電路板廠家講解阻抗匹配原理

阻抗匹配是無(wú)線電技術(shù)中常見(jiàn)的一種工作狀態(tài)，它反映了輸入電路和輸出電路之間的功率傳輸關(guān)系。 當(dāng)電路達(dá)到阻抗匹配時(shí)，將獲得最大功率傳輸。 相反，當(dāng)電路阻抗不匹配時(shí)，不僅不能獲得最大的功率傳輸，而且還可能損壞電路。 阻抗匹配常見(jiàn)于各級(jí)放大電路、放大器與負(fù)載、測(cè)量?jī)x器與被測(cè)電路、天線與接收機(jī)或發(fā)射機(jī)與天線等之間。例如，揚(yáng)聲器的輸出電路與揚(yáng)聲器之間的阻抗必須匹配 . 如果不匹配，揚(yáng)聲器的輸出功率就不能完全傳輸?shù)綋P(yáng)聲器。 如果揚(yáng)聲器的阻抗遠(yuǎn)小于揚(yáng)聲器的輸出阻抗，揚(yáng)聲器就會(huì)處于過(guò)載狀態(tài)，其末級(jí)功放管很容易損壞。 相反，如果喇叭的阻抗比喇叭的輸出阻抗高太多，輸出電壓就會(huì)升高，也不利于喇叭和喇叭的工作，聲音也會(huì)失真 . 因此，功放電路的輸出阻抗越接近喇叭阻抗越好。 又如，無(wú)線電發(fā)射機(jī)的輸出阻抗應(yīng)與饋線的阻抗以及饋線和天線的阻抗一致。 如果阻抗值不一致，發(fā)射機(jī)輸出的高頻能量就不能完全被天線發(fā)射出去。 未從這部分發(fā)射的能量會(huì)被反射回來(lái)產(chǎn)生駐波，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成饋線絕緣層和發(fā)射機(jī)末級(jí)功放管的損壞。 為了有效傳輸信號(hào)和能量，電路必須工作在阻抗匹配狀態(tài)，即信號(hào)源或電源的內(nèi)阻等于電路的輸入阻抗，電路的輸出阻抗為 等于負(fù)載的阻抗。 一般的輸入輸出電路中往往含有電阻、電容和電感元件。 由它們組成的電路稱為電抗電路，只含有電阻的電路稱為純電阻電路。 下面簡(jiǎn)要分析純電阻電路和電抗電路的阻抗匹配問(wèn)題。

1、純電阻電路

中學(xué)物理電學(xué)的時(shí)候，曾經(jīng)講過(guò)一個(gè)問(wèn)題：電阻為R的用電器接到電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的電池組時(shí)，電源在什么情況下輸出最大功率？ 當(dāng)外阻等于內(nèi)阻時(shí)，電源外電路的功率輸出最大，為純電阻電路的功率匹配。 如果將電路換成交流電路，也必須滿足R=r的條件才能與電路相匹配。

2、電抗電路

電抗電路比純電阻電路復(fù)雜。 電路中除了電阻之外，還有電容和電感。 并工作在低頻或高頻交流電路中。 在交流電路中，電阻、電容和電感對(duì)交流電流的阻斷作用稱為阻抗，用字母Z表示。其中，電容和電感對(duì)交流電流的阻斷作用分別稱為容抗和感抗 . 容抗和感抗的大小不僅與電容和電感的大小有關(guān)，還與交流電流的頻率有關(guān)。 值得注意的是，在電抗電路中，電阻R、感抗和容抗的值不能用簡(jiǎn)單的算術(shù)相加，而通常用阻抗三角法計(jì)算。 因此，電抗電路的匹配比純電阻電路的匹配復(fù)雜。 輸入、輸出電路除要求電阻元件等阻外，電抗元件應(yīng)大小相等、符號(hào)相反（共軛匹配）； 或者電阻分量和電抗分量分別相等（無(wú)反射匹配）。 這里的電抗X是指感抗XL和容抗XC之差（只針對(duì)串聯(lián)電路，若是并聯(lián)電路則計(jì)算更復(fù)雜）。 滿足以上條件稱為阻抗匹配，負(fù)載可以獲得最大功率。 阻抗匹配的關(guān)鍵是前級(jí)的輸出阻抗與后級(jí)的輸入阻抗相等。 輸入阻抗和輸出阻抗廣泛存在于各種電子電路、各種測(cè)量?jī)x器和各種電子元器件中。 什么是輸入阻抗和輸出阻抗？ 輸入阻抗是指電路對(duì)信號(hào)源的阻抗。 例如，萬(wàn)用表中電壓量程的輸入阻抗（稱為電壓靈敏度）越高，對(duì)被測(cè)電路的分流越小，測(cè)量誤差就越小。 電流塊的輸入阻抗越低，被測(cè)電路的分壓越小，測(cè)量誤差也就越小。 對(duì)于功放來(lái)說(shuō)，當(dāng)信號(hào)源的輸出阻抗與放大電路的輸入阻抗相等時(shí)，稱為阻抗匹配，這樣放大電路在輸出端就能獲得最大功率。 輸出阻抗是指電路對(duì)負(fù)載的阻抗。 例如，電壓源需要低輸出阻抗，而電流源需要高輸出阻抗。 對(duì)于放大器電路，輸出阻抗的大小表示其承受負(fù)載的能力。 通常，輸出阻抗小，承受負(fù)載的能力強(qiáng)。 如果輸出阻抗與負(fù)載不匹配，可加變壓器或網(wǎng)絡(luò)電路進(jìn)行匹配。 例如，輸出變壓器通常連接在晶體管放大器和揚(yáng)聲器之間。 放大器的輸出阻抗與變壓器的初級(jí)阻抗匹配，變壓器的次級(jí)阻抗與揚(yáng)聲器的阻抗匹配。 變壓器通過(guò)初級(jí)繞組的匝數(shù)比來(lái)變換阻抗比。 在實(shí)際電子電路中，經(jīng)常會(huì)遇到信號(hào)源與放大電路或放大電路與負(fù)載的阻抗不相等，不能直接連接。 解決辦法是在它們之間加一個(gè)匹配電路或匹配網(wǎng)絡(luò)。 最后需要注意的是，阻抗匹配只適用于電子電路。 由于電子線路中傳輸?shù)男盘?hào)功率微弱，需要匹配來(lái)提高輸出功率。 在電器電路中，一般不考慮匹配，否則會(huì)導(dǎo)致輸出電流過(guò)大，損壞電器。

電子管

一個(gè)基本的電子管一般有三個(gè)電極：發(fā)射電子的陰極（K），吸收陰極發(fā)射的電子的陽(yáng)極（A），控制電子流向陽(yáng)極的柵極（G）。 發(fā)射電子的陰極是：陰極本身必須有相當(dāng)大的熱量，有兩種類型的陰極。 一種是直熱式，通過(guò)電流直接加熱陰極發(fā)射電子； 另一種稱為側(cè)熱陰極。 它的結(jié)構(gòu)一般是一根中空的金屬管，里面裝有一根螺旋狀的燈絲。 利用燈絲電壓，燈絲升溫，使陰極升溫并發(fā)射電子。 今天，日常生活中大部分電子管都是從陰極發(fā)射出的電子通過(guò)柵線之間的縫隙到達(dá)陽(yáng)極。 由于柵極比陽(yáng)極更靠近陰極，因此改變柵極電勢(shì)對(duì)陽(yáng)極電流的影響比改變陽(yáng)極電壓大得多。 這就是三極管的放大作用。 也就是說(shuō)，電網(wǎng)電壓對(duì)陽(yáng)極電流的控制作用。 我們用一個(gè)叫做跨導(dǎo)（S）的參數(shù)來(lái)表示 還有一個(gè)參數(shù)μ來(lái)描述電子管的放大倍數(shù)，它的意義是表示柵極電壓比陽(yáng)極電壓在控制陽(yáng)極電流方面的作用強(qiáng)多少倍。

為了提高電子管的放大系數(shù)，在三極管的陽(yáng)極和控制柵之間又加了一個(gè)柵，稱為簾柵。 四極桿形成。 由于簾柵具有比陰極高得多的正電壓，它也是一個(gè)強(qiáng)大的加速電極，能使電子以更高的速度快速到達(dá)陽(yáng)極，從而使控制柵的控制作用變得更加顯著。 因此，它具有比三極管更大的放大系數(shù)，但由于簾柵電極對(duì)電子的加速作用，使高速電子撞擊陽(yáng)極。 這些高速電子具有很大的動(dòng)能，會(huì)從陽(yáng)極撞出所謂的二次電子。 這些二次電子中有一部分會(huì)被簾柵吸收，形成簾柵電流，使柵柵電壓降低，從而導(dǎo)致陽(yáng)極電流減小。 因此，四極桿的放大倍數(shù)是有限的。

為了解決上述矛盾，在四極桿的簾柵外兩側(cè)增加了一對(duì)與陰極相連的集電極和發(fā)射極。 由于集電極和發(fā)射極的電位與陰極相同，對(duì)電子產(chǎn)生排斥作用，使電子通過(guò)簾柵后，在集電極的作用下沿一定方向前進(jìn)，形成平束。 平面電子束的電子密度很高，從而形成一個(gè)低壓區(qū)，被陽(yáng)極擊出的二次電子由于這個(gè)低壓區(qū)的斥力被推回陽(yáng)極，從而大大減少了屏柵 電流和加強(qiáng)電子管的放大能力 這種電子管稱為束流四極管。 束流四極管不僅比三極管具有更高的放大系數(shù)，而且陽(yáng)極面積也更大，可以通過(guò)更大的電流。 因此在目前的功放中常用作功放。

電子電路中的反饋電路：

反饋電路已廣泛應(yīng)用于各種電子電路中。 反饋是放大器的反饋過(guò)程，放大器的輸出信號(hào)（電壓或電流）的一部分或全部反饋到放大器的輸入端與輸入信號(hào)進(jìn)行比較（加或減），有效輸入 比較得到的信號(hào)用來(lái)控制輸出端反饋到放大器輸入端的反饋信號(hào)加強(qiáng)了原來(lái)的輸入信號(hào)，使輸入信號(hào)增大的稱為正反饋。 反之則為負(fù)。 按其電路結(jié)構(gòu)可分為電流反饋電路和電壓反饋電路 正反饋電路多用于電子振蕩電路，而負(fù)反饋電路多用于各種高、低頻放大電路。 由于它們被廣泛使用，我們將在這里討論負(fù)反饋電路。 負(fù)反饋對(duì)放大器性能有五種影響：

1.負(fù)反饋可以提高放大器增益的穩(wěn)定性

2.負(fù)反饋可以加寬放大器的通帶

3.負(fù)反饋可以減少放大器的失真

4.負(fù)反饋可以提高放大器的信噪比

5.負(fù)反饋影響放大器的輸出和輸入電阻

根據(jù)公式：

由上式可知，當(dāng)R=r時(shí)，式中分母中（R-r）的值至少為0，負(fù)載獲得的功率最大。 因此，當(dāng)負(fù)載電阻等于電源內(nèi)阻時(shí)，負(fù)載將獲得最大功率。 這就是電子電路中阻抗匹配的基本原理。

串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路的特性

一、串聯(lián)諧振電路：當(dāng)外部頻率加到串聯(lián)諧振電路時(shí)，具有以下特點(diǎn)：

1、當(dāng)外界頻率等于其諧振頻率時(shí)，其電路阻抗為純阻性且具有最小值，實(shí)際應(yīng)用中稱為陷波器

2、當(dāng)外界頻率高于其諧振頻率時(shí)，電路阻抗呈感性，相當(dāng)于一個(gè)感性線圈

3、當(dāng)外界頻率低于其諧振頻率時(shí)，電路呈容性，相當(dāng)于一個(gè)電容

二、聯(lián)合諧振電路：當(dāng)外部頻率加入并聯(lián)諧振電路時(shí)，具有以下特點(diǎn)：

1、當(dāng)外界頻率等于其諧振頻率時(shí)，其電路阻抗為純阻性且有最大值，實(shí)際應(yīng)用中稱為選頻電路

2、當(dāng)外界頻率高于其諧振頻率時(shí)，電路阻抗呈容性，相當(dāng)于一個(gè)電容

3、當(dāng)外界頻率低于其諧振頻率時(shí)，電路呈感性，相當(dāng)于一個(gè)電感線圈

因此，當(dāng)串聯(lián)或并聯(lián)諧振電路在信號(hào)頻率點(diǎn)不穩(wěn)壓時(shí)，信號(hào)會(huì)通過(guò)它產(chǎn)生相移（即相位失真）PCB廠家、PCB設(shè)計(jì)師、PCBA廠家為您講解阻抗匹配原理。