阻抗變換與匹配,在集總元件低頻電路中,負(fù)載阻抗與信源內(nèi)阻抗的特定配合關(guān)系稱為阻抗匹配。存在兩種匹配條件:①負(fù)載阻抗等于信源內(nèi)阻抗,這時(shí)信源輸出電壓可無失真地傳輸?shù)截?fù)載。②負(fù)載阻抗等于信源內(nèi)阻抗的共軛值,即它們的模相等而幅角之和為零,此時(shí)在負(fù)載上可獲得最大功率,稱為共軛匹配。若信源阻抗和負(fù)載阻抗均為純電阻(實(shí)阻抗),則這兩種匹配條件相同。
原則上以上的阻抗匹配條件也適用于微波電路,但在微波電路中信號(hào)源與負(fù)載之間通常以傳輸線或波導(dǎo)連接,信號(hào)通過傳輸線或波導(dǎo)的傳輸用波描述更為確切,電壓只具有等效的意義。這時(shí)需解決負(fù)載與傳輸線的匹配,使傳輸線上的信號(hào)無反射地傳輸?shù)截?fù)載;也需解決信號(hào)源與連有負(fù)載的傳輸線的阻抗匹配問題,使信號(hào)源傳送最大功率給負(fù)載。在傳輸線兩端的連接處,阻抗匹配的解決要依靠阻抗匹配網(wǎng)絡(luò),也稱為阻抗變換器。 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)為二端網(wǎng)絡(luò),為由集總元件構(gòu)成的低頻網(wǎng)絡(luò),或由傳輸線或波導(dǎo)構(gòu)成的微波網(wǎng)絡(luò),用以連接它兩端具有不同阻抗的傳輸線段或電路元件,以實(shí)現(xiàn)從一端到另一端的最佳信號(hào)傳輸。這是在無源或有源電路中使用得最多的一種電路元件。 以阻抗為ZL的負(fù)載與特性阻抗(實(shí))為Z0的傳輸線之間的匹配連接為例,為實(shí)現(xiàn)傳輸線上的功率無反射地傳送到負(fù)載,要使用阻抗變換器將傳輸線負(fù)載端的阻抗從ZL變換為Z0。最簡單的變換方法是使用與傳輸線并聯(lián)或串聯(lián)的終端短路或開路的傳輸線短截線,在無耗情況下它們的阻抗為電抗性,借助于阻抗圓圖找到接入位置和截線長度,可在設(shè)定的頻率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)負(fù)載與傳輸線的匹配。使用多個(gè)短截線并利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)一定頻帶寬度內(nèi)的阻抗匹配。 當(dāng)負(fù)載阻抗為電阻性,可使用1/4波長阻抗變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)負(fù)載與傳輸線的實(shí)特性阻抗的匹配。由于變換段的電長度隨頻率變化,1/4波長阻抗變換技術(shù)僅能在中心頻率附近很小的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。當(dāng)要求在寬頻率范圍內(nèi)的阻抗匹配,必須使用多級(jí)1/4波長阻抗變換,相繼的變換段的特性阻抗只有小的改變。反射系數(shù)按二項(xiàng)式展開規(guī)律變化的,可獲得最平緩的通帶特性,稱為二項(xiàng)式阻抗變換器。反射系數(shù)按切比雪夫多項(xiàng)式規(guī)律變化的則得到等波紋的通帶特性和大得多的帶寬,稱為切比雪夫阻抗變換器。以阻抗緩慢變化的連續(xù)漸變段也可實(shí)現(xiàn)寬頻帶的阻抗變換。最常用的為阻抗按指數(shù)律變化的漸變式變換器。當(dāng)切比雪夫阻抗變換器的段數(shù)無限增加而變換器的總長固定,這種變換器對(duì)于固定的變換器長度得到幅度最小的等波紋通帶特性,為漸變式阻抗變換器的最佳設(shè)計(jì)。
阻抗是電感電路特有的交流電阻,是直流電阻和感抗的矢量和。 變壓器中: 1.直流電阻的大小與線圈的導(dǎo)線材料、直徑、長度有關(guān)。 2.感抗的大小與線圈的磁通量、磁場(chǎng)變化頻率、線圈匝數(shù)有關(guān);當(dāng)磁通量和磁場(chǎng)變化...
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電容傳聲器幾乎是所有各類傳聲器中規(guī)格品種最多的。介紹了各類電容傳聲器阻抗變換器的線路原理,包括最簡單的ECM阻抗變換器,JFET設(shè)計(jì)的共漏、共源阻抗變換器,電子管阻抗變換器,RF射頻阻抗變換器等,特別介紹了目前在很多國外電容傳聲器阻抗變換器設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的新設(shè)計(jì):變形的跟隨器設(shè)計(jì)。
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1/4 波長阻抗變換器的分析 摘要:阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為射頻微波電路中的重要組成部分,主要是由于匹 配使得電路中的反射電壓波變少, 從而損耗減少。同時(shí),匹配網(wǎng)絡(luò)對(duì)器件的增益, 噪聲,輸出功率還有著重要的影響。 在微波傳輸系統(tǒng),它關(guān)系到系統(tǒng)的傳輸效率、 功率容量與工作穩(wěn)定性, 關(guān)系到微波測(cè)量的系統(tǒng)誤差和測(cè)量精度, 以及微波元器 件的質(zhì)量等一系列問題。本文討論了傳輸線的阻抗匹配方法,并著重分析了 4 阻抗變換器,并舉例說明了多節(jié) 4阻抗變換器的優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵字:阻抗匹配 ; 匹配網(wǎng)絡(luò);匹配方法,阻抗變換器 1引言 傳輸理論指出,通常情況下,傳輸線傳輸?shù)碾妷夯螂娏魇怯稍擖c(diǎn)的入射波和 反射波疊加而成的,或者說是由行波和駐波疊加而成的。 在由信號(hào)源及負(fù)載組成的微波系統(tǒng)中, 如果傳輸線和負(fù)載不匹配, 傳輸線上 將形成駐波。有了駐波一方面使傳輸線功率容量降低, 另一方面會(huì)增加傳輸線的 衰減。如果信號(hào)源和傳
在信號(hào)源給定的情況下,輸出功率取決于負(fù)載電阻與信號(hào)源內(nèi)阻之比K,當(dāng)兩者相等,即K=1時(shí),輸出功率最大。阻抗匹配的概念可以推廣到交流電路,當(dāng)負(fù)載阻抗與信號(hào)源阻抗共軛時(shí),能夠?qū)崿F(xiàn)功率的最大傳輸,如果負(fù)載阻抗不滿足共軛匹配的條件,就要在負(fù)載和信號(hào)源之間加一個(gè)阻抗變換網(wǎng)絡(luò),將負(fù)載阻抗變換為信號(hào)源阻抗的共軛,實(shí)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(dāng)電路實(shí)現(xiàn)阻抗匹配時(shí),將獲得最大的功率傳輸.反之,當(dāng)電路阻抗失配時(shí),不但得不到最大的功率傳輸,還可能對(duì)電路產(chǎn)生損害.
阻抗匹配常見于各級(jí)放大電路之間、放大器與負(fù)載之間、測(cè)量儀器與被測(cè)電路之間、天線與接收機(jī)或發(fā)信機(jī)與天線之間,等等.例如,擴(kuò)音機(jī)的輸出電路與揚(yáng)聲器之間必須做到阻抗匹配,不匹配時(shí),擴(kuò)音機(jī)的輸出功率將不能全部送至揚(yáng)聲器.如果揚(yáng)聲器的阻抗遠(yuǎn)小于擴(kuò)音機(jī)的輸出阻抗,擴(kuò)音機(jī)就處于過載狀態(tài),其末級(jí)功率放大管很容易損壞.反之,如果揚(yáng)聲器的阻抗高于擴(kuò)音機(jī)的輸出阻抗過多,會(huì)引起輸出電壓升高,同樣不利于擴(kuò)音機(jī)的工作,聲音還會(huì)產(chǎn)生失真.因此擴(kuò)音機(jī)電路的輸出阻抗與揚(yáng)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(jìn)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(fù)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(jìn)步,使用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成阻抗變換器,已成為有源濾波器設(shè)計(jì)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(jí)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(shí),Z0≠Z,這說明理想變壓器具有阻抗變換作用。n;1時(shí),Z0;Z; n<1時(shí),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(shí)常數(shù),故Z0與Z的性質(zhì)全同,即次級(jí)的R,L,C,變換到初級(jí)相應(yīng)為R/n2,L/n2,n2C。(3)阻抗變換與同名端無關(guān)。(4)當(dāng)Z=0時(shí),則Z0=0,即當(dāng)次級(jí)短路時(shí),相當(dāng)與初級(jí)也短路。(5) Z=∞時(shí),則Z0=∞,即當(dāng)次級(jí)開路時(shí),相當(dāng)與初級(jí)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(shí)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(shí)現(xiàn)阻抗匹配,使負(fù)載獲得最大功率。