功率放大器為什么要關注阻抗匹配問題?如何進行阻抗匹配?

設計電路的時候，經(jīng)常會有很多人對于阻抗有疑問，那么什么是阻抗？在電感電容電阻的電路中，能夠對電路中電流起到阻礙作用的就是阻抗，阻抗經(jīng)常用Z表示，阻抗的值是由交流電的頻率、電阻R、電感L、電容C互相作用決定的。在實際電路中，阻抗是隨時變化的，能夠跟隨電流頻率的改變而改變。

一、輸入阻抗介紹

輸入阻抗是電路輸入端的等效阻抗。對輸入端加上電壓源U，測量輸入端電流I，那么輸入阻抗Rin就等于U/I。輸入端如果是電阻的兩端，電阻的阻值，就是輸入阻抗。

輸入阻抗反映對電流阻礙作用的大小。對于電壓驅動的電路來說，輸入阻抗越大，對于電壓源的負載越輕，所以越容易驅動，也不影響信號源；對于電流驅動的電路來說，輸入阻抗越小，對于電流源的負載越輕。

電壓源驅動，輸入阻抗越大越好；

電流源驅動，阻抗越小越好。

二、輸出阻抗介紹

無論放大器、信號源還是電源，都會有輸出阻抗的問題。輸出阻抗是信號源的內(nèi)阻。對于理想的電壓源來說，內(nèi)阻應該都是0，但是實際中卻無法做到。

我們常用一個理想電壓源串聯(lián)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(lián)的電阻r，就是（信號源/放大器輸出/電源）內(nèi)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，并在這個電阻上產(chǎn)生I×r的電壓降。

電源輸出電壓下降，會限制最大的輸出功率。而理想的電流源，輸出阻抗無窮大，但是實際卻是不可能。

三、阻抗匹配

阻抗匹配是信號源或者傳輸線和負載間的搭配方式，阻抗匹配一般分為高頻和低頻兩種。

當交流電路中出現(xiàn)容性或者感性阻抗的時候，需要信號源和負載阻抗的實部相等，而虛部互為相反數(shù)，就稱作共軛匹配。

如果需要輸出電流大，就選擇小的負載R；

如果需要輸出電壓大，就選擇大的負載R；

如果需要輸出功率大，就選擇跟信號源內(nèi)阻匹配的電阻R。

有時還會出現(xiàn)阻抗不匹配的情況，比如儀器輸出端是特定負載條件下設計的，當改變負載條件的時候，就不能達到原來性能，就稱作阻抗失配。

當阻抗不匹配的時候，有哪些方法可以匹配呢？

1、采用變壓器來做阻抗轉換；

2、使用串聯(lián)/并聯(lián)電容或者電感的辦法；

3、使用串聯(lián)/并聯(lián)電阻的辦法。

四、阻抗匹配的原理

1、純電阻電路

外電阻等于內(nèi)電阻的時候，電源對外電路輸出功率大，這就是純電阻電路的功率匹配。如果換成交流電路，也需要滿足R=r這個條件電路才能匹配。

2、電抗電路

電抗電路的情況會比純電阻電路復雜很多，因為電路中不僅有電阻還有電容和電感。交流電路中，電阻、電容和電感對于交流電的阻礙作用叫阻抗，用字母Z表示。

電容和電感對于交流電的阻礙作用，也被稱為容抗和感抗。容抗和感抗的值除了與電容和電感大小有關外，還和工作交流電的頻率有關。

阻抗匹配的關鍵是前級的輸出阻抗和后級的輸入阻抗相等，而輸入阻抗和輸出阻抗廣泛存在在各種電子電路和測量儀器當中。那么什么是輸入阻抗和輸出阻抗？

輸入阻抗是電路對著信號源講的阻抗。對于功率放大器來說，信號源的輸出阻抗和放大電路輸入阻抗相等的時候稱為阻抗匹配，這時候放大電路能在輸出端獲得最大功率。

輸出阻抗是指電路對著負載講的阻抗。

要注意的是：阻抗匹配只適用于電子電路，因為電子電路中傳輸信號功率本身很弱，需要匹配來提高輸出功率。而電工電路中不考慮匹配，否則會造成輸出電流過大，損壞電器。

ATA-3090功率放大器：

什么時候都要考慮阻抗匹配？

普通的寬頻帶放大器中，輸出阻抗是50Ω，就要考慮在功率傳輸電路中進行阻抗匹配。但是實際中，電纜長度對于信號波長是可以忽略不計的，就不需要阻抗匹配。

考慮信號頻率為1MHz，其波長在空氣中為300m，在同軸電纜中約為200m。在通常使用的長度為1m左右的同軸電纜中，是在完全可忽略的范圍之內(nèi)。

如果存在阻抗，那么在阻抗上就會產(chǎn)生功率消耗，所以不做阻抗匹配其結果就會使放大器的輸出功率發(fā)生無用的浪費.

對于純電阻電路，此結論同樣適用于低頻電路及高頻電路。當交流電路中含有容性或感性阻抗時，結論有所改變，就是需要信號源與負載阻抗的實部相等，虛部互為相反數(shù)，這叫作共軛匹配。

審核編輯黃宇