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小編的上一篇原創(chuàng)文章講了CAN總線的終端電阻,其中提到阻抗不匹配時會引起信號反射,本文將用最通俗的語言讓您了解什么是阻抗匹配?什么是阻抗不匹配?


“阻抗匹配”的百度百科解釋為:阻抗匹配主要用于傳輸線上,以此來達到所有高頻微波信號均能傳遞至負載點的目的,而且?guī)缀醪粫行盘柗瓷浠貋碓袋c,從而提升能源效益。信號源內阻與所接傳輸線的特性阻抗大小相等且相位相同,或傳輸線的特性阻抗與所接負載阻抗的大小相等且相位相同,分別稱為傳輸線的輸入端或輸出端處于阻抗匹配狀態(tài),簡稱為阻抗匹配。
“用人話”解釋上面阻抗匹配的定義無非以下三點:

阻抗匹配時傳輸線上無信號反射

信號傳輸效益最大化

負載阻抗與傳輸線阻抗大小相同、相位相同


一:阻抗匹配的原理



我們以最容易理解的直流電源和電阻(電阻≠阻抗)的例子講解阻抗匹配的原理:



上圖中R為負載電阻,r為電源E的內阻,E為電壓源。由于r的存在,當R很大時,電路接近開路狀態(tài);而當R很小時接近短路狀態(tài)。顯然負載在開路及短路狀態(tài)都不能獲得最大功率。

計算公式如下:


從上式可看出,當 R=r 時 ,式中分母中的(R-r)的值最小為0,此時負載所獲取的功率最大。所以,當負載電阻等于電源內阻時,負載將獲得最大功率。這就是電子電路阻抗匹配的基本原理。


r對應了電路中的輸入阻抗,R對應了電路中的輸出阻抗。


二:復雜情況說明


當然,在具有電阻、電感和電容的電路里,對交流電所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示。阻抗由電阻、感抗和容抗三者組成,但不是三者簡單相加。


如果三者是串聯的,又知道交流電的頻率f、電阻R、電感L和電容C,那么串聯電路的阻抗Z= R i( ωL–1/(ωC)),其中R為電阻,ωL為感抗,1/(ωC)為容抗。阻抗的單位是歐。


由此可見,一個具體的電路,其阻抗是隨時變化的,它會隨著電流頻率的改變而改變。容抗和感抗的值除了與電容和電感本身大小有關之外,還與所工作的交流電的頻率有關。


值得注意的是,在電抗電路中,電阻R,感抗與容抗的值不能用簡單的算術相加,而常用阻抗三角形法來計算。因而電抗電路要做到匹配比純電阻電路要復雜很多,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)。


這里指的電抗X即感抗XL和容抗XC之差(僅指串聯電路來講,若并聯電路則 計算更為復雜)。滿足上述條件即稱為阻抗匹配,負載即能得到最大的功率。


三:前情回顧


回顧小編上一篇原創(chuàng)文章中講解信號反射的部分,可以發(fā)現,當r=R時,在電路中不會出現阻抗突變,故阻抗匹配時可以防止信號的反射;


End


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