1 更进一步了解阻抗匹配-德赢Vwin官网 网
0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

更进一步了解阻抗匹配

汽车玩家 来源:HACK实验室 作者:HACK实验室 2020-05-03 18:10 次阅读

先说“阻抗”和“阻抗匹配”的概念

电路中存在的电阻电容和电感对电流起到的阻碍作用就叫做阻抗。阻抗的单位为欧姆(Ω),用Z来表示,是一个表达式为:Z=R+i(ωL–1/(ωC))的复数。实部R为电阻,虚部(ωL–1/(ωC))为电抗,其中ωL为感抗,1/(ωC)为容抗。

像我们平时接触到的耳机、喇叭,它的一个重要的参数就是阻抗,准确的说是在1KHz的正弦波信号电路中耳机所呈现的阻抗值。主要是电阻和感抗,没有容抗。

拜亚动力DT990Pro 250Ω

阻抗匹配是指信号源、传输线和负载之间达到一种适合的搭配关系,从而提升能源效益。

低频电路中的阻抗匹配

在直流电路中也就是理想化的纯电阻电路中,由电容和电感引起的电抗基本可以忽略不计,此时电路中的阻抗主要是来自于电阻。

如下图示,我们假设激励源已定,那么负载的功率由两者的阻抗匹配度决定。电路中的电流I=U/(r+R),负载的功率P=I²R,我们整理得到P=(U²*R)/(r+R)²,可以看出当R=r时负载的功率P最大=U²/4R。

更进一步了解阻抗匹配

纯电阻电路模型

此结论在交流电路中引入容抗和感抗以后会稍有不同,在交流电路中负载的阻抗与信号源的阻抗共轭的时候能够实现最大功率输出。

在低频电路中,我们一般不考虑传输线的匹配问题,只考虑信号源跟负载之间的阻抗匹配,因为低频信号的波长相对于传输线来说很长,传输线可以看成是“短线”,反射可以不考虑,因为即使反射回来,跟原信号也是一样的。

高频电路中的阻抗匹配

我为什么把高频电路单拉一个段落?因为在高频电路中引入了一个非常重要的因素—反射信号。我们知道当信号频率很高时,则信号的波长就很短。当波长和传输线长度同一量级时,反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状。但是如果传输线的特征阻抗与负载阻抗相等(即阻抗匹配)时,就会有效的减少、消除高频信号反射。

更进一步了解阻抗匹配

信号传输波形

至于为什么阻抗不匹配会产生反射以及传输线的特征阻抗的算法,涉及到二阶偏微分方程的求解,在这里我就不细说了,有兴趣的朋友可以看一下高等教育出版社的教材《电磁场与电磁波》第四版的第七章<导型电磁波>的第6小结<传输线>,里面有详细描述。

上面我们提到的传输线特征阻抗是一个很重要的概念,其数值只由传输线的结构和材料决定,与线的长度以及信号的频率、幅值等无关。一些射频设备所使用的同轴电缆的特征阻抗为50Ω,闭路电视的同轴线缆一般为75Ω。

如果阻抗不匹配那么不良后果有哪些呢?换句话说就是形成反射的不良后果,主要是会降低能量传输效率,形成驻波,导致传输线的有效功率容量降低。如果是射频设备的话就会影响信号传输距离、信号质量,甚至会损坏发射设备。如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时,就有可能产生震荡、辐射干扰等。

阻抗匹配的应用场景

射频天线部分的设计,这块的要点在于天线和馈线间的阻抗匹配。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。下图为simcom公司NB-IOT模块天线部分的datasheet,使用网络分析仪测量阻抗以确定R1、R2、 C1、C2的取值,完成阻抗匹配,可达到射频最佳工作状态。

更进一步了解阻抗匹配

天线部分匹配电路

终端匹配电阻,在我们之前有一篇讲485的文章中有详细介绍,没看过的小伙伴可以去阅读一下,相信再结合本文会有一个更加深入的认知。双绞线的特性阻抗一般为120Ω,若不加终端的电阻,当线缆长度很长而传输速率高即信号频率高的时候就很容易发生我们上面所说的信号反射了。

更进一步了解阻抗匹配

485通讯模型

PCB布线在低频电路应用中基本可以不考虑阻抗匹配,但是在高频电路中PCB走线的阻抗就需要重视了,一般在数字信号的边沿时间小于1ns或vwin 信号的频率超过300MHz的时候我们就需要考虑走线的阻抗问题。PCB走线阻抗主要来自寄生的电容、电阻、电感系数,主要因素有板厚、线宽、铜皮厚乃至过孔直径等。PCB阻抗的范围是 25 至120 欧姆,USBHDMISATA等一般要做85~100Ω的阻抗控制。(下图为之前设计的一款linux小主机的USB数据走线)

linux主板布线

总结

这篇文章到这里就要结束了,希望大家通过我的这篇文章能对“阻抗匹配”这个重要的知识点有更进一步的了解。如果大家有更深入的认知欢迎在下方评论区留言分享,让我们能借助这个平台一起学习一起进步。

还是老套路,介绍一下接下来的开源计划,之前承诺的音响功放暂时放一下,在它之前我插入了一个耳放,几天后推出。还是用的TI的TPA6120A2,这回我对之前的那款进行了深入优化,同时选了一个更合适的壳体(之前那款壳体停产买不到了),这次我尽量整理出BOM,这样感兴趣的小伙伴做起来就更方便了。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表德赢Vwin官网 网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 电阻
    +关注

    关注

    86

    文章

    5507

    浏览量

    171919
  • 阻抗匹配
    +关注

    关注

    14

    文章

    350

    浏览量

    30794
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    Cadence技术解读 天线的阻抗匹配技术

    之后,它们可以在所需传输频率上提供特定阻抗。 虽然天线的形状和尺寸多种多样,但它们有个共同点:需要在馈线末端施加阻抗匹配,以确保向负载传输最大功率。阻抗匹配电路非常简单;它们充当滤波
    的头像 发表于 12-16 15:44 478次阅读
    Cadence技术解读 天线的<b class='flag-5'>阻抗匹配</b>技术

    阻抗匹配计算和差分走线设置

    ad,cadense 阻抗匹配计算和差分走线设置
    发表于 10-17 16:59 2次下载

    阻抗匹配中50欧姆好像是个很特殊的值,为什么呢?

    阻抗匹配中50欧姆好像是个很特殊的值,为什么呢?各种的阻抗匹配情况是怎样考虑的?因为最近的个问题对阻抗匹配的原理开始模糊起来,请专家
    发表于 09-19 07:26

    通过展频进一步优化EMI

    德赢Vwin官网 网站提供《通过展频进一步优化EMI.pdf》资料免费下载
    发表于 09-04 09:32 1次下载
    通过展频<b class='flag-5'>进一步</b>优化EMI

    为什么要阻抗匹配

    电子行业的工程师经常会遇到阻抗匹配问题。什么是阻抗匹配?为什么要进行阻抗匹配?本文带您探究竟!什么是阻抗在电学中,常把对电路中电流所起的阻
    的头像 发表于 07-10 08:25 1283次阅读
    为什么要<b class='flag-5'>阻抗匹配</b>?

    PCB阻抗匹配过孔的多个因素你知道哪些?

    在高速PCB设计中,阻抗匹配是至关重要的。过孔作为连接不同层信号的关键元素,也需要进行阻抗匹配以确保信号的完整性。捷多邦小编今天就与大家聊聊PCB阻抗匹配过孔~ 过孔是PCB上用于连接不同层信号线
    的头像 发表于 07-04 17:39 1309次阅读

    电路的阻抗如何匹配

    。这在射频电路和高速数字电路设计中非常关键。以下是实现阻抗匹配些基本方法:1.传输线匹配:保证传输线的特性阻抗与源和负载阻抗
    的头像 发表于 06-28 08:29 2166次阅读
    电路的<b class='flag-5'>阻抗</b>如何<b class='flag-5'>匹配</b>

    阻抗匹配有烦恼?来唠唠~

    阻抗匹配电路的作用 二、 阻抗匹配的理想模型 三、 电感电容的高频特性 四、 Smith圆图在RF匹配电路调试中的应用 五、 RF匹配
    的头像 发表于 06-11 14:15 546次阅读
    <b class='flag-5'>阻抗匹配</b>有烦恼?来唠<b class='flag-5'>一</b>唠~

    什么是阻抗?为什么要做阻抗匹配

    和容抗正好相等,整体上呈现纯电阻。如果感抗大于容抗,整体上则呈现感性,反之呈现容性。 2、为什么要做阻抗匹配 根据我们要达到的不同目的,阻抗匹配也可以有不同的理解。比如说个直流或低频信号源,通过导线
    发表于 06-04 06:46

    高速差分信号阻抗匹配详解

    在高速数据传输系统中,差分信号作为种常见的信号传输方式,具有抗噪声能力强、传输距离远等优点。然而,差分信号的传输质量受到诸多因素的影响,其中阻抗匹配是确保信号稳定传输的关键因素之。本文将详细探讨高速差分信号
    的头像 发表于 05-16 16:32 2452次阅读

    阻抗匹配的原理分析?

    由电路结构的不同,阻抗匹配有如下五种形式,首端串联,末端并联下拉,末端并联上拉,末端戴维南(既有上拉又有下拉),阻容串联下拉。有几个问题请教。 1、阻抗匹配只是针对传输线过程中吗,对输出端口和输入
    发表于 05-09 23:05

    无源探头的阻抗匹配如何操作

    无源探头的阻抗匹配 示波器的无源高阻探头具有非常广泛的使用度,工程师们经常会把探头接在不同的示波器上,或者给示波器接入不同的探头。而发生更换后的新系统中,示波器通道的输入阻抗与探头的阻抗往往不
    的头像 发表于 01-12 11:11 546次阅读
    无源探头的<b class='flag-5'>阻抗匹配</b>如何操作

    PCB板设计与制造之阻抗匹配和零欧姆电阻解析

    阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的种合适的搭配方式。根据接入方式阻抗匹配有串行和并行两种方式;根据信号源频率阻抗匹配可分为低频和高频两种。
    的头像 发表于 01-04 09:12 1147次阅读
    PCB板设计与制造之<b class='flag-5'>阻抗匹配</b>和零欧姆电阻解析

    为什么要阻抗匹配?怎么进行阻抗匹配

    )。 其中电抗又包括容抗和感抗,由电容引起的电流阻碍称为容抗,由电感引起的电流阻碍称为感抗。 阻抗匹配的理想模型 射频工程师大都遇到过匹配阻抗的问题,通俗的讲,阻抗匹配的目的是确保能实
    发表于 01-02 16:59 2666次阅读
    为什么要<b class='flag-5'>阻抗匹配</b>?怎么进行<b class='flag-5'>阻抗匹配</b>?

    有什么方法可以进一步提高AD7714的分辨率啊?

    级放大再加给AD7714时,测得人分辨率还要低些。由于是用干电池得到AD7714的输入信号,该信号相对来说很稳定,而且板上的噪声也不是太大。请问各位大虾,还有什么方法可以进一步提高AD7714的分辨率啊?不胜感激!
    发表于 12-25 06:33