电路板厂家讲解阻抗匹配原理

电路板厂家讲解阻抗匹配原理

阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态，它反映了输入电路和输出电路之间的功率传输关系。 当电路达到阻抗匹配时，将获得最大功率传输。 相反，当电路阻抗不匹配时，不仅不能获得最大的功率传输，而且还可能损坏电路。 阻抗匹配常见于各级放大电路、放大器与负载、测量仪器与被测电路、天线与接收机或发射机与天线等之间。例如，扬声器的输出电路与扬声器之间的阻抗必须匹配 . 如果不匹配，扬声器的输出功率就不能完全传输到扬声器。 如果扬声器的阻抗远小于扬声器的输出阻抗，扬声器就会处于过载状态，其末级功放管很容易损坏。 相反，如果喇叭的阻抗比喇叭的输出阻抗高太多，输出电压就会升高，也不利于喇叭和喇叭的工作，声音也会失真 . 因此，功放电路的输出阻抗越接近喇叭阻抗越好。 又如，无线电发射机的输出阻抗应与馈线的阻抗以及馈线和天线的阻抗一致。 如果阻抗值不一致，发射机输出的高频能量就不能完全被天线发射出去。 未从这部分发射的能量会被反射回来产生驻波，严重时会造成馈线绝缘层和发射机末级功放管的损坏。 为了有效传输信号和能量，电路必须工作在阻抗匹配状态，即信号源或电源的内阻等于电路的输入阻抗，电路的输出阻抗为 等于负载的阻抗。 一般的输入输出电路中往往含有电阻、电容和电感元件。 由它们组成的电路称为电抗电路，只含有电阻的电路称为纯电阻电路。 下面简要分析纯电阻电路和电抗电路的阻抗匹配问题。

1、纯电阻电路

中学物理电学的时候，曾经讲过一个问题：电阻为R的用电器接到电动势为E、内阻为r的电池组时，电源在什么情况下输出最大功率？ 当外阻等于内阻时，电源外电路的功率输出最大，为纯电阻电路的功率匹配。 如果将电路换成交流电路，也必须满足R=r的条件才能与电路相匹配。

2、电抗电路

电抗电路比纯电阻电路复杂。 电路中除了电阻之外，还有电容和电感。 并工作在低频或高频交流电路中。 在交流电路中，电阻、电容和电感对交流电流的阻断作用称为阻抗，用字母Z表示。其中，电容和电感对交流电流的阻断作用分别称为容抗和感抗 . 容抗和感抗的大小不仅与电容和电感的大小有关，还与交流电流的频率有关。 值得注意的是，在电抗电路中，电阻R、感抗和容抗的值不能用简单的算术相加，而通常用阻抗三角法计算。 因此，电抗电路的匹配比纯电阻电路的匹配复杂。 输入、输出电路除要求电阻元件等阻外，电抗元件应大小相等、符号相反（共轭匹配）； 或者电阻分量和电抗分量分别相等（无反射匹配）。 这里的电抗X是指感抗XL和容抗XC之差（只针对串联电路，若是并联电路则计算更复杂）。 满足以上条件称为阻抗匹配，负载可以获得最大功率。 阻抗匹配的关键是前级的输出阻抗与后级的输入阻抗相等。 输入阻抗和输出阻抗广泛存在于各种电子电路、各种测量仪器和各种电子元器件中。 什么是输入阻抗和输出阻抗？ 输入阻抗是指电路对信号源的阻抗。 例如，万用表中电压量程的输入阻抗（称为电压灵敏度）越高，对被测电路的分流越小，测量误差就越小。 电流块的输入阻抗越低，被测电路的分压越小，测量误差也就越小。 对于功放来说，当信号源的输出阻抗与放大电路的输入阻抗相等时，称为阻抗匹配，这样放大电路在输出端就能获得最大功率。 输出阻抗是指电路对负载的阻抗。 例如，电压源需要低输出阻抗，而电流源需要高输出阻抗。 对于放大器电路，输出阻抗的大小表示其承受负载的能力。 通常，输出阻抗小，承受负载的能力强。 如果输出阻抗与负载不匹配，可加变压器或网络电路进行匹配。 例如，输出变压器通常连接在晶体管放大器和扬声器之间。 放大器的输出阻抗与变压器的初级阻抗匹配，变压器的次级阻抗与扬声器的阻抗匹配。 变压器通过初级绕组的匝数比来变换阻抗比。 在实际电子电路中，经常会遇到信号源与放大电路或放大电路与负载的阻抗不相等，不能直接连接。 解决办法是在它们之间加一个匹配电路或匹配网络。 最后需要注意的是，阻抗匹配只适用于电子电路。 由于电子线路中传输的信号功率微弱，需要匹配来提高输出功率。 在电器电路中，一般不考虑匹配，否则会导致输出电流过大，损坏电器。

电子管

一个基本的电子管一般有三个电极：发射电子的阴极（K），吸收阴极发射的电子的阳极（A），控制电子流向阳极的栅极（G）。 发射电子的阴极是：阴极本身必须有相当大的热量，有两种类型的阴极。 一种是直热式，通过电流直接加热阴极发射电子； 另一种称为侧热阴极。 它的结构一般是一根中空的金属管，里面装有一根螺旋状的灯丝。 利用灯丝电压，灯丝升温，使阴极升温并发射电子。 今天，日常生活中大部分电子管都是从阴极发射出的电子通过栅线之间的缝隙到达阳极。 由于栅极比阳极更靠近阴极，因此改变栅极电势对阳极电流的影响比改变阳极电压大得多。 这就是三极管的放大作用。 也就是说，电网电压对阳极电流的控制作用。 我们用一个叫做跨导（S）的参数来表示 还有一个参数μ来描述电子管的放大倍数，它的意义是表示栅极电压比阳极电压在控制阳极电流方面的作用强多少倍。

为了提高电子管的放大系数，在三极管的阳极和控制栅之间又加了一个栅，称为帘栅。 四极杆形成。 由于帘栅具有比阴极高得多的正电压，它也是一个强大的加速电极，能使电子以更高的速度快速到达阳极，从而使控制栅的控制作用变得更加显着。 因此，它具有比三极管更大的放大系数，但由于帘栅电极对电子的加速作用，使高速电子撞击阳极。 这些高速电子具有很大的动能，会从阳极撞出所谓的二次电子。 这些二次电子中有一部分会被帘栅吸收，形成帘栅电流，使栅栅电压降低，从而导致阳极电流减小。 因此，四极杆的放大倍数是有限的。

为了解决上述矛盾，在四极杆的帘栅外两侧增加了一对与阴极相连的集电极和发射极。 由于集电极和发射极的电位与阴极相同，对电子产生排斥作用，使电子通过帘栅后，在集电极的作用下沿一定方向前进，形成平束。 平面电子束的电子密度很高，从而形成一个低压区，被阳极击出的二次电子由于这个低压区的斥力被推回阳极，从而大大减少了屏栅 电流和加强电子管的放大能力 这种电子管称为束流四极管。 束流四极管不仅比三极管具有更高的放大系数，而且阳极面积也更大，可以通过更大的电流。 因此在目前的功放中常用作功放。

电子电路中的反馈电路：

反馈电路已广泛应用于各种电子电路中。 反馈是放大器的反馈过程，放大器的输出信号（电压或电流）的一部分或全部反馈到放大器的输入端与输入信号进行比较（加或减），有效输入 比较得到的信号用来控制输出端反馈到放大器输入端的反馈信号加强了原来的输入信号，使输入信号增大的称为正反馈。 反之则为负。 按其电路结构可分为电流反馈电路和电压反馈电路 正反馈电路多用于电子振荡电路，而负反馈电路多用于各种高、低频放大电路。 由于它们被广泛使用，我们将在这里讨论负反馈电路。 负反馈对放大器性能有五种影响：

1.负反馈可以提高放大器增益的稳定性

2.负反馈可以加宽放大器的通带

3.负反馈可以减少放大器的失真

4.负反馈可以提高放大器的信噪比

5.负反馈影响放大器的输出和输入电阻

根据公式：

由上式可知，当R=r时，式中分母中（R-r）的值至少为0，负载获得的功率最大。 因此，当负载电阻等于电源内阻时，负载将获得最大功率。 这就是电子电路中阻抗匹配的基本原理。

串联和并联谐振电路的特性

一、串联谐振电路：当外部频率加到串联谐振电路时，具有以下特点：

1、当外界频率等于其谐振频率时，其电路阻抗为纯阻性且具有最小值，实际应用中称为陷波器

2、当外界频率高于其谐振频率时，电路阻抗呈感性，相当于一个感性线圈

3、当外界频率低于其谐振频率时，电路呈容性，相当于一个电容

二、联合谐振电路：当外部频率加入并联谐振电路时，具有以下特点：

1、当外界频率等于其谐振频率时，其电路阻抗为纯阻性且有最大值，实际应用中称为选频电路

2、当外界频率高于其谐振频率时，电路阻抗呈容性，相当于一个电容

3、当外界频率低于其谐振频率时，电路呈感性，相当于一个电感线圈

因此，当串联或并联谐振电路在信号频率点不稳压时，信号会通过它产生相移（即相位失真）PCB厂家、PCB设计师、PCBA厂家为您讲解阻抗匹配原理。