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(zu)r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。

 

為(wei)什(shen)麼(me)阻(zu)抗(kang)不(bu)匹(pi)配(pei)時(shi)會(hui)產(chan)生(sheng)反(fan)射(she)以(yi)及(ji)特(te)征(zheng)阻(zu)抗(kang)的(de)求(qiu)解(jie)方(fang)法(fa)
，牽(qian)涉(she)到(dao)二(er)階(jie)偏(pian)微(wei)分(fen)方(fang)程(cheng)的(de)求(qiu)解(jie)
，在(zai)這(zhe)裏(li)我(wo)們(men)不(bu)細(xi)說(shuo)了(le)
，有(you)興(xing)趣(qu)的(de)可(ke)參(can)看(kan)電(dian)磁(ci)場(chang)與(yu)微(wei)波(bo)方(fang)麵(mian)書(shu)籍(ji)中(zhong)的(de)傳(chuan)輸(shu)線(xian)理(li)論(lun)。

 

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75Ω的de
，這zhe樣yang就jiu可ke以yi匹pi配pei起qi來lai了le。這zhe裏li需xu要yao強qiang調tiao一yi點dian的de是shi，特te性xing阻zu抗kang跟gen我wo們men通tong常chang理li解jie的de電dian阻zu不bu是shi一yi個ge概gai念nian，它ta與yu傳chuan輸shu線xian的de長chang度du無wu關guan，也ye不bu能neng通tong過guo使shi用yong歐ou姆mu表biao來lai測ce量liang。

 

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——這(zhe)就(jiu)是(shi)負(fu)載(zai)過(guo)重(zhong)的(de)情(qing)況(kuang)，會(hui)產(chan)生(sheng)很(hen)大(da)的(de)反(fan)彈(dan)力(li)。相(xiang)反(fan)，如(ru)果(guo)我(wo)把(ba)裏(li)麵(mian)換(huan)成(cheng)了(le)很(hen)輕(qing)很(hen)輕(qing)的(de)東(dong)西(xi)，你(ni)一(yi)出(chu)拳(quan)，則(ze)可(ke)能(neng)會(hui)撲(pu)空(kong)，手(shou)也(ye)可(ke)能(neng)會(hui)受(shou)不(bu)了(le)——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wei0。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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