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阻抗匹配的概念及直流电源电路使用其原因分析

文章来源:稳压电源公司,时间:2017-09-13 09:30    点击量:

    直流电源电路阻抗匹配在高频设计中是一个常用的概念,这篇文章对这个"直流电源电路阻抗匹配"进行了比较好的解析.回答了什么是直流电源电路阻抗匹配.

阻抗匹配的概念及直流电源电路使用其原因分析
    直流电源电路阻抗匹配(Impedance matching)是微波电子学里的一部分,主要用于直流电源系统传输线上,来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益.

    大体上,直流电源电路阻抗匹配有两种,一种是透过改变直流电源电路阻抗力(lumped-circuit matching),另一种则是调整直流电源系统传输线的波长(transmission line matching).

    要匹配一组线路,首先把负载点的直流电源电路阻抗值,除以直流电源系统传输线的特性直流电源电路阻抗值来归一化,然后把数值划在史密夫图表上.

    改变直流电源电路阻抗力把电容或电感与负载串联起来,即可增加或减少负载的直流电源电路阻抗值,在图表上的点会沿着代表实数电阻的圆圈走动.如果把电容或电感接地,首先图表上的点会以图中心旋转180度,然后才沿电阻圈走动,再沿中心旋转180度.重覆以上方法直至电阻值变成1,即可直接把直流电源电路阻抗力变为零完成匹配.

    调整直流电源系统传输线由负载点至来源点加长直流电源系统传输线,在图表上的圆点会沿着图中心以逆时针方向走动,直至走到电阻值为1的圆圈上,即可加电容或电感把直流电源电路阻抗力调整为零,完成匹配直流电源电路阻抗匹配则直流电源系统传输功率大,对于一个电源来讲,单它的内阻等于负载时,输出功率最大,此时直流电源电路阻抗匹配.最大功率直流电源系统传输定理,如果是高频的话,就是无反射波.

    对于普通的宽频放大器,输出直流电源电路阻抗50Ω,功率直流电源系统传输直流电源电路中需要考虑直流电源电路阻抗匹配,可是如果信号波长远远大于电缆长度,即缆长可以忽略的话,就无须考虑直流电源电路阻抗匹配了.直流电源电路阻抗匹配是指在能量直流电源系统传输时,要求负载直流电源电路阻抗要和直流电源系统传输线的特征直流电源电路阻抗相等,此时的直流电源系统传输不会产生反射,这表明所有能量都被负载吸收了.

    反之则在直流电源系统传输中有能量损失.高速 PCB布线时,为了防止信号的反射,要求是线路的直流电源电路阻抗为50欧姆.这是个大约的数字,一般规定同轴电缆基带50欧姆,频带75欧姆,对绞线则为100欧姆,只是取个整而已,为了匹配方便.

    直流电源电路阻抗从字面上看就与电阻不一样,其中只有一个阻字是相同的,而另一个抗字呢?简单地说,直流电源电路阻抗就是电阻加电抗,所以才叫直流电源电路阻抗;周延一点地说,直流电源电路阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和.在直流电的世界中,物体对直流电源电流阻碍的作用叫做电阻,世界上所有的物质都有电阻,只是电阻值的大小差异而已.

    电阻小的物质称作良导体,电阻很大的物质称作非导体,而最近在高科技领域中称的超导体,则是一种电阻值几近于零的东西.但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍直流电源电流以外,电容及电感也会阻碍直流电源电流的流动,这种作用就称之为电抗,意即抵抗直流电源电流的作用.电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗,简称容抗及感抗.

    它们的计量单位与电阻一样是奥姆,而其值的大小则和交流电的频率有关系,频率愈高则容抗愈小感抗愈大,频率愈低则容抗愈大而感抗愈小.此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题,具有向量上的关系式,因此才会说:直流电源电路阻抗是电阻与电抗在向量上的和.

    直流电源电路阻抗匹配是指负载直流电源电路阻抗与激励源内部直流电源电路阻抗互相适配,得到最大功率输出的一种工作状态.对于不同特性的直流电源电路,匹配条件是不一样的.

    在纯电阻直流电源电路中,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.

    当激励源内直流电源电路阻抗和负载直流电源电路阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载直流电源电路阻抗与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份只数值相等而符号相反.这种匹配条件称为共扼匹配.

    一.直流电源电路阻抗匹配的研究在高速的设计中,直流电源电路阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣.直流电源电路阻抗匹配的技术可以说是丰富多样,但是在具体的系统中怎样才能比较合理的应用,需要衡量多个方面的因素.例如我们在系统中设计中,很多采用的都是源段的串连匹配.对于什么情况下需要匹配,采用什么方式的匹配,为什么采用这种方式.

    例如:差分的匹配多数采用终端的匹配;时钟采用源段匹配;1、串联终端匹配串联终端匹配的理论出发点是在信号源端直流电源电路阻抗低于直流电源系统传输线特征直流电源电路阻抗的条件下,在信号的源端和直流电源系统传输线之间串接一个电阻R,使源端的输出直流电源电路阻抗与直流电源系统传输线的特征直流电源电路阻抗相匹配,抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射.

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