阻抗匹配:公式、电路及应用| Electrical4Ubetway网页版 - betway网页版,betway必威体育精装版,必威亚洲体育

内容

什么是阻抗匹配?

阻抗匹配被定义为设计输入的过程阻抗以及电负载的输出阻抗以使信号反射最小化或使负载的功率传递最大化。

电路由像放大器或者发电机而电灯泡或传输线等负载都有源阻抗。该源阻抗等效于电阻与电抗串联。

根据这一点最大功率传递定理，当负载电阻等于源电阻，负载电抗等于源的负时电抗，最大功率由电源和负载传递。这意味着当负载阻抗等于源阻抗的复共轭时，可以传递最大功率。

在DC电路的情况下，频率不考虑。因此，如果负载电阻等于源电阻，则满足条件。在交流电路的情况下，电抗取决于频率。因此，如果阻抗与一个频率匹配，则如果频率改变，则可能不匹配。

史密斯图阻抗匹配

史密斯图表是由Philip H Smith和T. Mizuhashi发明的。它是用于解决传输线和匹配电路的复杂问题的图形计算器。该方法还用于在一个或多个频率下显示RF参数的行为。

史密斯图用于显示阻抗、导纳、噪声图圆、散射参数、反射系数和机械振动等参数。因此，大多数射频分析软件包括史密斯图表显示，因为它是射频工程师最重要的方法之一。

smith图表有三种类型;

阻抗史密斯图表（Z图表）
准入史密斯图表(Y图表)
电感史密斯图(YZ图)

阻抗匹配电路及公式

对于给定的负载电阻R，我们将找到一个与驱动电阻R’在频率为ω时匹配的电路_0.。我们设计L匹配电路（如下图所示）。

让我们找到进入（Y._在）上述电路。

考虑一下，电阻（R）和电感器（l）均串联。这种组合与之平行电容器（C）。因此，阻抗是，

$\ [z =（r + j \ omega l）||\ frac {1} {j \ omega c} \]$

$\ [z = \ frac {（r + j \ oomega l）\ times \ frac {1} {j \ oomega c}} {（r + j \ oomga l）+ \ frac {1} {j \ omega c}} \]$

$\ [z = \ frac {（r + j \ omega l）} {（r + j \ oomga l）（j \ omega c）+ 1} \]$

$\ [y_ {in} = \ frac {1} {z} = \ frac {（r + j \ omega l）（j \ oomega c）+ 1} {（r + j \ omega l）} \]$

$j \ \ [Y_{} =ωC + \压裂{1}{(R + j \ωL)} \]$

现在，我们利用复共轭分离上述方程的虚部和实部。

$j \ \ [Y_{} =ωC + \压裂{1}{(R + j \ωL)} \ * \压裂{(rj \ωL)} {(rj \ωL)} \]$

$j \ \ [Y_{} =ωC + \压裂{(rj \ωL)} {R ^ 2 +(ω\ L) ^ 2} \]$

$\ [y_ {in} = j \ oomega c + \ frac {r} {r ^ 2 +（\ omega l）^ 2} - \ frac {j \ omega l} {r ^ 2 +（\ omega l）^2} \]$

$\ [y_ {in} = \ \ frac {r} {r ^ 2 +（\ omega l）^ 2} + j \ left [\ omega c - \ frac {\ oomega l} {r ^ 2 +（\ omega l）^ 2} \右] \]$

现在，

（1） $*}{方程Y = \ \开始压裂{R} {R ^ 2 +(ω\ L) ^ 2} \四\四\ omega_0 = \ sqrt{\压裂{1}{LC} -(\压裂{R} {L}) ^ 2 \{方程*}结束$

当ω = ω_0.Y有一个电阻_在，应该设置为r'。

$\ [R ' = \压裂{1}{Y} = \压裂{R ^ 2 + (\ omega_0 L) ^ 2} {R} \]$

$\ [r'= r + \ frac {\ omega_0 ^ 2 l ^ 2} {r} \]$

$\ [' = R \离开(1 + \压裂{\ omega_0 L}} {R ^ 2 \) \]$

（2） $\ begin {arearation *} r'= r \ left（1 + q ^ 2 \右）\ end {公式*}$

这里Q是Q系数，对于L和R网络系列，Q系数等于，

（3） $\ begin {arearation *} q = \ frac {\ oomega_0 l} {r} \ end {arearation *}$

设计这一快速的步骤。

步骤1对于给定R和R'，找到来自EQ-2的所需Q.
步骤2对于给定ω._0.，从eq-3中找到所需的。
步骤3从EQ-1，找到所需的Y以提供所选的谐振频率。

为什么阻抗匹配重要

阻抗匹配是最重要的情况下，高速和高频器件。当你设计一个PCB.对于这种类型的应用，你必须记住要匹配源和负载的阻抗。

在超高频应用中，阻抗匹配是设计工程师的一项非常困难的任务。设计RF和微波电路也很具有挑战性。对阻抗匹配中的小错误的影响导致脉冲失真和信号的反射。

随着频率增加，误差窗口减小。对于更高的频率，最大功率传输的重要性变得至关重要。如果阻抗完美匹配，则电路适当且有效地工作。如果阻抗不正确匹配，因此由于信号的反射，电路中存在许多负效应。

这些反射波与发送信号匹配。它可能导致数据，相位失真的延迟，并降低信号与噪声的比率。

阻抗匹配的应用程序

在电气和电子电路设计中，设计人员的主要目标是实现可以从源传递到负载的最大功率。在几乎所有应用中，需要阻抗匹配。

我们讨论了一些阻抗匹配的一些应用。

阻抗匹配变压器

变压器用于匹配源和负载的阻抗。变压器的输入功率与输出功率相同变压器。它只是改变电能的电压水平。它不会改变功率级别。

根据匹配两侧的阻抗来设置匝数比。低压绕组的匝数较少。因此，与高电平的阻抗相比，低压绕组的阻抗较少电压绕组。

因此，为了匹配阻抗，通过选择适当数量的绕组来使用变压器来连接源和负载。有时，该变压器也被称为匹配变压器。

匹配变压器的匝数比定义为电源电阻与负载电阻之比的平方根。

$\ [转为比率= \ sqrt {\ frac {source \，电阻} {load \，电阻}}$

天线阻抗匹配

阻抗匹配的常见应用是耦合天线的电视。天线是一个源，因为它提供了信号。并且电视被认为是负载，因为它收到了信号。

例如，天线和电缆的电阻是75欧姆，电视的电阻为300欧姆。在这种情况下，由于阻抗不同，不能转移最大功率并导致信号接收不良。

现在，为了避免这种情况，我们使用变压器来匹配天线和电视的阻抗。变压器的匝数比计算与上述等式相同。

现在为此示例，如果我们施用源阻抗和负载阻抗的值，它可以写成，

$\ [n = \ sqrt {\ frac {r_l} {r_int}} \]$

$n = \sqrt{\frac{300 \Omega}{75 \Omega}}$

$n = \sqrt{4}$

$\ [n = 2 \]$

从上述方程，匝数比为1：2。并且变压器如下图所示。

传输线阻抗匹配

这输电线路用于将电能从电源转移到负载。重要的是，在能量传递过程中发生的能量损失是零或尽可能小。为了完成这一任务，源阻抗和负载阻抗必须匹配传输线的特性阻抗。

特性阻抗是电压与电压的比值当前的在传输线上的任何一点都有波形。对于较长的传输线，在传输线的不同位置可能有不同的特性阻抗。

如果阻抗不匹配，信号到达负载并反射回源。它会产生驻波。反射功率的大小可以用反射系数来衡量。反射系数的方程是，

$\Gamma = \frac{Z_L-Z_0}{Z_L+Z_0}$

在哪里，
Z._L.=线阻抗
Z._0.=特征阻抗

反射系数的理想值为零。在这种情况下，负载阻抗与特性阻抗相同。但在实际的传输线中，反射系数的值尽量小。

音频/耳机阻抗匹配

在该示例中，源是耳机连接的设备，并且耳机被认为是负载。为了实现最高音频质量，应匹配源阻抗和负载阻抗。

匹配的阻抗确保了最大功率可以从声源传输到耳机。

对于便携式设备，低阻抗耳机的设计是为了适当的工作与足够的音质。高阻抗耳机是专为鲁棒放大，以表现他们的最佳效果。一般来说，高阻抗耳机是旧的或专业工作室专用设计。