阻抗匹配（这样理解阻抗匹配比较容易懂！）

阻抗匹配(这样更容易理解阻抗匹配！)

阻抗匹配是指信号传输过程中负载阻抗与源中阻抗之间的特定匹配关系。一台设备的输出阻抗与所接负载的阻抗有一定的关系，以避免负载接入后对设备本身的工作状态产生明显的影响。对于低频电路和高频电路，阻抗匹配差别很大。

在了解阻抗匹配之前，我们应该先了解输入阻抗和输出阻抗。

I .输入阻抗

输入阻抗是指电路输入端的等效阻抗。在输入端加一个电压源U，测量输入端的电流I，那么输入阻抗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。

输入阻抗与普通的电抗元件没有什么不同，它反映了对电流的阻碍程度。对于电压驱动电路，输入阻抗越大，电压源上的负载越轻，因此更容易驱动，不会影响信号源。对于电流驱动电路，输入阻抗越小，电流源的负载越轻。所以我们可以认为，如果是电压源驱动，输入阻抗越大越好。如果用电流源驱动，阻抗越小越好(注:只适用于低频电路，高频电路要考虑阻抗匹配)。此外，如果要获得最大输出功率，还应该考虑阻抗匹配。

第二，输出阻抗

无论信号源、放大器还是电源，都存在输出阻抗的问题。输出阻抗是信号源的内阻。本来对于一个理想的电压源(包括电源)，内阻应该是0，或者说理想电流源的阻抗应该是无穷大。但现实中的电压源做不到这一点。我们经常用一个理想的电压源和一个电阻R串联来等效一个实际的电压源。与理想电压源串联的电阻R为(信号源/放大器输出/电源)的内阻。当该电压源向负载供电时，电流I将流过负载，该电阻上将产生I×r的压降。这会导致电源输出电压下降，从而限制最大输出功率(限制最大输出功率的原因请参考后面的问题“阻抗匹配”)。同样，理想电流源的输出阻抗应该是无穷大，但实际电路是不可能的。

三。感应淬火

阻抗匹配是指信号源或传输线与负载之间合适的匹配方法。阻抗匹配分为低频和高频。让我们从驱动负载的DC电压源开始。因为实际电压源总是有内阻的，所以我们可以把一个实际电压源等效为一个理想电压源串联一个电阻R的模型，假设负载电阻为R，电源的电动势为U，内阻为R，那么我们可以计算出流经电阻R的电流为:I=U/(R+r)。可以看出，负载电阻R越小，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，输出电压Uo越高。让我们通过下式计算电阻R的功耗:

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}

对于给定的信号源，其内阻R是固定的，而负载电阻R是我们选择的。注意公式中的[(R-r)2/R]，当R=r时，[(R-r)2/R]可以得到最小值0，然后在负载电阻R上可以得到最大输出功率Pmax=U2/(4×r)，也就是当负载电阻等于信号源内阻时，负载可以获得最大输出功率，这就是我们常说的阻抗匹配之一。这个结论同样适用于低频电路和高频电路。当交流电路含有容性或感性阻抗时，结论改变，即信号源与负载阻抗的实部应相等，虚部应相反，称为共轭匹配。在低频电路中，我们一般不考虑传输线的匹配问题，只考虑信号源与负载之间的情况。因为低频信号的波长相对于传输线来说很长，所以传输线可以看作是“短线”，反射可以忽略(可以理解为即使线被反射回来，也还是和原来的信号一样)。

从以上分析可以得出结论:如果需要大的输出电流，应选择小负载R；如果我们需要大的输出电压，选择大的负载R；如果我们需要最大输出功率，选择与信号源内阻匹配的电阻R。有时候阻抗不匹配还有另一层意思。例如，一些仪器输出是在特定负载条件下设计的。如果负载条件发生变化，可能无法达到最初的性能。这时候我们也会称之为阻抗不匹配。

在高频电路中，还必须考虑反射的问题。当信号的频率很高时，信号的波长很短。当波长与传输线的长度相当时，叠加在原始信号上的反射信号将改变原始信号的形状。如果传输线的特性阻抗不等于负载阻抗(即不匹配)，则在负载端会发生反射。

阻抗失配时为什么会产生反射以及特性阻抗的求解方法涉及到二阶偏微分方程的求解。这里就不赘述了。有兴趣的话可以参考电磁场和微波方面的书籍中的传输线理论。

传输线的特性阻抗(也称特性阻抗)是由传输线的结构和材料决定的，与传输线的长度、信号的幅度和频率等无关。比如闭路电视常见的同轴电缆的特性阻抗为75ω，而一些射频设备中常用的同轴电缆的特性阻抗为50ω。另一种常见的传输线是特性阻抗为300ω的扁平平行线，常见于农村使用的电视天线支架，用作八木天线的馈线。因为电视射频输入端子的输入阻抗为75ω，所以300ω馈线不会与之匹配。实践中如何解决这个问题？不知道大家有没有注意到，电视机的配件里面有一个300ω到75ω的阻抗转换器(一个塑料封装，一端有一个圆插头，大概两个拇指大小)。

它其实就是一个传输线变压器，把300ω的阻抗转换成75ω，这样就可以匹配了。这里需要强调的是，特性阻抗与我们通常理解的电阻不是一个概念，与传输线的长度无关，也不能用欧姆表来测量。

为了避免反射，负载阻抗应该等于传输线的特性阻抗，也就是传输线的阻抗匹配。阻抗不匹配会有什么不良后果？如果不匹配，就会形成反射，能量无法传递，降低效率；输电线路上会形成驻波(简单理解就是信号有的地方强，有的地方弱)，导致输电线路有效功率容量降低；电力无法传输，甚至会损坏传输设备。如果电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配，会造成冲击和辐射干扰。

当阻抗不匹配时，有哪些方法可以使其匹配？首先，考虑使用变压器进行阻抗转换，就像上面提到的电视机中的例子一样。其次，可以考虑使用串/并联电容或电感，在调试射频电路时经常用到。第三，可以考虑使用串/并联电阻。有些驱动器的阻抗很低，可以串联一个合适的电阻来匹配传输线，比如高速信号线，有时可以串联几十欧姆的电阻。但有些接收机输入阻抗较高，可以通过并联电阻与传输线匹配。例如，485总线接收器通常在数据线终端并联120欧姆匹配电阻。(起始端串联匹配，终端并联匹配)

为了帮助大家理解阻抗不匹配时的反射问题，我举两个例子:假设你在练拳击——打沙袋。如果是一个重量和硬度合适的沙袋，玩起来会觉得很舒服。但是，如果有一天我在沙袋上做手脚，比如里面换成了铁砂，你还是用之前的力打，你的手可能会受不了——这就是过载的情况，会产生很大的反弹力。相反，如果我把里面换成很轻的东西，一旦你出拳，你可能扑上空，你的手可能会受不了——这就是负荷太轻的情况。

附:阻抗匹配的四种处理方法

当传输路径上的阻抗不连续时，就会有反射。阻抗匹配的功能是通过端接元件来消除传输链路上的反射。常见的阻抗匹配如下:

第一，串联终止模式

一个电阻串联在输出端附近。为达到匹配效果，串联电阻和驱动端输出阻抗之和应等于传输线的特性阻抗Z0。

在通常的数字信号系统中，器件的输出阻抗通常是十几欧姆到二十几欧姆，传输线的阻抗通常控制在50欧姆，所以开头的匹配电阻通常是33欧姆。

当然，为了达到良好的匹配效果，驱动端的输出到串联电阻的传输路径要足够短，可以忽略这个传输线的影响。

串联电阻的优点和缺点如下:

1)优势

1、只需要一个电阻；

2.没有多余的DC功耗；

3.消除驱动端的二次反射；

4.它不受接收端负载变化的影响；

(2)缺点

1.接收端的一次传输仍然存在；

2.信号的边缘会有一些变化；

3.电阻要靠近驱动端放置，不适合双向信号传输；

4.线路上传输的电压是驱动电压的一半，不适合菊花链的多类型负载结构。

二、并联方式

平行端接也称为终端匹配。为了满足阻抗匹配的要求，终端的电阻应该等于传输线的特征阻抗Z0。

在常见的数字信号传输系统中，接收端的阻抗从几兆到十几兆不等。如果终端匹配电阻等于传输线的特性阻抗，那么与接收端阻抗并联后的阻抗大约是传输线的特性阻抗，那么终端的反射系数为0。不会有反射，但是会消除终端的第一次反射。

并行端接的优点和缺点

1)优势

1、适用于多种负载

2.只需要一个电阻，电阻值易于选择。

(2)缺点

1、DC耗电量增加

2.并联端接可以上拉至电源或下拉至地。如果是，将提高低电平或降低高电平，以降低噪声容限。

三。交流并联终端

并联端接为了消除DC功耗，可以采用如下所示的交流并联端接(交流端子匹配)。为满足匹配要求，端接电阻应等于传输线的特性阻抗Z0。

优缺点描述如下:

1)优势

1、适用于多种负载

2.没有DC功耗增加。

(2)缺点

1.需要两个设备。

2、终端的容性负载增加，RC电路引起的延迟增加。

3.对周期信号(如时钟)有效，不适合非周期信号(如数据)。

四。大卫在南端相遇。

大卫的南方端子与端子匹配，如下图所示。为满足匹配要求，终端的电阻并联值应等于传输线的特性阻抗Z0。

优点和缺点:

1)优势

1、适用于多种负载

2.非常适用于SSTL/HSTL电平的上拉或下拉输出阻抗很平衡的情况。

(2)缺点

1.DC电力消耗增加。

2.需要两个设备。

3.如果端接电阻上拉至电源或下拉至地，低电平将升高，高电平将降低。

4.很难选择电阻值。电阻值小，低电平就涨，高电平跌得更惨。如果电阻值较大，可能会造成不完全匹配，增加反射，可以通过仿真来确定。

以上就是由优质生活领域创作者 嘉文社百科网小编 整理编辑的，如果觉得有帮助欢迎收藏转发~