阻抗匹配原理
阻抗匹配的原理及应用
阻抗匹配的原理及应用1. 阻抗匹配的定义在电子电路设计中，阻抗匹配是指将输入和输出电路的阻抗调整为互相匹配的过程。
阻抗匹配可以使信号在电路之间传输时最大限度地传递能量，减少能量反射和损耗。
通过阻抗匹配，可以提高电路的性能和信号传输质量。
2. 阻抗匹配的原理阻抗匹配的原理是基于两个基本的电路理论：傅里叶变换和最大功率传输定理。
2.1 傅里叶变换傅里叶变换是将一个时域信号分解成不同频率的正弦和余弦分量的数学技术。
在阻抗匹配中，傅里叶变换用于将时域信号转换为频域信号，从而分析信号的频谱特性。
2.2 最大功率传输定理最大功率传输定理是指当负载电阻与源电阻相等时，电路能够以最大功率传输能量。
阻抗匹配通过调整电路的阻抗使其与源电阻或负载电阻相等，从而实现最大功率传输。
3. 阻抗匹配的应用阻抗匹配在电子电路设计和通信系统中有广泛的应用。
3.1 无线通信系统在无线通信系统中，阻抗匹配用于将天线阻抗与无线发射机或接收机的阻抗匹配。
这可以提高无线信号的传输效率，减少信号损失和反射。
3.2 放大器设计在放大器设计中，阻抗匹配被广泛应用于放大器的输入和输出端口。
阻抗匹配可以使信号在放大器中传输时最大限度地传递能量，提高放大器的增益和线性度。
3.3 系统集成在系统集成中，阻抗匹配用于连接不同的电路模块。
通过阻抗匹配，可以使各个模块之间的阻抗匹配，确保信号的正确传输和系统的正常运行。
4. 阻抗匹配的方法在实际应用中，有多种方法可用于实现阻抗匹配。
以下是几种常见的方法：•使用阻抗变换器：阻抗变换器可以将一个阻抗转换为另一个阻抗，以实现阻抗匹配。
常见的阻抗变换器有电感、电容、变压器等。
•使用匹配网络：匹配网络是由电感、电容和电阻等元件构成的网络，用于调整输入和输出电路的阻抗以实现匹配。
•使用负馈：负馈可以将一个电路的输出信号反馈到输入端，以调整输入电路的阻抗与负载电路的阻抗匹配。
负馈可以通过放大器或运算放大器来实现。
•使用传输线：传输线可以通过调整传输线的长度或特性阻抗来实现阻抗匹配。
阻抗匹配计算公式
阻抗匹配计算公式1 阻抗匹配介绍阻抗匹配是一种在电子电路系统中根据数学关系考虑负载装置和传播器之间电力及信号失真损耗关系的技术，它最常见的用途是将信号从单个传播源中输出到一系列负载设备，并在最大可能的限度内确保信号完整性。
2 功率阻抗匹配的基本原理电路和传播系统中，当多个负载设备无法与信号源准确匹配时，会出现电力损耗和信号失真的问题，而功率阻抗匹配则是可以有效解决上述问题的关键技术。
该技术需要确定一组参数，以获得最优的匹配：功率，源阻抗和负载阻抗。
只需根据一系列基本的公式，可计算出各参数的值，从而实现最佳的功率匹配。
3 功率阻抗匹配的计算公式功率阻抗匹配的计算公式可以根据需求进行不同模式的计算：即电压驱动或功率驱动，一般来说通常以电压驱动为主，该模式下计算公式定义如下：负载阻抗 = 源阻抗 * 功率系数 * 载波方向系数；载波方向系数 = 源阻抗 * 源驱动能量因数；负载驱动利用系数 = 源功率 / 负载功率。
4 什么是功率系数功率系数是指系统中原功率到传输系统中消耗的功率的比率，是一个初始参数，通常用来控制系统的损耗或传输效率，它与负载阻抗有很大的关系，在做阻抗匹配时，功率系数可用于实现指定的阻抗匹配比。
5 功率驱动的计算公式功率驱动模式下计算公式与电压驱动模式下略有不同，它的公式如下：负载阻抗 = 源阻抗 / 功率系数 / 方向系数；负载驱动利用系数 = 源功率 / 负载功率；载波方向系数 = 源功率 / 源功率。
6 功率驱动与电压驱动的比较在控制系统损耗和传输效率时，功率驱动与电压驱动是不同的模式，它们的共同点是都可以调整负载阻抗值，从而达到阻抗匹配的要求。
但两者的不同之处在于，功率驱动模式以功率系数控制，即以调节损耗来调整和匹配参数，而电压驱动模式以功率系数控制，因此功率驱动模式能够更好地控制系统的损耗，不会出现失真和信号衰减的问题。
7 结论功率阻抗匹配是电路系统中有效解决负载装置和传播器电力损耗和信号失真问题的优化技术，有两种模式可以根据实际情况计算出最优的参数。
阻抗匹配的原理和应用
阻抗匹配的原理和应用1. 引言阻抗匹配是电子电路设计中的一种重要技术，用于确保信号的最大功率传输和防止信号反射。
本文将介绍阻抗匹配的基本原理和应用。
2. 阻抗匹配的基本原理阻抗匹配是指将不同阻抗的两个电路或电子设备连接在一起，使得信号在两者之间传输时的阻碍最小化。
阻抗匹配的基本原理涉及到两个重要概念：输入阻抗和输出阻抗。
2.1 输入阻抗输入阻抗是指电路或电子设备向外部信号源提供的阻力。
当信号源的输出阻抗与电路的输入阻抗匹配时，输入的功率能够被完全传输到电路中，最大化利用信号源的能量。
2.2 输出阻抗输出阻抗是指电路或电子设备与外部负载之间的阻力。
当电路的输出阻抗与负载的输入阻抗匹配时，电路能够向外部负载提供最大功率传输。
3. 阻抗匹配的应用阻抗匹配在实际电路设计中有许多应用。
以下是阻抗匹配的一些常见应用场景：3.1 通信系统在通信系统中，阻抗匹配非常重要。
例如，在无线电发射器和天线之间实现阻抗匹配可以最大程度地传输信号，并减少信号的反射。
这种阻抗匹配通常是通过天线调谐器或发射器的输出网络来实现的。
3.2 音频放大器阻抗匹配在音频放大器中也是必不可少的。
音频放大器通常将低阻抗的音频源连接到负载阻抗较高的扬声器。
通过阻抗匹配，可以确保音频信号的最大功率传输，并避免信号反射。
3.3 无线电频率调谐在无线电接收器和调谐器中，阻抗匹配用于确保信号从天线输入到调谐电路时的最大功率传输。
匹配电路通常使用变压器或匹配网络来实现。
3.4 高频电路设计阻抗匹配在高频电路设计中也是非常重要的。
例如，在微波射频电路中，通过匹配网络将信号源的输出阻抗与负载的输入阻抗匹配，可以实现信号的最大功率传输。
4. 阻抗匹配技术为了实现阻抗匹配，有几种常用的技术和电路可供选择：4.1 变压器变压器是一种常用的阻抗匹配器。
通过选择适当的变压器变比，可以实现输入阻抗和输出阻抗之间的匹配。
4.2 匹配网络匹配网络是一种通过电容、电感和电阻等被动元件连接而成的网络。
第六节传输线的阻抗匹配课件
传输线的参数
01
02
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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。
串口 阻抗匹配原理
串口阻抗匹配原理
串口是一种用于数据传输的通信接口，它通过传送和接收一系列数据位来实现信息的传递。
而在串口通信中，阻抗匹配是一项非常重要的原理，用于优化信号的传输质量和减少信号的反射。
阻抗是指电路对外部电压和电流输入的响应程度，它由电压和电流的比例关系来描述。
在串口通信中，信号在传输线上通过电流的方式进行传递，而传输线的特性阻抗会对信号的传输质量产生影响。
如果传输线上的阻抗和发送和接收设备的阻抗不匹配，就会导致信号的反射和多次反射，进而降低传输速率和造成数据错误。
为了克服阻抗不匹配带来的问题，使用串口时通常会采用阻抗匹配的方法。
阻抗匹配的目的是使得传输线上的阻抗和发送和接收设备的阻抗相等，从而使信号传输的能量最大化，并减少信号反射的影响。
一种常用的阻抗匹配方法是使用隔离变压器。
隔离变压器通过变压比例来实现对阻抗的匹配。
它将高阻抗的传输线连接到低阻抗的发送和接收设备，从而在不同阻抗之间提供了隔离和匹配功能。
使用隔离变压器可以有效减少串口通信中的信号反射和干扰，提高通信质量和可靠性。
除了隔离变压器，还有其他一些阻抗匹配的方法，例如使用阻抗转换器、差分传输线、电阻网络等等。
这些方法的具体选择取决于实际的应用场景和需求。
总结起来，串口通信中的阻抗匹配原理是为了优化信号传输质量和减少信号反射的影响。
通过采用合适的阻抗匹配方法，可以提高串口通信的稳定性和可靠性，确保数据的准确传输。
详解阻抗匹配原理
详解阻抗匹配原理本文主要详解什么是阻抗匹配，首先介绍了输入及输出阻抗是什么，其次介绍了阻抗匹配的原理，最后阐述了阻抗匹配的应用领域，具体的跟随小编一起来了解一下吧。
一、输入阻抗输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗。
在输入端上加上一个电压源U，测量输入端的电流I，则输入阻抗Rin就是U/I。
你可以把输入端想象成一个电阻的两端，这个电阻的阻值，就是输入阻抗。
输入阻抗跟一个普通的电抗元件没什么两样，它反映了对电流阻碍作用的大小。
对于电压驱动的电路，输入阻抗越大，则对电压源的负载就越轻，因而就越容易驱动，也不会对信号源有影响；而对于电流驱动型的电路，输入阻抗越小，则对电流源的负载就越轻。
因此，我们可以这样认为：如果是用电压源来驱动的，则输入阻抗越大越好；如果是用电流源来驱动的，则阻抗越小越好（注：只适合于低频电路，在高频电路中，还要考虑阻抗匹配问题），另外如果要获取最大输出功率时，也要考虑阻抗匹配问题二、输出阻抗无论信号源或放大器还有电源，都有输出阻抗的问题。
输出阻抗就是一个信号源的内阻。
本来，对于一个理想的电压源（包括电源），内阻应该为0，或理想电流源的阻抗应当为无穷大。
但现实中的电压源，则不能做到这一点。
我们常用一个理想电压源串联一个电阻r的方式来等效一个实际的电压源。
这个跟理想电压源串联的电阻r，就是（信号源/放大器输出/电源）内阻了。
当这个电压源给负载供电时，就会有电流 I 从这个负载上流过，并在这个电阻上产生 I×r 的电压降。
这将导致电源输出电压的下降，从而限制了最大输出功率（关于为什么会限制最大输出功率，请看后面的“阻抗匹配”一问）。
同样的，一个理想的电流源，输出阻抗应该是无穷大，但实际的电路是不可能的。
三、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，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。
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。
∏型阻抗匹配电路
∏型阻抗匹配电路
摘要：
1.阻抗匹配电路简介
2.π型阻抗匹配电路的原理
3.π型阻抗匹配电路的构造
4.π型阻抗匹配电路的应用领域
5.总结
正文：
阻抗匹配电路是一种电子电路，其主要功能是在输出端与输入端之间提供良好的阻抗匹配，以保证信号的最大传输。
在众多的阻抗匹配电路中，π型阻抗匹配电路由于其结构简单、性能稳定等优点，被广泛应用于各种电子设备中。
π型阻抗匹配电路的原理主要是利用电感和电容的组合来达到阻抗匹配的目的。
电感对交流信号产生阻抗，而电容则对交流信号产生导通。
当电感和电容的数值匹配时，整个电路对信号的阻抗就会变得非常小，从而实现阻抗匹配。
在构造π型阻抗匹配电路时，首先需要选择合适的电感和电容值。
这需要根据电路的工作频率、传输功率等参数进行计算。
一般情况下，电感和电容的数值应该相等，这样才能保证阻抗匹配的效果。
此外，在实际应用中，π型阻抗匹配电路还需要与其他电子元件如晶体管、二极管等配合使用，以构成完整的电路系统。
π型阻抗匹配电路广泛应用于通信、广播、雷达等电子设备中。
例如，在无线通信系统中，天线与发射接收电路之间需要通过阻抗匹配电路进行连接，以保证信号的最大传输。
而在雷达系统中，则需要利用阻抗匹配电路来提高天线阵列的性能。
总之，π型阻抗匹配电路是一种重要的电子电路，其在电子设备中的应用十分广泛。
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。
阻抗匹配的原理与概念
阻抗匹配的原理与概念
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到较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，则输出功率为较大，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，为使负载得到较大功率，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。
运放阻抗匹配电路
运放阻抗匹配电路一、引言运放阻抗匹配电路是一种常见的电路，主要用于将传感器、滤波器等低阻抗信号源与高阻抗负载连接起来，以达到信号传输的目的。
它能够有效地减小传输线路中的信号失真和噪声干扰，提高系统的稳定性和可靠性。
本文将从运放阻抗匹配电路的基本原理、设计方法、应用场景等方面进行详细介绍。
二、基本原理1. 运放简介运放（Operational Amplifier）是一种具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等特点的集成电路。
它通常由多个晶体管和电容组成，可以实现各种模拟信号处理功能。
在运放内部，有两个输入端口（正输入端口和负输入端口）、一个输出端口以及供电端口。
2. 运放反馈机制运放反馈机制是指将部分输出信号反馈到输入端口上，以达到控制系统增益、带宽等参数的目的。
根据反馈方式不同，可以分为正反馈和负反馈两种类型。
其中，负反馈是最常见的一种方式。
3. 阻抗匹配原理阻抗匹配是指将信号源的输出阻抗与负载的输入阻抗相匹配，以达到最大功率传输和最小信号失真的目的。
在运放电路中，阻抗匹配可以通过反馈电路实现。
当运放输入端口的阻抗足够大时，可以将负载接在运放输出端口上，通过反馈电路将一部分输出信号反馈到正输入端口上，从而实现阻抗匹配和信号放大。
三、设计方法1. 运放选择在设计运放阻抗匹配电路时，需要根据具体应用场景选择合适的运放型号。
常见的运放有LM741、TL071、OP07等。
其中，LM741是一种经典的通用型运放，具有高增益、低噪声等特点；TL071是一种低噪声、低失真的精密型运放；OP07则是一种高精度、低漂移的精密型运放。
2. 反馈网络设计反馈网络是实现阻抗匹配和信号调节的关键部分。
常见的反馈网络包括电压跟随器（Voltage Follower）、非反相比例器（Non-Inverting Amplifier）、反相比例器（Inverting Amplifier）等。
其中，电压跟随器是一种无放大作用的反馈网络，可以将运放输出端口的电压直接传递到负载上，实现阻抗匹配和信号放大；非反相比例器和反相比例器则可以实现对输入信号的放大或缩小。
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.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, 为负载电阻, RL 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=β*Ib,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=VD-0.7v,0.7V 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. 关于 dbμV,dbm ,dbw 在有线电视技术中我们常常遇到几个信号参数的量值, 这几个量值是对数单 位---分贝(db).用分贝表示是为了便于表达,叙述和运算(变乘除为加减). 分贝是表征两个功率电平比值的单位,如 A=10lgP2/P1=20lgU2/U1=20lgI2/I1.分贝制单位在电磁场强计量测试中的用法 有如下三种:1,表示信号传输系统任意两点间的功率(或电压)的相对大小.如一个 CATV 放大器,当其输入电平为 70dbμV 时,其输出电平为 100dbμV,也就是说放大 器的输出相对于输入来说相差 30db,这 30db 是放大器的增益. 2,在指定参考电平时可用分贝表示电压或电场强的绝对值,此参考电平通称为 0db.如定义 1μV=0dbμV,1mW=0dbm,1mV=0dbmV.例如,现有一个信号 A 其电 平为 3dbμV, 换算成电压的表示方式为: 3=20lgA/1μV, A=2μV, 即这个 3dbμV 的信号电压为 2μV. 3,用分贝表示电压或场强的误差大小,如 30±3db. 通常 db 是表征电路损耗,增益的量值;dbmV 和 dbμV 是表征信号的相对电 平值,由于 1mV=1000μV,所以有 0dbmV=60lg10=60dbμV.例如,信号电平是 70dbμV,用 dbmV 表示是 70-60=10dbmV;dbm 和 dbw 是表征信号的相对功率值, 由于 1W=1000mW,所以有 0dbW=30lg10=30dbm,例如光功率为 9dbm ,换算成功率 的单位(瓦)有:9=10lgx,x=7.9mW . 功率与电平的换算(dbm 与 dbμV 的换算): 在很多情况下,我们手里都只有一台场强计,它的量值单位通常是 dbμV, 但在一些高频功率放大器中往往只给出输出信号的功率值, 为此要将功率值换算 成电平值,对于 50 欧阻抗的信号源来说,当其输出功率为 1mW(0dbm)时,其端 电压输出应为 U=50P-E2×1000000=223606.7978μV,用分贝表示是: 20lg223606.7978=107dbμV.也就是说 0dbm 的 50 欧信源的输出电平为 107dbμV. 例如 1:一 50 欧的高频功率放大器其输出功率为 50dbm,求其输出电平,有: 107+50=157dbμV. 例如 2:某 50 欧接收设备其最小接收功率为-90dbm,求其最小接收电平,有: 107-90=17dbμV. 50Ω 系统 dbm,dbμV,瓦换算表功率(dBm) +53 +50 +49 +47 +46 +43 +40 +37 +33 +30 电平(dbV) 160 157 156 154 153 150 147 144 140 137 功率(瓦) 200w 100w 80w 50w 40w 20w 10w 5w 2w 1.0w 功率(dBm) 0 -1 -3 -7 -10 -20 -27 -30 电平(dbV) 107 106 104 100 97 87 80 77 .001mw 功率(瓦) 1.0mw .80mw .50mw .20mw .10mw .01mw+29 +27 +26 +23 +20 +17 +13 +10 +7 +3136 134 133 130 127 124 120 117 114 110800mw 500mw 400mw 200mw 100mw 50mw 20mw 10mw 5mw 2.0mw-交流电的最大值与有效值 我们知道,交流信号是时间的函数,它的幅度是随时间而变化的,在变化的 过程中所出现的最大瞬间值叫交流电的最大值. 有效值是指交流电在一个周期内所做的功与直流电所做的功等效这一观点 来定义的.例如:一个交流电源接上一个电阻 R,产生的电流为 i,那么在一个 周期 T 内的平均功率是:,流过同一个电阻 R 的直流电电流 I 的功率为 P-=RI2, 如果 P~=P-,那么这个交流电流的有效值在数值上就等于这个直流电流. 同样,交流电压在一个周期内的平均功率是:,直流电功率是 P-=U-2/R, 如 P~=P-,那么 U~的有效值在数值上就等于这个直流电压.即:根据上面推算,交流电的电压有效值与其最大值之间存在的关系,即最大值是有效值的倍. 这就是为什么 220V 交流电通过整流后其输出的直流电压为 311V 了(滤波电容起着峰值保 持的作用) . 有效值与最大值的概念很重要,因为我们现在所使用的大多数仪表的读数都是有效值, 在某些场合就容易忽略了最大值对电路的影响.如一个标称功率为 2W 的扬声器,2W 指的 是它的有效值功率, 在音频范围内, 功率的最大值 (称峰值功率) 通常是有效值的 5 倍左右, 所以此扬声器可与最大值功率 10W 的扩音机配接,如果扩音机的输出功率过大就会损坏扬 声器了. 最大值 Um 与有效值 U 之比 Um/U 称为峰值因子, 正弦波的峰值因子是, db 表示: 用 20Lg =3db.OTL 中的自举电容 图 1 是一个典型的 OTL 电路, 电路中的 C1 称为自举电容.它在 电路中作用如何?为分析方便将 图 1 简画成图 2. 图 2 的电路中是没有 C1 的情 况,在功放中各级的放大管总是 考虑充分利用的,即在输入信号 U1 的作用下,放大管工作在接近 饱和与截止.此时从充分利用输 出管的角度出发.希望 BG1 的集 电极饱和此时 VCE1=0.5~1V 左右, 故 E 点电位 VE=-(24-VCE1),因 VCE1 饱和压降非常小,可忽略不 计所以 VE=-24V.当 U1 负半周达 峰时,则 BG1 截止,BG2 导通并接 近饱和此时 VE 接近为 0 伏,那么 负载 RL 得到的高流电压平均峰值 为 12V. 上述是理想情况下的情形, 但实质上图 2 电路是做不到的, BG1 饱和时, 当 |VE|不可能达到 V1.这是因为 BG1 实质上是一个发射极输出器,所以 VE≈VB, 当 BG1 导通时它的发射极流入负载的电流增大,从而使|VB|减小,因此|VE|就 不可能达到 24V,这样 RL 的平均峰极电压将小于 12V. 从以上分析可知, 最简单的解缺办法是用一个比 24V 高的电源电压来给 BG1 供电.这样由于 A 点电压的提高,|VB|也就提高了.于是放大器的输出电压幅 度也有条件增加.电路中利用图 1 中的 C1 和 R5 可在不增加供电电压的条件下 来提高 A 点的电位, 其原理如下: 在静态时 VA=(24-IC3*R5)≈-24V,而 VE=EC/2=-12V,那么 电容 C1 上的电压 VC1 就是 VA 和 VE 之差是 12V. 因此电容 C1 被充电到 12V. 当加入信号 U1, BG3 导通时 VE 从-12V 向更负方向变化(这是因为 BG1 开始导通) 即|VE|增加, 由于 A 点电位 VA=(VC1+|VE|)因此随着|VE|增加,|VA|也自动 增加.例如当|VE|变到 24V 时,|VA|可达 12+24=36V, 这就相当于 A 点由一个 36V 的电源 供电一样.电阻 R5 的作用是把 A 点和电源 EC 隔开,这样 A 点电压增加才有条件. 由上可知,利用 C1 可把 A 点电位|VA|自动提高故电容 C1 我们叫做自举电 容. 集成运放器的基本特性 图 YF 是集成运放的符号图,1,2 端是信号输入端,5 是输出端,3,4 是 工作电压端,在实际中还有调零端,频率补偿端和偏置端等辅助端.在输入端 中标有"+"号的是同相端,标有"—"号的是反相端,当信号从同相端输入时,输出信号和输 入信号同相,反之 则反.集成运放器 的输入电路均都 是采用差分放大 器.它的输入信号 电压和输出信号 电压的关系是 V0=K(V2-V1), 式中 K 是运放器的 放大倍数,K 是非 常大的,可达几十 万倍,这是运放大 器和差分放大器 的区别,而且集成运放器的两个输入端对地输入阻抗非常高,一般达几百千欧 到几兆欧,因此在实际应用中,常常把集成运放器看成是一个所谓"理想运算 放大器",其有两个基本特性:1,输入租抗为∞;2,增益为∞.根据这两个 条件可以作出以下推论:1,输入电流 I1,I2 都为 0,这是因为其输入阻抗为 ∞的原因;2,因为 K=∞又根据输入和输出端的关系 V2-V1=V0/K,所以认为运 放器的两个输入端的电位差为零. 数字信号的纠错 数字信号在传输的过程中,由于干扰或通道特性变坏等原因,都有可能使 得传输的数字信号出错(误码),因此纠错是提高数字传输质量的一个必不可 少的过程. 那么,纠错是如何进行的?图 JU-1 给出了纠错的全过程.模拟信号经过 模/数变换后,将附加的数据(如奇偶校验位)加于数据流之中,在接收端通 过奇偶校验位来发现有错误的数据字(也即通过对附加的数据进行鉴别来识别 出有误码的数据字),并给以纠正.纠正错的方法有静噪,保持前边的字,线 性内插三种. 1,静噪 当发生差错并被识别出来时,有关电路将在出差错的这一点上终端电路的 传输,即用静噪来解决,如图 JU-2 所示.静噪只是在纠错过程起作用,并且 通常是在连续发生差错的情况下采用. 2,保持前边的字 数字处理电路通常使用了大量的存储电路,用于在处理数字信号时能对这 些数据信号进行一个短暂时间的连续记忆,这样当发现有一个"可怀疑"的数 据字时,便可用最靠近它的前一个数据来替代,如图 JU-3 所示.用前边的数 据字来替代有错误的数据字其结果与未发生差错的数据相比,误差很少(因相 关性),所以这种纠错方法是合理的.所以保持前边字是一种可接受的纠错方 法. 3,线性内插 线性内插能够进一步改善上面的纠错方法.所谓线性内插就是取差错字的 前一个数据字与后一个数据字的平均值,并用此值去替代这个差错字,显然这种方法可得到更精确的纠错.数据信号的交织处理 交织是一种极复杂的过程,是对纠错过程的补充,交织的基本原理是将数 字基带信号按已定义了的规则进行"搅乱",在接收端解调后再将这些"搅 乱"的数据信号按相反的规则重新排列,使之恢复出原始的次序. 交织的过程是通过一组延时器来实现的,延时量是取样周期的整数倍.延 时器由随机存储器(RAM)构成.交织时将数据按严格的规定顺序写入 RAM 中; 去交织时再按相反的顺序从 RAM 中读出. 推换电路中的"交越"失真 图 JY-1 是晶体管输入特性曲线,从图中我们可看出它的起端是非线性的, 在推换电路中晶体管工作在乙类状态(零偏置),因两管输入信号相差 180 度 相位,那么两管喝起来的输入特性曲线如图 JY-2 所示.如果两管的工作点在 O点(Vbe=0V)时,由于输入特性曲线的起端是非线性的,所以当输入信号较少 时,输出波型就会引起失真如图 JY-3 所示,我们称这种失真为交越失真. 如果我们给两管一定的正向偏置电压 Vbe,就可避开输入特性曲线的非线 性部分,如图 JY-2 的 Q1 和 Q2 点,这样就可解决了交越失真的问题了.在一 般情况下,将上下两管的静态工作电流调为 6-8MA 就可避免交越失真的发生.电子管的三种工作状态 电子管放大器的工作状态决定于放大器栅极电路中所加栅偏压 Eg 的大少, 见图 Z,改变栅偏压 Eg,阳极电流中的直流分量就要发生变化.当栅极偏压 Eg 等于截止栅压 Ug0 的一半时, 在交流信号变化的整个周期内均有阳极电流流过, 阳极的直流分量最大,失真最小,可是效率最低,这种工作状态我们称甲类工 作状态.它适宜于对失真指标要求较高的放大器. 当栅极电压等于截止栅压 Ug0 时,这时只有在栅极交流信号的正半周内才 有阳极电流.这种工作状态叫乙类工作状态,在此状态下可获得较高的工作效 率,多用于低频推挽式放大电路. 若栅偏压较截止栅呀还小的话,此时只有在赡极输入信号的近半周部分时 间内才有阳极电流,这种是丙类状态,此种状态效率最高,但失真也最大.适 宜于一些倍频电路的应用.稳压二极管 稳压二极管(又叫齐纳二极管)它的电路符号是: 此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很少的数值,在 这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性, 稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用.其伏安特性见图 1,稳压二极管可以串联起来以 便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压. 稳压管的应用: 1,浪涌保护电路(如图 2):稳压管在准确的电压下击穿,这就使得 它可作为限制或保护之元件来使用,因为各种电压的稳压二极管都 可以得到,故对于这种应用特别适宜.图中的稳压二极管 D 是作为 过压保护器件.只要电源电压 VS 超过二极管的稳压值 D 就导通,使 继电器 J 吸合负载 RL 就与电源分开. 2,电视机里的过压保护电路(如图 3):EC 是电视机主供电压,当 EC 电压过高时,D 导通,三极管 BG 导通,其集电极电位将由原来的高电平(5V)变为低电平,通过待机 控制线的控制使电视机进入待机保护状态.3, 电弧抑制电路如图 4:在电感线圈上 并联接入一只合适的稳压二极管(也 可接入一只普通二极管原理一样)的 话,当线圈在导通状态切断时,由于其电磁能释放所产生的高压就 被二极管所吸收,所以当开关断开时,开关的电弧也就被消除了. 这个应用电路在工业上用得比较多,如一些较大功率的电磁吸控 制电路就用到它. 4, 串联型稳压电路(如图 5):在此电路中,串联稳压管 BG 的基极被稳压二极管 D 钳定在 13V,那么 其发射极就输出恒定的 12V 电压了.这个电路在很多场合下都有应用晶体管射随电路 在很多的电子电路中,为了减少后级电路对前级电路的影响和有些前级电路的输出要求有较 强的带负载能力(即要求输出阻抗较低)时,要用到缓冲电路,从而达到增强电路的带负载能力和 前后级阻抗匹配,晶体管射随器就是一种达到上述功能的缓冲电路. 晶体管射随电路实际上是晶体管共发电路,它是晶体三极管三大电路形式之一(共基电路,共 集电路,共发电路),它的电路基本形式如图 A1 所示. 根据图 A1 的等效电路可知,发射极电流 Ie=Ib+Ic 又因为 Ic=β*Ib(β 是晶体管的直流放大系 数)所以 Ie=Ib+β*Ib=Ib(1+β),又根据电路回路电压定 律:Vi=Ib(Rb+Rbe )+Ie*Re=Ib(Rb+Rbe)+Ib(1+β)Re(Rb 是晶体管基极电阻,Rbe 是基极与发射极 之间的电阻,由于 Rb 和 Rbe 较少可忽略,那么 Vi= Ib(1+β)Re,根据欧姆定律,电路的输入阻抗为 Vi/Ib=Ib(1+β)Re/Ib=Re(1+β). 从此式可见电路的输入阻抗是 Re 的 1+β 倍, 电路的输出阻抗 等于 Rc 与 Re 的并联总阻抗.经上述分析得出结论:晶体管射随电路具有较高的输入阻抗和较低 的输出阻抗.晶体管电子滤波器 在很多电子电路中,特别是一些小信号放大电路,其电源往往会加入一级晶体管电子滤波器,其电 路结构如图 J1,设图的右边是一个与电子滤波效果一样的普通 RC 滤波电路,则它们有以下关系: 图的左边 Uec=Ib*R1+Ueb=Ib*R1 因为 Iec=β*Ib (β 为晶体管的直流放大系数) 所以有 Uec=(Iec/β)*R1 图的右边 Uec=Rec*Iec 由于左右图互相等效所以有 Rec*Iec=(Iec/β)*R1 得 Rec=R1/β 两滤波器的滤波性能一般用 R 与 C 的乘积来衡量,所以有: R1*C1=Rec*C1'=(R1/β)*C1' C1=C1'/β 由上式可知,电子滤波器所需的电容 C1 比一般 RC 滤波器所需电容少 β 倍.打个比方设晶体管的直流放大系数 β=100,如果用一般 RC 滤波器所需电容容量为 1000μF,如采用电子滤波器那么电 容只需要 10μF 就满足要求了.场效应管 现在越来越多的电子电路都在使用场效应管,特别是在音响领域更是如此,场效应管与晶体管 不同,它是一种电压控制器件(晶体管是电流控制器件),其特性更象电子管,它具有很高的输入阻 抗,较大的功率增益,由于是电压控制器件所以噪声小,其结构简图如图 C-a. 场效应管是一种单极型晶体管,它只有一个 P-N 结,在零偏压的状态下,它是导通的,如果在其栅极(G)和源极(S)之间加上一个反向偏压(称栅极偏压)在反向电场作用下 P-N 变厚(称耗尽区) 沟道变窄,其漏极电流将变小,(如图 C1-b),反向偏压达到一定时,耗尽区将完全沟道"夹断",此 时,场效应管进入截止状态如图 C-c,此时的反向偏压我们称之为夹断电压,用 Vpo 表示,它与栅极 电压 Vgs 和漏源电压 Vds 之间可近以表示为 Vpo=Vps+|Vgs|,这里|Vgs|是 Vgs 的绝对值. 在制造场效应管时,如果在栅极材料加入之前,在沟道上先加上一层很薄的绝缘层的话,则将 会大大地减小栅极电流,也大大地增加其输入阻抗,由于这一绝缘层的存在,场效应管可工作在正 的偏置状态,我们称这种场效应管为绝缘栅型场效应管,又称 MOS 场效应管,所以场效应管有两种 类型,一种是绝缘栅型场效应管,它可工作在反向偏置,零偏置和正向偏置状态,一种是结型栅型 效应管,它只能工作在反向偏置状态. 绝缘栅型场效应管又分为增强型和耗尽型两种,我们称在正常情况下导通的为耗尽型场效应管, 在正常情况下断开的称增强型效应管.增强型场效应管特点:当 Vgs=0 时 Id(漏极电流)=0,只有当 Vgs 增加到某一个值时才开始导通,有漏极电流产生.并称开始出现漏极电流时的栅源电压 Vgs 为 开启电压. 耗尽型场效应管的特点,它可以在正或负的栅源电压(正或负偏压)下工作,而且栅极上基本无栅 流(非常高的输入电阻). 结型栅场效应管应用的电路可以使用绝缘栅型场效应管,但绝缘栅增强型场效管应用的电路 不能用结型 栅场效应管代替.可控硅二极管 可控硅在自动控制控制,机电领域,工业电气及家电等方面都有广泛的应用.可控硅是一种有源 开关元件, 平时它保持在非道通状态, 直到由一个较少的控制信号对其触发或称"点火"使其道 通, 一旦被点火就算撤离触发信号它也保持道通状态, 要使其截止可在其阳极与阴极间加上反向 电压或将流过可控硅二极管的电流减少到某一个值以下. 可控硅二极管可用两个不同极性(P-N-P 和 N-P-N)晶体管来模拟,如图 G1 所示.当可控硅的栅 极悬空时,BG1 和 BG2 都处于截止状态,此时电路基本上没有电流流过负载电阻 RL,当栅极输入 一个正脉冲电压时 BG2 道通,使 BG1 的基极电位下降,BG1 因此开始道通,BG1 的道通使得 BG2 的基极电位进一步升高,BG1 的基极电位进一步下降,经过这一个正反馈过程使 BG1 和 BG2 进入 饱和道通状态. 电路很快从截止状态进入道通状态, 这时栅极就算没有触发脉冲电路由于正反馈 的作用将保持道通状态不变. 如果此时在阳极和阴极加上反向电压, 由于 BG1 和 BG2 均处于反向 偏置状态所以电路很快截止,另外如果加大负载电阻 RL 的阻值使电路电流减少 BG1 和 BG2 的基 电流也将减少, 当减少到某一个值时由于电路的正反馈作用, 电路将很快从道通状态翻转为截止 状态,我们称这个电流为维持电流.在实际应用中,我们可通过一个开关来短路可控硅的阳极和 阴极从而达到可控硅的关断.。
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。
∏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.∏型阻抗匹配电路的应用
4.∏型阻抗匹配电路的优点与局限性
正文
一、阻抗匹配电路的概述
阻抗匹配电路，顾名思义，是指在电路系统中，通过特定的电路设计使得负载阻抗与源阻抗相等或者接近，从而实现能量高效传输的目的。
在实际应用中，阻抗匹配电路被广泛应用于无线通信、射频电路、信号处理等领域。
二、∏型阻抗匹配电路的原理
∏型阻抗匹配电路，是阻抗匹配电路的一种常见类型，其主要原理是利用电阻和电感之间的∏型连接，使得电路的阻抗在特定频率下呈现阻抗匹配的状态。
具体来说，∏型阻抗匹配电路由两个电阻和一个电感串联而成，电感的两端分别与两个电阻的一端相连，形成∏型结构。
三、∏型阻抗匹配电路的应用
∏型阻抗匹配电路在实际应用中，主要起到提高能量传输效率、减小信号反射和减小系统损耗的作用。
具体应用场景包括但不限于射频前端模块、放大器、天线等。
四、∏型阻抗匹配电路的优点与局限性
∏型阻抗匹配电路的优点主要体现在其结构简单、制作容易、匹配效
果良好等方面。
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
阻抗匹配原理来源：互联网阻抗匹配（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。
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50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。
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阻抗匹配原理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Ie*R5那么BG的B、E间的电压=VB-VE=VB-Ie*R5.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-Ie*R5↓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。
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)。