阻抗匹配的概念及应用

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1、第9卷第4期2009年11月装备制造EquipmentManufactureV01．9No．4November2()019阻抗匹配的概念及应用TheConceptandApplicationofImpedanceMatching万一兵(日立永济电气设备(西安)有限公司，助理工程师)摘要：笔者介绍了阻抗匹配的概念，不同类型的电路的阻抗匹配方式，纯电阻电路和客性或感性电路的阻抗匹配概念的区别。以及输入阻抗与输出阻抗的概念及计算方法。关键词：阻抗匹配；输入阻抗；输出阻抗0前言1．1纯电阻电路阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态。它反映了输入电路与

2、输出电路之间的功率传输关系。当电路实现阻抗匹配时，将获得最大的功率传输。反之，当电路阻抗失配时，不但得不到最大的传输功率。还可能对电路产生损害。阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗交互相适配，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。当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时。为使负载得到最大功率，负载阻抗与内阻必须足共轭关系，即电阻成份相等，电抗成份只数值相等丽符号相反。这种匹配条件称为共轭匹配。阻抗匹配常见于各级放大电路

3、之间、放大器与负载之间、测量仪器与被测电路之间、天线与接收机或发信机与天线之间等等。为了使信号和能量有效地传输，必须使电路工作在阻抗匹配状态，即信号源或功率源的内阻等于电路的输入阻抗。电路的输出阻抗等于负载的阻抗。在～般的输入、输出电路中常含有电阻、电容和电感组件。由它们所组成的电路称为电抗电路，其中只含有电阻的电路的电路称为纯电阻电路。1纯电阻电路和电抗电路的阻抗匹配58在中学物理电学中常会讲到这样一种现象：把一个电阻为R的用电器，接在一个电动势为E，内阻为r的电池组上(见图1)，在什么条件下电源输出的功率最大呢?答案是当外电阻等于内电阻时。

4、电源对外电路输出的动率最大．这就是纯电阻电路的功率匹配。假如换成交流电路。同样也必须满足R=r这个条件电路才能匹配。图1纯电阻抗图例如P：PR：』‘R假+r)求剥=器-[鲁】-血铲第9卷第4期2009年11月装备Equipment制造ManufaetureV01．9No．4November2009：豇2盟毕2盟：0僻+r)推出R=r1．2电抗电路电抗电路要比纯电阻电路复杂．电路中除了电阻外还有电容和电感组件，并工作于低频或高频电路。在交流电路中，电阻、电容和电感对交流电的阻碍作用，分别称为容抗及感抗。而容抗和感抗的值除了与电容和电感本身大小有关

5、之外，还与所工作的交流电的频率有关。值得注意的是，在电抗电路中，电阻R、感抗、与容抗的值不能用简单的算术相加，而常用阻抗三角形法计算(见图2)。因而电抗电路要做到匹配比纯电阻电路要复杂一些，除了输入和输出电路中的电阻成分要求相等外。还要求电抗成份大小相等符号相反(共轭匹配)；或者电阻成分和电抗成分均分别相等(无反射匹配)。这里指的电抗戈，即感抗札和容抗z。之差(仅指串联电路来讲，若并联电路则计算更为复杂)。RX=XL-XCZ=R2,／-ET藕=,／R2+(XL-Xc)2图2阻抗三角形图满足上述条件即称为阻抗匹配，负载即能得到最大的功率。2测试系

6、统中的输入阻抗和输出阻抗阻抗匹配的关键是前极的输出阻抗与后级的输入阻抗相等。而输入阻抗与输出阻抗广泛存在于各级电子电路、各类测量仪器及各种电子元器件中。2．1输入阻抗输入阻抗是指电路相对于信号源来说的阻抗。如图3所示的放大量，它的输入阻抗就是去掉信号源E及内电阻r时，从AB两端看近去的等效阻抗。ItA＼j．￡，l／弋占／图3输入阻抗图其值为压U∥。，即输入电压与输入电流之比，对于信号源来讲，放大器成为其负载。从数值上看，放大器的等效负载值即为输入阻抗值。输入阻抗值的大小．对于不同的电路要求不一样，例如：万用表中电压档的输人阻抗(称为电压灵敏度)

7、越高，对被测电路的分流就越小，测量误差也就小。而电流档的输入阻抗越低，对被测电路的分压就越小，因而测量误差也越小。对于功率放大器，当信号源的输出阻抗与放大电路的输入阻抗相等时即称阻抗匹配．这时放大电路就能在输出端获得最大的功率。2．2输出阻抗输出阻抗是指电路相对于负载来说的阻抗。如图4，将电路输入端的电源短路，输出端去掉负载后，从输出端CD看进去的等效阻抗称为输出阻抗。如果负载阻抗与输出阻抗不相等，称阻抗不匹配，负载就不能获得最大的输出功率输出。输出电压U2和输出电流I：之比即称为输出阻抗。＼CJ2＼j．／UI弋。／D图4输出阻抗图(下转第64

8、页)59第9卷第4期2009年11月装备制造EquipmentManufactureV01．9No．4November2009尤其是Si02司使熔深达