阻抗不匹配為何會(huì)反沖過沖？資料下載

一位頭條朋友說：非常喜歡您的文章，每個(gè)都看點(diǎn)贊。上個(gè)文章也說了阻抗匹配，這個(gè)文章也說了，可是我還是不懂，阻抗不匹配為何會(huì)反沖過沖這些。平常只知道電池給負(fù)載，無論負(fù)載多大，電源都供電，這里面有沒有什么阻抗匹配。需要理解一下什么是過沖。 圖1、傳輸線 問：為什么會(huì)出現(xiàn)過沖。 答：無論什么電路，連接線長和負(fù)載比起來短很多時(shí)，信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)反射，信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)過沖。同樣無論什么電路，連接線長和負(fù)載比起來長很多時(shí)，信號(hào)會(huì)出現(xiàn)反射，信號(hào)疊加便要考慮信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)過沖。這也是，高頻高速電路幾厘米傳輸時(shí)都要考慮阻抗匹配的問題。 問：問什么阻抗不匹配，信號(hào)會(huì)反射，造成信號(hào)疊加出現(xiàn)過沖的呢？ 答：...... 1、我們來說一下，為什么要阻抗匹配 圖2、阻抗器件 阻抗從字面上看就與電阻不一樣，通俗一點(diǎn)地說，阻抗就是電阻、電容抗及電感抗在向量上的和。 在直流電的世界中，物體對(duì)電流阻礙的作用叫做電阻。但在交流電的領(lǐng)域中則除了電阻會(huì)阻礙電流以外，電容及電感也會(huì)阻礙電流的流動(dòng)，這種作用就稱之為電抗。電容及電感的電抗分別稱作電容抗及電感抗，簡稱容抗及感抗。 阻抗匹配是指信號(hào)源或者傳輸線跟負(fù)載之間的一種合適的搭配方式。 我們先從直流電壓源驅(qū)動(dòng)一個(gè)負(fù)載入手。由于實(shí)際的電壓源，總是有內(nèi)阻的，我們可以把一個(gè)實(shí)際電壓源，等效成一個(gè)理想的電壓源跟一個(gè)電阻r串聯(lián)的模型。假設(shè)負(fù)載電阻為R，電源電動(dòng)勢為U，內(nèi)阻為r，當(dāng)負(fù)載電阻跟信號(hào)源內(nèi)阻相等時(shí)，負(fù)載可獲得最大輸出功率，這就是我們常說的阻抗匹配之一。 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)載阻抗的的實(shí)部相等，虛部互為相反數(shù)，這叫做共軛匹配。例如天線再為一個(gè)負(fù)載時(shí)，他的阻抗為50歐姆，那么我們希望我們的傳輸線加源端內(nèi)阻正好可以和它達(dá)成50歐姆的共軛匹配狀態(tài)，以求天線的功率最大。 2、為什么要考慮傳輸線的線長和工作頻率呢。 在低頻電路中，我們一般不考慮傳輸線的匹配問題，因?yàn)榈皖l信號(hào)的波長相對(duì)于傳輸線來說很長，傳輸線可以看成是“短線”，反射可以不考慮（可以這么理解：因?yàn)榫€短，即使反射回來，跟原信號(hào)還是一樣的）。 例如，正弦電源頻率為1MHz時(shí)，電壓波長為94.86m。加入連接線長度為1.5m,在如此短的尺度內(nèi)，電壓的空間變化是不明顯的，整個(gè)導(dǎo)線的電壓處處是一直的，基爾霍夫定律是使用的。假如把頻率提高到10GHz時(shí)，情況便明顯不同了，此時(shí)的波長降為0.949cm.加入傳輸線還是1.5cm。那么這么長的導(dǎo)線上的電壓便處處不同了，空間位置就成了確定的信號(hào)了，基爾霍夫定律（集中參數(shù)理論）變無法適用了。 這邊是集中參數(shù)理論與分布參數(shù)理論的區(qū)別：當(dāng)電路元件的特征尺寸超過電磁波波長的十分之一時(shí)，基爾霍夫電路理論必須由分布參數(shù)的波動(dòng)理論代替。 在高頻電路中，我們一般考慮傳輸線的匹配問題，因?yàn)榈皖l信號(hào)的波長相對(duì)于傳輸線來說很短，傳輸線無法看成是“長線”，反射就要考慮。在高頻電路中，我們還必須考慮反射的問題。當(dāng)信號(hào)的頻率很高時(shí)，則信號(hào)的波長就很短，當(dāng)波長短得跟傳輸線長度可以比擬時(shí)，反射信號(hào)疊加在原信號(hào)上將會(huì)改變原信號(hào)的形狀。如果傳輸線的特征阻抗跟負(fù)載阻抗不匹配（相等）時(shí)，在負(fù)載端就會(huì)產(chǎn)生反射。 3、為什么阻抗不匹配時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射。 長線是幾何長度與工作波長可相比擬的傳輸線，需用分布參數(shù)電路。 短線是幾何長度與工作波長相比可忽略不計(jì)的線，用集總參數(shù)電路表示。 3.1、何謂傳輸線特性阻抗 以微波工作的傳輸線，長度比波長長，傳輸線導(dǎo)體上存在損耗電阻R，導(dǎo)體間電容C，漏電導(dǎo)G。這些參數(shù)在高頻時(shí)呈現(xiàn)出對(duì)能量和信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，他們的影響分布在傳輸線的每一點(diǎn)，故稱作分布參數(shù)。R,L.C.G分別叫分布電阻，分布電感，分布電容，分布電導(dǎo)。從均勻到非均勻均勻傳輸線，取一小段線元，視作集總參數(shù)電路，得到等效電路 圖3、每一小段應(yīng)用基爾霍夫定律 省去推導(dǎo)過程得到傳輸線方程： 公式1、每一小段的電壓電流變化即線上任一點(diǎn)的電壓電流關(guān)系 對(duì)以上求解，省去求解過程得； 公式2、傳輸線電壓電流標(biāo)示公式3、傳播系數(shù) 電壓除以電流達(dá)到每一小段的阻抗即為特性阻抗： 公式4/5、特性阻抗 特性阻抗可以認(rèn)為事宜純電阻僅僅與傳輸線的尺寸、形狀、形式有關(guān)，而與頻率無關(guān)。 3.2、反射系數(shù) A1,A2為常數(shù)，其值決定于傳輸線始端與終端電壓電流的條件。下面我們著重討論在知道終端電壓電流的條件時(shí)，討論沿線電壓電流的表達(dá)式。 圖4、傳輸線壓線電壓電流 得到： 公式6、得A1，A2參數(shù) 最后推導(dǎo)可得： 公式7、傳輸線上任一點(diǎn)的電壓電流方程 同時(shí)認(rèn)為： 入射波分量和反射波分量、 當(dāng)ZL=Z0時(shí)，即反射波=0，便不會(huì)與入射波重疊，即不會(huì)出現(xiàn)過沖欠沖。