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高频电路阻抗匹配(音频阻抗匹配)

时间:2023-05-05 09:13:07 阅读:85917 作者:2926

阻抗对我来说是非常csdxxm的概念(术语)之一。 以下是我第一次学习阻抗概念时想到的许多问题。 同样的问题也很困扰吗?

在高中物理中第一次学习“电阻”的时候,他说“电阻有电流难以流动的倾向”。 而且对我来说很长一段时间都很直观。

像往常一样,我第一次听到“阻抗”时,只是想把它转换成简单的语言。 但是,如果想要将其转换为通俗易懂的语言,所有的混乱就会开始浮现,如果想要更深入地理解概念,就会遇到更多的问题。

我对“抵抗”和“阻抗”之间的普通语言不太清楚区别。 但是,如果没有区别,为什么需要新的术语呢? 所以.我说“电阻”和“阻抗”之间有非常密切的关系,但并不完全相同。 那个区别是什么? 这就是我下一节要讨论的内容。

阻抗相关概念

什么是阻抗?

现在,让我们更正式地定义“阻抗”。 如果要求用自己的语言定义“阻抗”,则定义为“阻抗是改变电流的任何形式的倾向”。 我在定义中使用了“改变”一词,而不是“反抗”或“困难”。 当然,“抵抗”和“使困难”可以是“变化”的一种,但不能说明“变化”的所有方面。

虽然理解对数学-: )不太了解,但是如果数学不太复杂的话,有时会很容易理解一个概念。 试一试吧。 有关此公式的详细含义,请参见以下各节。 请在这里试着了解大致的情况。

阻抗公式

在频率为0的点(a )处,可以看到电感的“电抗分量”(Reactive Component )的值为0。 这意味着电感因频率0而引起的电抗因子为0。 也就是说,这个电感对直流电路中的阻抗没有任何贡献。 可以说“频率=0”表示直流。 l在直流电路中的作用类似于“短路”(或者说是简单的电线)。

在频率为0的点(b ),可以看到电容的“电抗分量”(Reactive Component )的值无限大。 这意味着基于电容器频率0的电抗系数将无限大。 可以说“c在直流电路中看起来像‘开路’(或者只是断线)”吧。

每个阻抗组件的详细信息

让我们看看以下三个例子。 我们将三种情况分别表示为(a )、) b )、) c )。 每种情况都有单独的组件,标记为“r”、“x”和“y”。 假设提供了交流电压/电流相同的电源。 (为什么在这里使用交流(非直流)电源稍后说明。 右侧显示了在各组件之间测量的电压和电流的图表。

各组件是否对电流产生了电阻?

是的。

你怎么知道的?

如果它完全不停止电流,电流应该无限大。 但是,在这里它们不是无限大的。 所以,可以说所有这些成分都反对(阻碍)了电流。

那么,情况(a )、(b )、(c )有什么不同呢?

区别在于电流曲线上的相位差。 在情况(a )下,电流和电压曲线之间没有相位差。 但是,在情况(b ) ) c )中,电压曲线和电流曲线之间有90度的相位差。 在() b )中,电流曲线比电压曲线超前90度。 在(c )中,电流曲线比电压曲线晚90度)。

情况(如(a )那样改变电流的特性)倾向)称为“电阻”,情况) b )或) c )中改变电流的特性)倾向)称为“电抗”。

被称为“电阻器”的电气设备具有与外壳(a )相同的特性。 被称为“电感器”的电气设备有外壳(b ),被称为“电容器”的电气设备有外壳) c )。

电阻、电感和电容器对电流特性的影响

在实际电路中,特别是交流电路中,很少只使用类型(a )、类型b )或类型c )这样的一种组件。 在大多数情况下,电路由所有这些类型的组件组成。

实际上,没有设备显示“a”类型的属性为100%、“b”/“c”类型为0%、“b”/“c”类型为100%和0%的类型“a”。 我想说的是,每个电子设备至少都有这三个属性。 因此,观察一下整体电路(或电路块)的电流,可以看到) a )、) b )、) c )型的组合效果。 类型(a )、b )、c )的组合属性称为“阻抗”,如下所示。 如该图所示,阻抗同时表示电流变化的两个特性(电流抑制特性和相变特性)。

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大多数的组件所展示出了三种特性

为什么我们要使用复数呢?

如上所述,“阻抗”是显示“电阻”和“电抗”组合属性的指标。然而,我们如何用数学术语表示这种多个属性。您可以想到几种可能性。一种可能就是将其表示为两个单独的数字。另一种可能性是在具有两个元素的向量中表示它,另一种可能性是将其表示为复数。

最好的选择是什么?很难从数学上证明哪一种是最佳选择,但是将其表示为复数是最广为接受的。电阻/电抗与复数的实部/虚部之间的关系如下图所示。

阻抗的复数表示

如果将每个电气组件(R,L,C)都插入上述情况,您将了解如何用复数阻抗来表示这些电气组件属性。 请参见下图。

电阻,电感以及电容的阻抗的复数表示

什么是阻抗匹配?

在大多数电路或系统中,能量是从电源提供的,经过多个中间模块,最后到达电路/系统的输出。而且,我们通常尝试将能量从源头传递到输出端,而损失尽可能小。为了在能量从一个模块传播到另一个模块时能量损失最小化,最重要的条件之一是一个模块的阻抗和下一个模块的阻抗应相同。阻抗匹配是使相邻功能模块的阻抗“匹配”的过程(实践)。 (这里用的是“匹配的”,而不是“相同的”。稍后您将看到原因)。

在大多数RF电路设计和实现中,阻抗匹配是最重要的事情之一。它通常不仅需要一些理论依据,而且还需要大量的实际经验。

更棘手的是,在特定频率下进行阻抗匹配的条件可能在另一个频率下不起作用。因此,对于必须在较宽频率范围内工作的组件(例如,宽带RF滤波器),找到最佳阻抗匹配条件往往非常困难。

将其放在插图中,可以如下进行操作。

如果将某种能量放入一个组件(标记为(A))并将其转移到下一个块(标记为(B)),该能量可能会分成三部分。我们预期能量的某些部分将转移到(B),但有一部分能量会反弹回(A),而另一些部分会丢失(作为热量散发)。

能量在组件之间传播的示意图

我们的目标是使传递的能量最大化,而使反弹或损失的能量最小。一种方法是调整每个模块的阻抗,以使它们“匹配”。

阻抗匹配的示意图

阻抗匹配的标准

那么“匹配”是什么意思?即“匹配阻抗”的条件是什么?答案可以总结如下:

阻抗匹配的基本形式

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