本帖最后由 jinwenfeng 于 2016-2-26 10:01 编辑
电阻的瞬态电压除以瞬态电流的值一直不变,因此时域阻抗和频域阻抗相同。电感电容的瞬态电压除以瞬态电流是随输入信号周期变化的,因此时域阻抗和频域阻抗不同。
频域阻抗是电压幅值除以电流幅值,再加上电压和电流的相位差,这就是复阻抗。复阻抗与电阻唯一不同的地方在于电压电流存在相位差,若没有相位差就是电阻。
传输线是由损耗的,在损耗不可忽略的时候,会造成电压电流产生相位差,从而是复阻抗。实际工程中,传输线的损耗很小,可以忽略,则传输线阻抗不会造成电压电流相位差,其瞬态阻抗是个常数,例如50欧姆传输线,75欧姆传输线等等。
阻抗匹配中,有纯电阻匹配、LC匹配两种。模拟/数字电路中,源端串联50欧电阻、终端并联50欧电阻,这类情况就是电阻匹配,源端输出阻抗极小,就可以串联50欧,终端负载极大,就可以并联50欧,从而与50欧姆的传输线保持了阻抗连续,这样源端传输的电磁场能量在终端刚好可以消耗完,即电压或电流不会发生突变,因为阻抗一直没变,电压和电流的值会一直不变,所以终端负载上测到的电压和电流也不会变。
还有一种情况是LC匹配,从史密斯圆图上很容易看出任何源端阻抗和负载端阻抗都可以用LC进行匹配,不过有个缺点,LC阻抗由于在不同的频率下阻抗大小会改变,所以只可能在一个频率点做到完全匹配,在其他频率点会失配,但是LC是不耗能元件,可以减小电路功耗。例如:传输线是50欧姆,传输的电压为50V,电流为1A,负载阻抗是20欧姆,从负载端开始串电感,然后并联电容,则可以将电压调到31.6V,电流调到1.58A,但是总能量保持不变,即传输线传输的能量等于负载端消耗的能量,因此电感电容起到的作用是将电压调小了,电流调大了,从而让负载电阻刚好消耗掉传输的能量。 如果负载是复阻抗,要想与传输线50欧阻抗完全匹配,则必须使用LC进行匹配,因为50欧姆传输电压电流是同相位的,而负载是复阻抗,它的电压电流有相位差,无法完全消耗掉同相位的电压电流,因此需要使用LC来改变电压电流的比值,来适应负载的复阻抗大小;改变电压电流的相位,来适应负载的相位。
今天特意下载了个阻抗匹配软件仿真了一下,与昨晚讲的一致:
频率为10kHz,传输线阻抗为50欧姆,负载阻抗为20欧姆,计算出匹配的电感为391.5uH,电容为389.5nF。
通过上图仿真可以看出,探针1和2的电流相等,探针3的电流比源端输出的电流增大了。
通过上图仿真可以看出,探针2的电压是探针1的电压的一半,并且没有相位差,因此达到了完全匹配,探针3的电压比探针2的电压减小了。
通过上图仿真可以看出,源端50欧串联匹配电阻消耗的功率与负载20欧姆电阻消耗的功率大小一样,唯一不同的就是存在延迟,因此LC匹配调匹配可以不消耗功率,使负载端全部吃掉源端传输过来的能量。如果负载端通过串联30欧姆电阻来进行匹配,则源端传输过来的能量大部分都被匹配电阻吃掉了。 起始点源端电阻功率增加较大,是因为启动时,匹配电感和电容初始能量为0,需要吃一部门能量,很快达到平衡后,就不需要源端提供能量了。
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