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何时需要阻抗匹配

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楼主
yanwenbin33|  楼主 | 2017-4-14 11:12 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
最近好像老是给别人解释:什么时候需要阻抗匹配什么时候不需要,有人告诉他们低频段不需要阻抗匹配,高频才需要。
   我认为说这话的人,基本都是用经验值说话而不是理论知识。
   这里我说说自己的想法。
  1、 我近乎自大的将电分成“第一要义为信号”和“第一要义为功率”的两大分支,其中“第一要义为信号”的电最常用的场合是传感器的检测(以电压型传感器为例)而“第一要义为功率”的电最常用的是音响。
   2、这里列举两个最常用的器件:运算放大器、功率放大管(以MOSFET为例)。
   3、运算放大器的特征是:输入阻抗大(同相输出、反相输入端虚断),输出阻抗无穷小、引入负反馈以后同相与反相输入端虚短。
         MOSFET直流输出阻抗无穷大,实际上交流输入阻抗一般在100Ω以下甚至是不到10Ω。
   4、我想大多数人做硬件开发对于传感器的检测都会采用运算放大器。那么,我问一句:传感器出来的信号有什么特点?
        我认为最通见的特点就是输出功率小,也就是驱动能力小。
     这也就是我们需要用输入阻抗大的放大器去采集上面的电压--将传感器看做电压源,当RL>>Rs时RL获得的电压是近似的等于理想电压源的全部电压而电流却小的不能再小对运放来说这个电流几乎为0;也就是说,运放获得了全部电压却没有获得电流--功率近似为0。用输出阻抗小的放大器去提高驱动能力;这个时候我们为什么不考虑传感器信号的频率呢(不是频率高了就要匹配吗),这个时候我们要的东西是什么呢?我们要的是信号,这个时候电只是作为一个信息的载体,功率的大小其实无关紧要。
    再说一个我们最常见的音响,很多玩音响的朋友(发烧友)会自己去做功放;他们应该很清楚喇叭的输入阻抗有4Ω、6Ω、8Ω,为了让音效好或者声音大他们会做阻抗匹配;匹配的不好音质大打折扣。
    你看,在音响上我们关心的是最大传输功率,在传感器上我们关心的是信息的完整性。
    那么我们就丢出课本上的理论:输入输出阻抗共轭是,传输效率最大。
    我们把问题简单化,只考虑纯阻性的电路;就成了输入输出电阻相等,传输效率最大。我们怎么证明?
    证明之前,先说一句:函数的极大值点是不是导数为0的点?---->当然啦。
    那么好了,导数什么时候等于0?Ro=RL时。。。。
    跟频率有半毛钱关系吗?

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沙发
manbo789| | 2017-4-14 11:23 | 只看该作者
“阻抗匹配”这个词语到底是谁发明的?!这个词语害人不浅!

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板凳
HWM| | 2017-4-14 11:48 | 只看该作者
LZ:

你所言,若是针对线性,则没有问题(虽然在你的一些器件特性表述上是有问题的)。但实际通常是非线性的。

高频(通常特指射频和微波)中采用“阻抗匹配”,不仅是考虑功率因素,且还有信号完整性的考虑。

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地板
Lgz2006| | 2017-4-14 12:04 | 只看该作者
楼主能把流行文学与模拟电学结合起来,还是符合某种潮流的。
若从技术角度来看,就不怎值了。
文中唯一沾边电的论述,竟然还张冠李代。看看图片中推演,明明是最大“功率”传输条件,咋就成了“效率”?

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5
maychang| | 2017-4-14 12:14 | 只看该作者
同意2楼manbo789,“阻抗匹配”有好几个意思,非常容易使人迷惑,造成误解。

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6
HWM| | 2017-4-14 12:42 | 只看该作者
此外,所谓通过“阻抗匹配”获得最大功率,那是指在给定电源特性的前提下负载所能获得的最大功率。

在这个意义下,“阻抗匹配”(选取适当的负载使其获得最大功率)在非线性条件下也没有什么问题,当然其就不是线性条件下的简单表述了。

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7
HWM| | 2017-4-14 12:51 | 只看该作者
最后,就是LZ所谓的“效率”。

由于仅涉及到电源特性(无论是“线性”还是“非线性”),根本就不知“电源”的输入功率,故在此没什么“效率”可言。

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8
啊拿大| | 2017-4-14 12:58 | 只看该作者
一本正经的胡说八道。。。。。

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9
HWM| | 2017-4-14 12:59 | 只看该作者
“阻抗匹配”获得最大功率,这在任何一本《电路》类书籍中都有涉及,这不是什么不可理解的东西。问题是,其前提必须明确!

其实,无论是分析还是设计,没了前提条件,基本都是毫无意义的。

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10
linqing171| | 2017-4-14 13:54 | 只看该作者
楼主,第一共轭匹配的时候 1+j3 欧姆 和1-j3 欧姆匹配,而不是1+j3和1+j3匹配。
第二是首先你用了欧姆定律。 欧姆定律是电磁场不停的反射后无穷递缩衰减,积分起来后的一个反应。
最后你的最大功率的结论是正确的,源输出的功率,全被负载吸收,无反射的时候,负载得到的功率最大。

对于是否需要匹配,对于模拟信号的容忍度,一般可以规定为5%的反射叠加到原信号上,是可以接受的。如果你的信号认为5%的反射不能接受,那你可以定义更严格的特殊要求。反正我用的信号都是按这个来。

对于反射回来的信号,叠加后电压可大可小,电流可小可大,但是只要是有反射,总输出功率就小了。读书的时候孙老师是用WinRTL给仿真演示的。

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11
linqing171| | 2017-4-14 14:56 | 只看该作者
https://bbs.21ic.com/forum.php?mod=attachment&aid=ODMzNDM4fDhmZjdmNTA4NzUyMzBjM2QwYWFkYTVkM2FjYzk0NWNlfDE3MTQwMjI1NzU%3D&request=yes&_f=.rar

https://bbs.21ic.com/forum.php?mod=attachment&aid=ODMzNDQwfGI2ZjNjNGRkNDcxZTEyMDU1ZTM5YWNlNTk3ZmRlZGFhfDE3MTQwMjI1NzU%3D&request=yes&_f=.pdf

大家讨论问题,至少要在同一个术语上。长传两个传输线的教程。

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12
776830702| | 2017-4-14 18:37 | 只看该作者

一本正经的胡说八道。。。。。
说到阻抗匹配,都没有讲到传输线。没有接触过高频,好意思讲阻抗匹配吗?

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13
jz0095| | 2017-4-14 18:57 | 只看该作者
776830702 发表于 2017-4-14 18:37
一本正经的胡说八道。。。。。
说到阻抗匹配,都没有讲到传输线。没有接触过高频,好意思讲阻抗匹配吗? ...

别这么说,我看楼主认真整理理论挺好的,有些瑕疵也不是什么大事。
另外,阻抗匹配跟高频、低频,从原理上讲没多大区别,没有传输线的电路同样存在反射、匹配的问题,只是高频的需求会更多。

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14
yanwenbin33|  楼主 | 2017-4-14 19:01 | 只看该作者
Lgz2006 发表于 2017-4-14 12:04
楼主能把流行文学与模拟电学结合起来,还是符合某种潮流的。
若从技术角度来看,就不怎值了。
文中唯一沾边 ...

写错字了,只讨论了功率没有讨论效率。

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15
yanwenbin33|  楼主 | 2017-4-14 19:03 | 只看该作者
HWM 发表于 2017-4-14 12:51
最后,就是LZ所谓的“效率”。

由于仅涉及到电源特性(无论是“线性”还是“非线性”),根本就不知“电源 ...

写错字了,只讨论了功率没讨论效率。

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16
yanwenbin33|  楼主 | 2017-4-14 19:06 | 只看该作者
776830702 发表于 2017-4-14 18:37
一本正经的胡说八道。。。。。
说到阻抗匹配,都没有讲到传输线。没有接触过高频,好意思讲阻抗匹配吗? ...

阻抗匹配就一定要讲传输线?谁告诉你讨论电路就非得是射频?20KHz的音响要用传输线吗,需要阻抗匹配吗?

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17
yanwenbin33|  楼主 | 2017-4-14 19:10 | 只看该作者
HWM 发表于 2017-4-14 11:48
LZ:

你所言,若是针对线性,则没有问题(虽然在你的一些器件特性表述上是有问题的)。但实际通常是非线性 ...

嗯嗯,谢谢指点。
实际上,开文已经避开了高频。

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18
yanwenbin33|  楼主 | 2017-4-14 19:11 | 只看该作者
Lgz2006 发表于 2017-4-14 12:04
楼主能把流行文学与模拟电学结合起来,还是符合某种潮流的。
若从技术角度来看,就不怎值了。
文中唯一沾边 ...

有哪些地方不妥,还请指教--真心的。

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19
HWM| | 2017-4-14 19:15 | 只看该作者
776830702 发表于 2017-4-14 18:37
一本正经的胡说八道。。。。。
说到阻抗匹配,都没有讲到传输线。没有接触过高频,好意思讲阻抗匹配吗? ...

看看这个匹配:



在源和负载端针对传输线的特征阻抗匹配只是“高频”的一小部分内容而已。

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20
yanwenbin33|  楼主 | 2017-4-14 19:16 | 只看该作者
776830702 发表于 2017-4-14 18:37
一本正经的胡说八道。。。。。
说到阻抗匹配,都没有讲到传输线。没有接触过高频,好意思讲阻抗匹配吗? ...

实际上我不喜欢把这种地方变成吵架的地方,如果有什么不妥请指教;如果说不出123就请自动走开。

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