功率放大器為什么要關(guān)注阻抗匹配問題?如何進(jìn)行阻抗匹配?

設(shè)計(jì)電路的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)有很多人對(duì)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?qū)﹄娐分?a href="http://wenjunhu.com/tags/電流/" target="_blank">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(shí)際電路中，阻抗是隨時(shí)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(duì)輸入端加上電壓源U，測(cè)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(duì)電流阻礙作用的大小。對(duì)于電壓驅(qū)動(dòng)的電路來說，輸入阻抗越大，對(duì)于電壓源的負(fù)載越輕，所以越容易驅(qū)動(dòng)，也不影響信號(hào)源；對(duì)于電流驅(qū)動(dòng)的電路來說，輸入阻抗越小，對(duì)于電流源的負(fù)載越輕。

電壓源驅(qū)動(dòng)，輸入阻抗越大越好；

電流源驅(qū)動(dòng)，阻抗越小越好。

二、輸出阻抗介紹

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

我們常用一個(gè)理想電壓源串聯(lián)一個(gè)電阻r的方式來等效一個(gè)實(shí)際的電壓源。這個(gè)跟理想電壓源串聯(lián)的電阻r，就是（信號(hào)源/放大器輸出/電源）內(nèi)阻了。當(dāng)這個(gè)電壓源給負(fù)載供電時(shí)，就會(huì)有電流I從這個(gè)負(fù)載上流過，并在這個(gè)電阻上產(chǎn)生I×r的電壓降。

電源輸出電壓下降，會(huì)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(shí)際卻是不可能。

三、阻抗匹配

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

當(dāng)交流電路中出現(xiàn)容性或者感性阻抗的時(shí)候，需要信號(hào)源和負(fù)載阻抗的實(shí)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(fù)載R；

如果需要輸出電壓大，就選擇大的負(fù)載R；

如果需要輸出功率大，就選擇跟信號(hào)源內(nèi)阻匹配的電阻R。

有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)阻抗不匹配的情況，比如儀器輸出端是特定負(fù)載條件下設(shè)計(jì)的，當(dāng)改變負(fù)載條件的時(shí)候，就不能達(dá)到原來性能，就稱作阻抗失配。

當(dāng)阻抗不匹配的時(shí)候，有哪些方法可以匹配呢？

1、采用變壓器來做阻抗轉(zhuǎn)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(shí)候，電源對(duì)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(gè)條件電路才能匹配。

2、電抗電路

電抗電路的情況會(huì)比純電阻電路復(fù)雜很多，因?yàn)殡娐分胁粌H有電阻還有電容和電感。交流電路中，電阻、電容和電感對(duì)于交流電的阻礙作用叫阻抗，用字母Z表示。

電容和電感對(duì)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(guān)外，還和工作交流電的頻率有關(guān)。

阻抗匹配的關(guān)鍵是前級(jí)的輸出阻抗和后級(jí)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(cè)量?jī)x器當(dāng)中。那么什么是輸入阻抗和輸出阻抗？

輸入阻抗是電路對(duì)著信號(hào)源講的阻抗。對(duì)于功率放大器來說，信號(hào)源的輸出阻抗和放大電路輸入阻抗相等的時(shí)候稱為阻抗匹配，這時(shí)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(duì)著負(fù)載講的阻抗。

要注意的是：阻抗匹配只適用于電子電路，因?yàn)殡娮与娐分袀鬏斝盘?hào)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(huì)造成輸出電流過大，損壞電器。

ATA-3090功率放大器：

什么時(shí)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(jìn)行阻抗匹配。但是實(shí)際中，電纜長(zhǎng)度對(duì)于信號(hào)波長(zhǎng)是可以忽略不計(jì)的，就不需要阻抗匹配。

考慮信號(hào)頻率為1MHz，其波長(zhǎng)在空氣中為300m，在同軸電纜中約為200m。在通常使用的長(zhǎng)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(huì)產(chǎn)生功率消耗，所以不做阻抗匹配其結(jié)果就會(huì)使放大器的輸出功率發(fā)生無用的浪費(fèi).

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

審核編輯黃宇