上,因此这种稳压电路输出的电压是V0=,是BG的B,E极的正偏压降;在实际应用中,我们常常对不同的电路提供不同的供电电压,即要求稳压电源的输出电压可调,为此出现了第三种形式的串联形稳压电路;3;第二种稳压电路虽能提供较大的输出电流,但其输出电压却受到稳压管D的制约,为此人们将第二种电路稍作改动,使之成为输出电压连续可调的串联型稳压电源;基本电路如图4所示,从电路中我们可看出,此电路较第二种电路多加了一只三极管和几只电阻,R2与D组成BG2的基准电压,R3,R4,R5组成了输出电压取样支路,A点的电位与B点的电位进行比较由于D的存在,所以B点的电位是恒定的,比较的结果有BG2的集电极输出使C点电位产生变化从而控制BG1的导通程度此时的BG1在电路中起着一个可变电阻的作用,使输出电压稳定,R4是一个可变阻器,调整它就可改变A点的电位即改变取样值由于A点的变化,C点电位也将变化,从而使输出电压也将发生变化;这种电路其输出电压灵活可变,所以在各种电路中被广泛应用;。
大神教会你阻抗匹配原理及负载阻抗匹配
大神教会你阻抗匹配原理及负载阻抗匹配
信号或广泛电能在传输过程中,为实现信号的无反射传输或最大功率传输,要求电路连接实现阻抗匹配。
阻抗匹配关系着系统的整体性能,实现匹配可使系统性能达到最优。
阻抗匹配的概念应用范围广泛,阻抗匹配常见于各级放大电路之间,放大电路与负载之间,信号与传输电路之间,微波电路与系统的设计中,无论是有源还是无源,都必须考虑匹配问题,根本原因是在低频电路中是电压与电流,而高频中是导行电磁波不匹配就会发生严重的反射,损坏仪器和设备。
本文介绍阻抗匹配电路的原理及其应用。
1 阻抗匹配的基本原理
阻抗匹配是使微波电路或是系统的反射,载行波尽量接近行波状态的技术措施。
阻抗匹配分为两大类:
(1)负载与传输线之间的阻抗匹配,使负载无反射。
方法是接入匹配装置使输入阻抗和特性阻抗相等。
(2)信号源与传输线之间匹配,分为两种情况:1)使信号源无反射,方法是接入信号源与传输线之间接人匹配装置。
2)信号源共轭匹配,方法是信。
阻抗匹配的作用和原理
网上看到的,分享一下,阻抗匹配的问题什么是阻抗?什么是阻抗匹配?以及为什么要阻抗匹配?什么是阻抗[]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阻抗的单位是欧。
对于一个具体电路,阻抗不是不变的,而是随着频率变化而变化。
在电阻、电感和电容串联电路中,电路的阻抗一般来说比电阻大。
也就是阻抗减小到最小值。
在电感和电容并联电路中,谐振的时候阻抗增加到最大值,这和串联电路相反。
阻抗匹配在高频设计中是一个常用的概念,这篇文章对这个“阻抗匹配”进行了比较好的解析。
回答了什么是阻抗匹配。
阻抗匹配(Impedance matching)是微波电子学里的一部分,主要用于传输线上,来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益。
大体上,阻抗匹配有两种,一种是透过改变阻抗力(lumped-circuit matching),另一种则是调整传输线的波长(transmission line matching)。
要匹配一组线路,首先把负载点的阻抗值,除以传输线的特性阻抗值来归一化,然后把数值划在史密夫图表上。
改变阻抗力把电容或电感与负载串联起来,即可增加或减少负载的阻抗值,在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。
如果把电容或电感接地,首先图表上的点会以图中心旋转180度,然后才沿电阻圈走动,再沿中心旋转180度。
重覆以上方法直至电阻值变成1,即可直接把阻抗力变为零完成匹配。
调整传输线由负载点至来源点加长传输线,在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走动,直至走到电阻值为1的圆圈上,即可加电容或电感把阻抗力调整为零,完成匹配[]阻抗匹配则传输功率大,对于一个电源来讲,单它的内阻等于负载时,输出功率最大,此时阻抗匹配。
最大功率传输定理,如果是高频的话,就是无反射波。
阻抗匹配原理
阻抗匹配原理阻抗匹配是电子电路中的重要概念,它能够有效地提高信号传输的效率,降低信号反射和损耗。
在实际电路设计中,阻抗匹配原理被广泛应用于各种通信系统、射频电路和微波电路中。
本文将介绍阻抗匹配的基本原理、常见的匹配网络以及在电路设计中的应用。
阻抗匹配的基本原理是为了使信号源和负载之间的阻抗相互匹配,从而最大限度地传输能量,减小信号反射。
在电路中,如果信号源的输出阻抗与负载的输入阻抗不匹配,就会导致信号反射和能量损耗。
因此,为了最大限度地传输信号能量,需要采取一定的方法来匹配信号源和负载之间的阻抗。
常见的阻抗匹配网络包括L型匹配网络、π型匹配网络、串联匹配网络和并联匹配网络。
这些匹配网络可以通过合适的阻抗变换元件,如电感、电容和阻性元件,来实现阻抗的匹配。
在实际电路设计中,设计工程师需要根据具体的应用场景和要求,选择合适的匹配网络来实现阻抗匹配。
阻抗匹配在电路设计中起着至关重要的作用。
在射频和微波电路中,阻抗匹配可以有效地提高信号传输的效率,降低信号反射和损耗,从而提高整个系统的性能。
在通信系统中,阻抗匹配可以保证信号的稳定传输,提高通信质量。
因此,设计工程师需要深入理解阻抗匹配原理,并灵活运用在实际的电路设计中。
总之,阻抗匹配原理是电子电路设计中不可或缺的重要概念。
通过合理的阻抗匹配,可以提高信号传输效率,降低信号反射和损耗,从而提高整个系统的性能。
在实际的电路设计中,设计工程师需要根据具体的应用场景和要求,选择合适的匹配网络来实现阻抗匹配,从而达到最佳的设计效果。
希望本文能够帮助读者更好地理解阻抗匹配原理,并在实际的电路设计中加以运用。
∏型阻抗匹配电路
∏型阻抗匹配电路
【实用版】
目录
1.阻抗匹配电路的概述
2.∏型阻抗匹配电路的原理
3.∏型阻抗匹配电路的优点
4.∏型阻抗匹配电路的应用
5.结论
正文
一、阻抗匹配电路的概述
阻抗匹配电路,是一种电子电路,其主要作用是在不同阻抗之间传输信号时,使得能量最大程度地传输到负载上,减小能量损耗。
在电子设备中,阻抗匹配电路被广泛应用于放大器、振荡器、天线等系统中。
二、∏型阻抗匹配电路的原理
∏型阻抗匹配电路,也称∏型网络,是一种常见的阻抗匹配电路。
它的原理是通过电阻和电容或电感的组合,构成一个∏型网络,使得输入端和输出端的阻抗相等,从而实现阻抗匹配。
三、∏型阻抗匹配电路的优点
∏型阻抗匹配电路具有以下优点:
1.良好的阻抗匹配性能,能够使得能量最大程度地传输到负载上,减小能量损耗。
2.结构简单,制作容易,适用于各种频率范围。
3.调整方便,通过改变电阻、电容或电感的数值,可以实现对不同阻抗的匹配。
四、∏型阻抗匹配电路的应用
∏型阻抗匹配电路在电子设备中被广泛应用,如在放大器中,可以提高放大器的效率;在天线系统中,可以提高信号的传输效率,减小信号的反射。
阻抗匹配原理
阻抗匹配的基本原理右图中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很少时接近短路状态。
显然负载在开路及短路状态都不能获得最大功率。
根据式:从上式可看出,当R=r时式中的式中分母中的(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。
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=I2×R=(U/(R+r))2×R=U2×R/(R2+2×R×r+r2)=U2×R/((R-r)2+4×R×r)=U2/(((R-r)2/R)+4×r)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/(4×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,这叫做共厄匹配。
传导抗扰度共模抗扰的阻抗匹配原理
传导抗扰度共模抗扰的阻抗匹配原理下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
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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。
对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中,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。
当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份只数值相等而符号相反。
这种匹配条件称为共扼匹配。
阻抗匹配(Impedance matching)是微波电子学里的一部分,主要用于上,来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益。
大体上,阻抗匹配有两种,一种是透过改变阻抗力(lumped-circuit matching),另一种则是调整传输线的波长(transmission line matching)。
要匹配一组线路,首先把负载点的阻抗值,除以传输线的特性阻抗值来归一化,然后把数值划在史密夫图表上。
右图中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很少时接近短路状态。
显然负载在开路及短路状态都不能获得最大功率。
根据式:从上式可看出,当R=r时式中的式中分母中的(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。
改变阻抗力把电感与负载串联起来,即可增加或减少负载的阻抗值,在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。
如果把电容或电感接地,首先图表上的点会以图中心旋转180度,然后才沿电阻圈走动,再沿中心旋转180度。
重覆以上方法直至电阻值变成1,即可直接把阻抗力变为零完成匹配。
调整传输线由负载点至来源点加长传输线,在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走动,直至走到电阻值为1的圆圈上,即可加电容或电感把阻抗力调整为零,完成匹配阻抗匹配则传输功率大,对于一个电源来讲,单它的内阻等于负载时,输出功率最大,此时阻抗匹配。
最大功率传输定理,如果是高频的话,就是无反射波。
对于普通的宽频放大器,输出阻抗50Ω,功率传输电路中需要考虑阻抗匹配,可是如果信号波长远远大于电缆长度,即缆长可以忽略的话,就无须考虑阻抗匹配了。
阻抗匹配是指在能量传输时,要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等,此时的传输不会产生反射,这表明所有能量都被负载吸收了.反之则在传输中有能量损失。
高速PCB布线时,为了防止信号的反射,要求是线路的阻抗为5 0欧姆。
这是个大约的数字,一般规定同轴电缆基带50欧姆,频带75欧姆,对绞线则为 100欧姆,只是取个整而已,为了匹配方便.阻抗从字面上看就与电阻不一样,其中只有一个阻字是相同的,而另一个抗字呢?简单地说,阻抗就是电阻加电抗,所以才叫阻抗;周延一点地说,阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和。
在直流电的世界中,物体对电流阻碍的作用叫做电阻,世界上所有的物质都有电阻,只是电阻值的大小差异而已。
电阻小的物质称作良导体,电阻很大的物质称作非导体,而最近在高科技领域中称的超导体,则是一种电阻值几近于零的东西。
但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外,电容及电感也会阻碍电流的流动,这种作用就称之为电抗,意即抵抗电流的作用。
电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗,简称容抗及感抗。
它们的计量单位与电阻一样是奥姆,而其值的大小则和交流电的频率有关系,频率愈高则容抗愈小感抗愈大,频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。
此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题,具有向量上的关系式,因此才会说:阻抗是电阻与电抗在向量上的和。
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。
对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中,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。
当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份只数值相等而符号相反。
这种匹配条件称为共扼匹配。
一.阻抗匹配的研究在高速的设计中,阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。
阻抗匹配的技术可以说是丰富多样,但是在具体的系统中怎样才能比较合理的应用,需要衡量多个方面的因素。
例如我们在系统中设计中,很多采用的都是源段的串连匹配。
对于什么情况下需要匹配,采用什么方式的匹配,为什么采用这种方式。
例如:差分的匹配多数采用终端的匹配;时钟采用源段匹配;1、串联终端匹配串联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下,在信号的源端和传输线之间串接一个电阻R,使源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配,抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射.串联终端匹配后的信号传输具有以下特点:A 由于串联匹配电阻的作用,驱动信号传播时以其幅度的50%向负载端传播;B 信号在负载端的反射系数接近+1,因此反射信号的幅度接近原始信号幅度的50%。
C 反射信号与源端传播的信号叠加,使负载端接受到的信号与原始信号的幅度近似相同;D 负载端反射信号向源端传播,到达源端后被匹配电阻吸收;E 反射信号到达源端后,源端驱动电流降为0,直到下一次信号传输。
相对并联匹配来说,串联匹配不要求信号驱动器具有很大的电流驱动能力。
选择串联终端匹配电阻值的原则很简单,就是要求匹配电阻值与驱动器的输出阻抗之和与传输线的特征阻抗相等。
理想的信号驱动器的输出阻抗为零,实际的驱动器总是有比较小的输出阻抗,而且在信号的电平发生变化时,输出阻抗可能不同。
比如电源电压为+4.5V的C MOS驱动器,在低电平时典型的输出阻抗为37Ω,在高电平时典型的输出阻抗为45Ω[4];TTL驱动器和CMOS驱动一样,其输出阻抗会随信号的电平大小变化而变化。
因此,对TTL 或CMOS电路来说,不可能有十分正确的匹配电阻,只能折中考虑。
链状拓扑结构的信号网路不适合使用串联终端匹配,所有的负载必须接到传输线的末端。
否则,接到传输线中间的负载接受到的波形就会象图3.2.5中C点的电压波形一样。
可以看出,有一段时间负载端信号幅度为原始信号幅度的一半。
显然这时候信号处在不定逻辑状态,信号的噪声容限很低。
串联匹配是最常用的终端匹配方法。
它的优点是功耗小,不会给驱动器带来额外的直流负载,也不会在信号和地之间引入额外的阻抗;而且只需要一个电阻元件。
2、并联终端匹配并联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗很小的情况下,通过增加并联电阻使负载端输入阻抗与传输线的特征阻抗相匹配,达到消除负载端反射的目的。
实现形式分为单电阻和双电阻两种形式。
并联终端匹配后的信号传输具有以下特点:A 驱动信号近似以满幅度沿传输线传播;B 所有的反射都被匹配电阻吸收;C 负载端接受到的信号幅度与源端发送的信号幅度近似相同。
在实际的电路系统中,芯片的输入阻抗很高,因此对单电阻形式来说,负载端的并联电阻值必须与传输线的特征阻抗相近或相等。
假定传输线的特征阻抗为50Ω,则 R值为50Ω。
如果信号的高电平为5V,则信号的静态电流将达到100mA。
由于典型的TTL或CMOS电路的驱动能力很小,这种单电阻的并联匹配方式很少出现在这些电路中。
双电阻形式的并联匹配,也被称作戴维南终端匹配,要求的电流驱动能力比单电阻形式小。
这是因为两电阻的并联值与传输线的特征阻抗相匹配,每个电阻都比传输线的特征阻抗大。
考虑到芯片的驱动能力,两个电阻值的选择必须遵循三个原则:⑴.两电阻的并联值与传输线的特征阻抗相等;⑵.与电源连接的电阻值不能太小,以免信号为低电平时驱动电流过大;⑶.与地连接的电阻值不能太小,以免信号为高电平时驱动电流过大。
并联终端匹配优点是简单易行;显而易见的缺点是会带来直流功耗:单电阻方式的直流功耗与信号的占空比紧密相关;双电阻方式则无论信号是高电平还是低电平都有直流功耗。
因而不适用于电池供电系统等对功耗要求高的系统。
另外,单电阻方式由于驱动能力问题在一般的TTL、CMOS系统中没有应用,而双电阻方式需要两个元件,这就对PCB的板面积提出了要求,因此不适合用于高密度印刷电路板。
当然还有:AC终端匹配;基于二极管的电压钳位等匹配方式。
二 .将讯号的传输看成软管送水浇花2.1 数位系统之多层板讯号线(Signal Line)中,当出现方波讯号的传输时,可将之假想成为软管(hose)送水浇花。
一端于手握处加压使其射出水柱,另一端接在水龙头。
当握管处所施压的力道恰好,而让水柱的射程正确洒落在目标区时,则施与受两者皆欢而顺利完成使命,岂非一种得心应手的小小成就;2.2 然而一旦用力过度水注射程太远,不但腾空越过目标浪费水资源,甚至还可能因强力水压无处宣泄,以致往来源反弹造成软管自龙头上的挣脱!不仅任务失败横生挫折,而且还大捅纰漏满脸豆花呢!2.3 反之,当握处之挤压不足以致射程太近者,则照样得不到想要的结果。
过犹不及皆非所欲,唯有恰到好处才能正中下怀皆大欢喜。
2.4 上述简单的生活细节,正可用以说明方波(Square Wave)讯号(Signal)在多层板传输线(Transmission Line,系由讯号线、介质层、及接地层三者所共同组成)中所进行的快速传送。
此时可将传输线(常见者有同轴电缆Coaxial Cable,与微带线Microstrip Li ne或带线Strip Line等)看成软管,而握管处所施加的压力,就好比板面上“接受端”(R eceiver)元件所并联到Gnd的电阻器一般,可用以调节其终点的特性阻抗(Characterist ic Impedance),使匹配接受端元件内部的需求。
三. 传输线之终端控管技术(Termination)3.1 由上可知当“讯号”在传输线中飞驰旅行而到达终点,欲进入接受元件(如CPU或Meo mery等大小不同的IC)中工作时,则该讯号线本身所具备的“特性阻抗”,必须要与终端元件内部的电子阻抗相互匹配才行,如此才不致任务失败白忙一场。
用术语说就是正确执行指令,减少杂讯干扰,避免错误动作”。
一旦彼此未能匹配时,则必将会有少许能量回头朝向“发送端”反弹,进而形成反射杂讯(Noise)的烦恼。
3.2 当传输线本身的特性阻抗(Z0)被设计者订定为28ohm时,则终端控管的接地的电阻器(Zt)也必须是28ohm,如此才能协助传输线对Z0的保持,使整体得以稳定在28 ohm的设计数值。
也唯有在此种Z0=Zt的匹配情形下,讯号的传输才会最具效率,其“讯号完整性”(Signal Integrity,为讯号品质之专用术语)也才最好。
四.特性阻抗(Characteristic Impedance)4.1 当某讯号方波,在传输线组合体的讯号线中,以高准位(High Level)的正压讯号向前推进时,则距其最近的参考层(如接地层)中,理论上必有被该电场所感应出来的负压讯号伴随前行(等于正压讯号反向的回归路径 Return Path),如此将可完成整体性的回路(L oop)系统。