在理解阻抗匹配前
，先要搞明白輸入阻抗和輸出阻抗。

 

一、輸入阻抗

 

輸入阻抗是指一個電路輸入端的等效阻抗。在輸入端上加上一個電壓源U，測量輸入端的電流I，則輸入阻抗Rin就是U/I。你可以把輸入端想象成一個電阻的兩端
，這個電阻的阻值，就是輸入阻抗。

 

輸shu入ru阻zu抗kang跟gen一yi個ge普pu通tong的de電dian抗kang元yuan件jian沒mei什shen麼me兩liang樣yang
，它ta反fan映ying了le對dui電dian流liu阻zu礙ai作zuo用yong的de大da小xiao。對dui於yu電dian壓ya驅qu動dong的de電dian路lu，輸shu入ru阻zu抗kang越yue大da
，則ze對dui電dian壓ya源yuan的de負fu載zai就jiu越yue輕qing，因yin而er就jiu越yue容rong易yi驅qu動dong

，也ye不bu會hui對dui信xin號hao源yuan有you影ying響xiang；而對於電流驅動型的電路，輸入阻抗越小，則對電流源的負載就越輕。因此，我們可以這樣認為：如果是用電壓源來驅動的
，則輸入阻抗越大越好；如果是用電流源來驅動的，則阻抗越小越好（注：隻適合於低頻電路，在高頻電路中，還要考慮阻抗匹配問題),另外如果要獲取最大輸出功率時，也要考慮　阻抗匹配問題

 

二
、輸出阻抗

 

無論信號源或放大器還有電源

，都有輸出阻抗的問題。輸出阻抗就是一個信號源的內阻。本來
，對於一個理想的電壓源（包括電源），內阻應該為0，或理想電流源的阻抗應當為無窮大。但現實中的電壓源，則不能做到這一點。我們常用一個理想電壓源串聯一個電阻r的方式來等效一個實際的電壓源。這個跟理想電壓源串聯的電阻r，就是（信號源/放大器輸出/電源）內阻了。當這個電壓源給負載供電時，就會有電流 I 從這個負載上流過，並在這個電阻上產生 I×r 的電壓降。這將導致電源輸出電壓的下降，從而限製了最大輸出功率（關於為什麼會限製最大輸出功率，請看後麵的“阻抗匹配”一問）。同樣的
，一個理想的電流源，輸出阻抗應該是無窮大，但實際的電路是不可能的。

 

三、阻抗匹配

 

阻抗匹配是指信號源或者傳輸線跟負載之間的一種合適的搭配方式。阻抗匹配分為低頻和高頻兩種情況討論。 我wo們men先xian從cong直zhi流liu電dian壓ya源yuan驅qu動dong一yi個ge負fu載zai入ru手shou。由you於yu實shi際ji的de電dian壓ya源yuan，總zong是shi有you內nei阻zu的de
，我wo們men可ke以yi把ba一yi個ge實shi際ji電dian壓ya源yuan，等deng效xiao成cheng一yi個ge理li想xiang的de電dian壓ya源yuan跟gen一yi個ge電dian阻zur串聯的模型。假設負載電阻為R，電源電動勢為U，內阻為r，那麼我們可以計算出流過電阻R的電流為：I=U/(R+r)
，可以看出，負載電阻R越小
，則輸出電流越大。負載R上的電壓為：Uo=IR=U/[1+(r/R)]，可以看出，負載電阻R越大，則輸出電壓Uo越高。再來計算一下電阻R消耗的功率為：

 

P=I2×R=[U/(R+r)]2×R=U2×R/(R2+2×R×r+r2)

 

=U2×R/[(R-r)2+4×R×r]

 

=U2/{[(R-r)2/R]+4×r}

 

對於一個給定的信號源
，其內阻r是固定的
，而負載電阻R則是由我們來選擇的。注意式中[(R-r)2/R]，當R=r時，[(R-r)2/R]可取得最小值0
，這時負載電阻R上可獲得最大輸出功率Pmax=U2/(4×r)。即ji，當dang負fu載zai電dian阻zu跟gen信xin號hao源yuan內nei阻zu相xiang等deng時shi，負fu載zai可ke獲huo得de最zui大da輸shu出chu功gong率lv，這zhe就jiu是shi我wo們men常chang說shuo的de阻zu抗kang匹pi配pei之zhi一yi。此ci結jie論lun同tong樣yang適shi用yong於yu低di頻pin電dian路lu及ji高gao頻pin電dian路lu。當dang交jiao流liu電dian路lu中zhong含han有you容rong性xing或huo感gan性xing阻zu抗kang時shi，結jie論lun有you所suo改gai變bian，就jiu是shi需xu要yao信xin號hao源yuan與yu負fu載zai阻zu抗kang的de的de實shi部bu相xiang等deng，虛xu部bu互hu為wei相xiang反fan數shu
，這zhe叫jiao做zuo共gong扼e匹pi配pei。在zai低di頻pin電dian路lu中zhong，我wo們men一yi般ban不bu考kao慮lv傳chuan輸shu線xian的de匹pi配pei問wen題ti，隻zhi考kao慮lv信xin號hao源yuan跟gen負fu載zai之zhi間jian的de情qing況kuang，因yin為wei低di頻pin信xin號hao的de波bo長chang相xiang對dui於yu傳chuan輸shu線xian來lai說shuo很hen長chang
，傳chuan輸shu線xian可ke以yi看kan成cheng是shi“短線”

，反射可以不考慮（可以這麼理解：因為線短
，即使反射回來，跟原信號還是一樣的）。

 

從以上分析我們可以得出結論：如果我們需要輸出電流大
，則選擇小的負載R；如果我們需要輸出電壓大，則選擇大的負載R；如果我們需要輸出功率最大
，則選擇跟信號源內阻匹配的電阻R。有(you)時(shi)阻(zu)抗(kang)不(bu)匹(pi)配(pei)還(hai)有(you)另(ling)外(wai)一(yi)層(ceng)意(yi)思(si)，例(li)如(ru)一(yi)些(xie)儀(yi)器(qi)輸(shu)出(chu)端(duan)是(shi)在(zai)特(te)定(ding)的(de)負(fu)載(zai)條(tiao)件(jian)下(xia)設(she)計(ji)的(de)，如(ru)果(guo)負(fu)載(zai)條(tiao)件(jian)改(gai)變(bian)了(le)，則(ze)可(ke)能(neng)達(da)不(bu)到(dao)原(yuan)來(lai)的(de)性(xing)能(neng)
，這(zhe)時(shi)我(wo)們(men)也(ye)會(hui)叫(jiao)做(zuo)阻(zu)抗(kang)失(shi)配(pei)。

 

在(zai)高(gao)頻(pin)電(dian)路(lu)中(zhong)，我(wo)們(men)還(hai)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)反(fan)射(she)的(de)問(wen)題(ti)。當(dang)信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)率(lv)很(hen)高(gao)時(shi)，則(ze)信(xin)號(hao)的(de)波(bo)長(chang)就(jiu)很(hen)短(duan)
，當(dang)波(bo)長(chang)短(duan)得(de)跟(gen)傳(chuan)輸(shu)線(xian)長(chang)度(du)可(ke)以(yi)比(bi)擬(ni)時(shi)，反(fan)射(she)信(xin)號(hao)疊(die)加(jia)在(zai)原(yuan)信(xin)號(hao)上(shang)將(jiang)會(hui)改(gai)變(bian)原(yuan)信(xin)號(hao)的(de)形(xing)狀(zhuang)。如(ru)果(guo)傳(chuan)輸(shu)線(xian)的(de)特(te)征(zheng)阻(zu)抗(kang)跟(gen)負(fu)載(zai)阻(zu)抗(kang)不(bu)相(xiang)等(deng)（即不匹配）時，在負載端就會產生反射。

 

weishenmezukangbupipeishihuichanshengfansheyijitezhengzukangdeqiujiefangfa，qianshedaoerjiepianweifenfangchengdeqiujie
，zaizheliwomenbuxishuole
，youxingqudekecankandiancichangyuweibofangmianshujizhongdechuanshuxianlilun。

 

傳輸線的特征阻抗（也叫做特性阻抗）是由傳輸線的結構以及材料決定的
，而與傳輸線的長度


，以及信號的幅度、頻率等均無關。例如，常用的閉路電視同軸電纜特性阻抗為75Ω，而一些射頻設備上則常用特征阻抗為50Ω的同軸電纜。另外還有一種常見的傳輸線是特性阻抗為300Ω的扁平平行線，這在農村使用的電視天線架上比較常見，用來做八木天線的饋線。因為電視機的射頻輸入端輸入阻抗為75Ω，所以300Ω的饋線將與其不能匹配。實際中是如何解決這個問題的呢
？不知道大家有沒有留意到

，電視機的附件中
，有一個300Ω到75Ω的阻抗轉換器（一個塑料封裝的
，一端有一個圓形的插頭的那個東東，大概有兩個大拇指那麼大）。

 

它裏麵其實就是一個傳輸線變壓器，將300Ω的阻抗，變換成75Ωde
，zheyangjiukeyipipeiqilaile。zhelixuyaoqiangtiaoyidiandeshi
，texingzukanggenwomentongchanglijiededianzubushiyigegainian
，tayuchuanshuxiandechangduwuguan
，yebunengtongguoshiyongoumubiaolaiceliang。

 

weilebuchanshengfanshe，fuzaizukanggenchuanshuxiandetezhengzukangyinggaixiangdeng，zhejiushichuanshuxiandezukangpipei
，ruguozukangbupipeihuiyoushenmebulianghouguone？ruguobupipei

，zehuixingchengfanshe
，nengliangchuandibuguoqu，jiangdixiaolv
；會在傳輸線上形成駐波（簡單的理解，就是有些地方信號強，有些地方信號弱），導致傳輸線的有效功率容量降低
；功率發射不出去，甚至會損壞發射設備。如果是電路板上的高速信號線與負載阻抗不匹配時
，會產生震蕩，輻射幹擾等。

 

當(dang)阻(zu)抗(kang)不(bu)匹(pi)配(pei)時(shi)，有(you)哪(na)些(xie)辦(ban)法(fa)讓(rang)它(ta)匹(pi)配(pei)呢(ne)？第(di)一(yi)，可(ke)以(yi)考(kao)慮(lv)使(shi)用(yong)變(bian)壓(ya)器(qi)來(lai)做(zuo)阻(zu)抗(kang)轉(zhuan)換(huan)，就(jiu)像(xiang)上(shang)麵(mian)所(suo)說(shuo)的(de)電(dian)視(shi)機(ji)中(zhong)的(de)那(na)個(ge)例(li)子(zi)那(na)樣(yang)。第(di)二(er)

，可(ke)以(yi)考(kao)慮(lv)使(shi)用(yong)串(chuan)聯(lian)/並聯電容或電感的辦法，這在調試射頻電路時常使用。第三，可以考慮使用串聯/並bing聯lian電dian阻zu的de辦ban法fa。一yi些xie驅qu動dong器qi的de阻zu抗kang比bi較jiao低di
，可ke以yi串chuan聯lian一yi個ge合he適shi的de電dian阻zu來lai跟gen傳chuan輸shu線xian匹pi配pei，例li如ru高gao速su信xin號hao線xian
，有you時shi會hui串chuan聯lian一yi個ge幾ji十shi歐ou的de電dian阻zu。而er一yi些xie接jie收shou器qi的de輸shu入ru阻zu抗kang則ze比bi較jiao高gao，可ke以yi使shi用yong並bing聯lian電dian阻zu的de方fang法fa
，來lai跟gen傳chuan輸shu線xian匹pi配pei

，例li如ru，485總線接收器，常在數據線終端並聯120歐的匹配電阻。(始端串聯匹配，終端並聯匹配)

 

為了幫助大家理解阻抗不匹配時的反射問題，我來舉兩個例子：假設你在練習拳擊——打沙包。如果是一個重量合適的、硬(ying)度(du)合(he)適(shi)的(de)沙(sha)包(bao)，你(ni)打(da)上(shang)去(qu)會(hui)感(gan)覺(jiao)很(hen)舒(shu)服(fu)。但(dan)是(shi)
，如(ru)果(guo)哪(na)一(yi)天(tian)我(wo)把(ba)沙(sha)包(bao)做(zuo)了(le)手(shou)腳(jiao)

，例(li)如(ru)，裏(li)麵(mian)換(huan)成(cheng)了(le)鐵(tie)沙(sha)，你(ni)還(hai)是(shi)用(yong)以(yi)前(qian)的(de)力(li)打(da)上(shang)去(qu)，你(ni)的(de)手(shou)可(ke)能(neng)就(jiu)會(hui)受(shou)不(bu)了(le)了(le)——zhejiushifuzaiguozhongdeqingkuang，huichanshenghendadefandanli。xiangfan，ruguowobalimianhuanchenglehenqinghenqingdedongxi，niyichuquan，zekenenghuipukong
，shouyekenenghuishoubule——這就是負載過輕的情況。

 

附：阻抗匹配的四種處理方式

 

當dang傳chuan輸shu路lu徑jing上shang阻zu抗kang不bu連lian續xu時shi
，會hui有you反fan射she發fa生sheng，阻zu抗kang匹pi配pei的de作zuo用yong就jiu是shi通tong過guo端duan接jie元yuan器qi件jian，時shi傳chuan輸shu路lu線xian上shang的de阻zu抗kang連lian續xu以yi去qu除chu傳chuan輸shu鏈lian路lu上shang產chan生sheng的de反fan射she。常chang見jian的de阻zu抗kang匹pi配pei有you如ru下xia幾ji種zhong：

 

一、串聯端接方式

 

靠近輸出端的位置串聯一個電阻
，要達到匹配效果
，串聯電阻和驅動端輸出阻抗的總和應等於傳輸線的特征阻抗Z0。

 

 

在通常的數字信號係統中，器件的輸出阻抗通常是十幾歐姆到二十幾歐姆，傳輸線的阻抗通常會控製在50歐姆，所以始端匹配電阻常見為33歐姆電阻。

 

當然要達到好的匹配效果，驅動端輸出到串聯電阻這一段的傳輸路徑最好較短，短到可以忽略這一段傳輸線的影響。

 

串聯電阻優缺點如下：

 

（1）優點

 

1、隻需要一個電阻；

 

2、沒有多餘的直流功耗
；

 

3
、消除驅動端的二次反射
；

 

4、不受接收端負載變化的影響；

 

（2）缺點

 

1、接收端的一次發射依然存在；

 

2、信號邊沿會有一些變化；

 

3、電阻要靠近驅動端放置，不適合雙向 傳輸信號；

 

4
、在線上傳輸的電壓是驅動電壓的一半

，不適合菊花鏈的多型負載結構。

 

二、並聯端接方式

 

並聯端接又叫終端匹配，要達到阻抗匹配的要求，端接的電阻應該和傳輸線的特征阻抗Z0相等。

 

 

在(zai)通(tong)常(chang)的(de)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)係(xi)統(tong)裏(li)
，接(jie)收(shou)端(duan)的(de)阻(zu)抗(kang)範(fan)圍(wei)為(wei)幾(ji)兆(zhao)到(dao)十(shi)幾(ji)兆(zhao)，終(zhong)端(duan)匹(pi)配(pei)電(dian)阻(zu)如(ru)果(guo)和(he)傳(chuan)輸(shu)線(xian)的(de)特(te)征(zheng)阻(zu)抗(kang)相(xiang)等(deng)，其(qi)和(he)接(jie)收(shou)端(duan)阻(zu)抗(kang)並(bing)聯(lian)後(hou)的(de)阻(zu)抗(kang)大(da)致(zhi)還(hai)是(shi)在(zai)傳(chuan)輸(shu)線(xian)的(de)特(te)征(zheng)阻(zu)抗(kang)左(zuo)右(you)
，那(na)麼(me)終(zhong)端(duan)的(de)反(fan)射(she)係(xi)數(shu)為(wei)0。不會產生反射，消除的是終端的一次反射。

 

並聯端接優缺點

 

（1）優點

 

1
、適用於多個負載

 

2、隻需要一個電阻並且阻值容易選取

 

（2）缺點

 

1
、增加了直流功耗

 

2
、並聯端接可以上拉到電源或者下拉到地
，是的低電平升高或者高電平降低

，減小噪聲容限。

 

三

、AC並聯端接

 

並聯端接為消除直流功耗，可以采用如下所示的AC並聯端接（AC終端匹配）。要達到匹配要求
，端接的電阻應該和傳輸線的特征阻抗Z0相等。

 

 

優缺點描述如下：

 

（1）優點

 

1
、適用於多個負載

 

2、無直流功耗增加

 

（2）缺點

 

1、需要兩個器件

 

2、增加了終端的容性負載，增加了RC電路造成的延時

 

3、對周期性的信號有效（如時鍾），不適合於非周期信號（如數據）

 

四、戴維南端接

 

戴維南端接同終端匹配，如下圖

，要達到匹配要求，終端的電阻並聯值要和傳輸線的特征阻抗Z0相等。

 

 

優缺點描述：

 

（1）優點

 

1、適用於多個負載

 

2、很適用於SSTL/HSTL電平上拉或下拉輸出阻抗很好平衡的情況。

 

（2）缺點

 

1、直流功耗增加

 

2
、需要兩個器件

 

3、端接電阻上拉到電源或下拉到地
，會使得低電平升高或高電平降低

 

4、電阻值較難選擇，電阻值取值小會使低電平升高，高電平降低更加惡劣；電阻值取大有可能造成不能完全匹配，使反射增大
，可以通過仿真來確定。

 

 

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