为什么要阻抗匹配_电路阻抗大好还是小好-电子发烧友网

阻抗匹配简介

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。

为什么要阻抗匹配_阻抗匹配的重要性

阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间达到一种适合的搭配。阻抗匹配主要有两点作用，调整负载功率和抑制信号反射。

1、调整负载功率

假定激励源已定，那么负载的功率由两者的阻抗匹配度决定。对于一个理想化的纯电阻电路或者低频电路，由电感、电容引起的电抗值基本可以忽略，此时电路的阻抗来源主要为电阻。如图2所示，电路中电流I=U/（r+R），负载功率P=I*I*R。由以上两个方程可得当R=r时P取得最大值，Pmax=U*U/（4*r）。

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图2 负载功率调整

2、抑制信号反射

当一束光从空气射向水中时会发生反射，这是因为光和水的光导特性不同。同样，当信号传输中如果传输线上发生特性阻抗突变也会发生反射。波长与频率成反比，低频信号的波长远远大于传输线的长度，因此一般不用考虑反射问题。高频领域，当信号的波长与传输线长出于相同量级时反射的信号易与原信号混叠，影响信号质量。通过阻抗匹配可有效减少、消除高频信号反射。

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是否什么时候都要考虑阻抗匹配？

在普通的宽频带放大器中，因为输出阻抗为50Ω，所以需要考虑在功率传输电路中进行阻抗匹配。但是，实际上当电缆的长度对于信号的波长来说可以忽略不计时，就勿需阻抗匹配的。

考虑信号频率为1MHz，其波长在空气中为300m，在同轴电缆中约为200m。在通常使用的长度为1m左右的同轴电缆中，是在完全可忽略的范围之内。（图H）

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如果存在阻抗，那么在阻抗上就会产生功率消耗，所以不做阻抗匹配其结果就会使放大器的输出功率发生无用的浪费。（图J）

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电路阻抗大好还是小好

1、如果是运放的话是这样的，输入阻抗大，偏置电流就小，输出阻抗小，负载能力就大。

2、不同的电路环境对输入和输出阻抗的要求是不同的。不简单地用大小来说明，比如在弱信号放大电路的输入电路，就要求是输入电阻越大越好但是在功率承接转换电路中它的输入电路就不是这样了，它要示的是阻抗匹配，也就是尽量叫输入阻抗等于前接电路的输出阻抗！

输出阻抗也不都是越小越好。大家都知道带动喇叭的输出电路它的输出阻抗也是等于喇叭的电阻是最好的！

阻抗匹配的方法

阻抗匹配的方法主要有两个，一是改变组抗力，二是调整传输线。

改变阻抗力就是通过电容、电感与负载的串并联调整负载阻抗值，以达到源和负载阻抗匹配。

调整传输线是加长源和负载间的距离，配合电容和电感把阻抗力调整为零。此时信号不会发生发射，能量都能被负载吸收。高速PCB布线中，一般把数字信号的走线阻抗设计为50欧姆。一般规定同轴电缆基带50欧姆，频带75欧姆，对绞线（差分）为85-100欧姆。

阻抗匹配的应用

1、功放与音箱

无论是定阻抗式还是定电压式输出的功放，只有喇叭的总功率和功放的总功率相等时才能得到最佳的工作状态。音箱系统若要完全达到匹配是非常困难的，它的音频成分总是在不停的变化，好在音箱系统对阻抗匹配度要求并不高。最常见到的喇叭阻抗的标示值是8欧姆，它表示当输入1KHz的正弦波信号，它呈现的阻抗值是八欧姆；或者是在喇叭的工作频率响应范围内，平均阻抗为8欧姆。

图5 音箱

2、PCB走线

高频领域中，信号频率对PCB走线的阻抗值影响非常大。一般来说当数字信号边沿时间小于1ns或者模拟信号频率超过300M时就要考虑阻抗问题。PCB走线阻抗主要来自寄生的电容、电阻、电感系数，主要因素有材料介电常数、线宽、线厚乃至焊盘的厚度等。PCB 阻抗的范围是 25 至120 欧姆，USB、 LVDS、 HDMI、 SATA等一般要做85-100欧姆阻抗控制。

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图6 走线匹配阻抗

3、天线设计

研究天线阻抗的主要目的是为实现天线和馈线间的匹配。发射信号时应使发射天线与馈线的特性阻抗相等，以获得最好的信号增益。接收信号时天线与负载应做共轭匹配，接收机（负载）阻抗一般认为只有实数部分，因此需要用匹配网络来除去天线的电抗部分并使它们的电阻部分相等。图7为天线阻抗匹配时常用的π型网络，使用网络分析仪测量阻抗以确定 C1、C2、C3 的取值，完成阻抗匹配。

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