阻抗變換與匹配

在信號源給定的情況下，輸出功率取決于負載電阻與信號源內(nèi)阻之比K，當兩者相等，即K=1時，輸出功率最大。阻抗匹配的概念可以推廣到交流電路，當負載阻抗與信號源阻抗共軛時，能夠?qū)崿F(xiàn)功率的最大傳輸，如果負載阻抗不滿足共軛匹配的條件，就要在負載和信號源之間加一個阻抗變換網(wǎng)絡(luò)，將負載阻抗變換為信號源阻抗的共軛，實現(xiàn)阻抗匹配。

阻抗匹配是無線電技術(shù)中常見的一種工作狀態(tài)，它反映了輸入電路與輸出電路之間的功率傳輸關(guān)系.當電路實現(xiàn)阻抗匹配時，將獲得最大的功率傳輸.反之，當電路阻抗失配時，不但得不到最大的功率傳輸，還可能對電路產(chǎn)生損害.

阻抗匹配常見于各級放大電路之間、放大器與負載之間、測量儀器與被測電路之間、天線與接收機或發(fā)信機與天線之間，等等.例如，擴音機的輸出電路與揚聲器之間必須做到阻抗匹配，不匹配時，擴音機的輸出功率將不能全部送至揚聲器.如果揚聲器的阻抗遠小于擴音機的輸出阻抗，擴音機就處于過載狀態(tài)，其末級功率放大管很容易損壞.反之，如果揚聲器的阻抗高于擴音機的輸出阻抗過多，會引起輸出電壓升高，同樣不利于擴音機的工作，聲音還會產(chǎn)生失真.因此擴音機電路的輸出阻抗與揚聲器的阻抗越接近越好.

為使其阻抗匹配，需采用阻抗變換器進行匹配。常用的同軸線阻抗變換器有直線漸變式和階梯式兩種。

使入端阻抗與出端阻抗形成一定關(guān)系的二端口網(wǎng)絡(luò)。1954年J.G.林維爾把負阻抗變換器用于有源濾波器并建立了有關(guān)理論。

隨著集成電路技術(shù)的進步，使用集成運算放大器構(gòu)成阻抗變換器，已成為有源濾波器設(shè)計的基該方法。

阻抗變換器可分為廣義阻抗變換器 (GIC)和廣義阻抗倒量器(GII)兩種。

設(shè)在理想變壓器的次級接阻抗Z，如圖示，則因有;故得原邊的輸入阻抗為

于是可得原邊等效電路如圖7-6-3(b)所示。從式(7-6-4)看出:(1) n≠1時，Z0≠Z，這說明理想變壓器具有阻抗變換作用。n;1時，Z0;Z; n<1時，Z0<Z。

p;圖7-6-3理想變壓器的阻抗變換作用(2)由于n為大于零的實常數(shù)，故Z0與Z的性質(zhì)全同，即次級的R，L，C，變換到初級相應(yīng)為R/n2，L/n2，n2C。(3)阻抗變換與同名端無關(guān)。(4)當Z=0時，則Z0=0，即當次級短路時，相當與初級也短路。(5) Z=∞時，則Z0=∞，即當次級開路時，相當與初級開路。 (6)阻抗變換具有可逆性，即也可將原邊的阻抗Z變換到副邊，如圖7-6-4所示。但要注意此時副邊的等效阻抗為Z0=n2Z。

圖7-6-4阻抗變換作用的可逆性 (7)阻抗在某一邊是串聯(lián)(并聯(lián))，則變換到另一邊也是串聯(lián)(并聯(lián))，如圖7-6-5所示。

;圖7-6-5理想變壓器阻抗變換作用的性質(zhì)由以上的全部敘述可見，理想變壓器既能變換電壓和電流，也能變換阻抗，因此，人們更確切地稱它為變量器。

在電子線路中，常利用理想變壓器的阻抗變換作用來實現(xiàn)阻抗匹配，使負載獲得最大功率。