什么是阻抗匹配

发表于 2017-2-8 15:24

声纳发射机和换能器之间要阻抗匹配，说是什么换能器不一定都是纯阻性，阻抗匹配了就提高信号传输接收的效率，同时也在好多地方听到阻抗匹配，可以用很通俗的语言解释什么是阻抗匹配吗？

发表于 2017-2-8 17:05

本帖最后由 xmar 于 2017-2-8 17:38 编辑

百度一下就知道了。但最好还是找本《电路原理》看看。
简单来说，负载希望从输出源获得最大功率的条件是负载阻抗与源内阻抗共轭相等。特别注意：阻抗匹配不是负载获得最大的传输效率的条件！

发表于 2017-2-9 09:33

xmar 发表于 2017-2-8 17:05
百度一下就知道了。但最好还是找本《电路原理》看看。
简单来说，负载希望从输出源获得最大功率的条件是负 ...

你好，谢谢你的回答，我有追问如下
（1）发射源内阻抗是指发射源的输出阻抗？
（2）源内阻抗相当于电源内阻，一般不会变，但是负载在实时变化，那么负载阻抗怎么可能一直与电源内阻抗
相等
（3）负载获得最大传输效率的条件是什么呢？

发表于 2017-2-9 11:06

阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。阻抗匹配分为低频和高频两种情况讨论。
低频：当负载电阻跟信号源内阻相等时，负载可获得最大输出功率，这就是我们常说的阻抗匹配之一。对于纯电阻电路，此结论同样适用于低频电路及高频电路。当交流电路中含有容性或感性阻抗时，结论有所改变，就是需要信号源与负载阻抗的的实部相等，虚部互为相反数，这叫做共扼匹配。
在高频电路中，如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不相等（即不匹配）时，在负载端就会产生反射。为了不产生反射，负载阻抗跟传输线的特征阻抗应该相等，这就是传输线的阻抗匹配

发表于 2017-2-9 12:31

要理解阻抗，最好以电磁场和电磁波为基础理解，从电磁场引申到传输线电报方程，传输线电报方程详细推导了阻抗的定义和特性。
我的理解，电荷的运动产生的交变的电磁场，以微带传输线为例，电路教科书上一般以电路的方式进行教学，但是本质上是电场和磁场的交替变化推动电磁波的能量沿着传输线传输。
电场能量对应电路表达式是P电场=1/2*C*U^2(这个好理解）；磁场对应的能量P磁场=1/2*L*I^2，只有在电场能量和磁场能量相等的时候，电磁波才能无反射沿着传输线传输，特性阻抗依旧定义为R=U/I, 1/2*C*U^2=1/2*L*I^2，得出R=(L/C)^(1/2)。即针对某一个信号源或负载阻抗（一般定义为50欧），只有当传输线的R=(L/C)^(1/2)=50的时候，才能保证信号经过传输线到负载无反射，即能量无损耗传输到负载。传输线的等效L和等效C只和传输线的物理特性有关。
可以从更高层面的中国哲学抽象来理解，电场为阴、磁场为阳；静生阴，动生阳。电场能量等于磁场能量理解为阴阳平衡，阴阳平衡才能生生不息。而满足阴阳平衡就要求R=(L/C)^1/2=50欧姆（假设信号源和负载阻抗都是50欧姆）。

发表于 2017-2-9 12:33

为了理解阻抗的概念，大学物理学的电磁学是基础，传输线电报方程要自己充分理解和推导，从传输线电报方程衍生出很多射频指标，
比如反射系数，电压驻波比、回波损耗的概念。

发表于 2017-2-9 14:17

山人1976 发表于 2017-2-9 12:31
要理解阻抗，最好以电磁场和电磁波为基础理解，从电磁场引申到传输线电报方程，传输线电报方程详细推导了阻 ...

谢谢你的回答，我有以下追问，
如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不匹配时，发给负载的信号就会有的反射回到电源
这是为什么？什么导致了能量传输阻碍？

发表于 2017-2-9 15:10

阻抗匹配状态是传输线的特殊状态，需要探索传输线方程一般状态的瞬态过程。

建议看孔金鸥的的大作《电磁波理论》，很烧脑的电磁学著作。
从麦克斯韦方程组，得出自由空间的电磁波传输方程以及推导出电磁波的传播速度Vp=(LC)^(-1/2),即根号LC分之一，即等于光速，由此麦克斯韦得出电磁波速度等于光速。
看第二章传输线，以自由空间电磁波波动方程为基础，将电场强度E和电压U对应起来；磁场强度H和电流I对应起来，很方便得把基于传输线的电磁场波动方程转换为以电路方式描述的关于U和I的波动方程。传输线波动方程就包括U、I和电容C、电感L这四个参数。
重点研究2.2传输线上的瞬态过程这一章节，由传输线波动方程导出二阶偏微分方程，二阶偏微分方程的通解包括2个部分，物理意义就是入射波和反射波。
下面例题2.2.1详细分析了传输线瞬态的一般过程，负载RL和传输线阻抗R不相等不匹配的一般过程。反射的产生是因为要满足负载U=RL*I这个边界条件，具体看这个例题，这里面过程弄清楚了，阻抗概念就清楚了，反射系数什么的都清楚了。

发表于 2017-2-9 15:18

国内的关于电磁场和波的教学和视频推荐看西电梁昌洪的，主要还是看国外电磁学大师的著作吧。
能够从原理上讲述得很清楚，数学基础和物理学中的电磁学确实是工科电类的“道”，还是值得花精力把基本概念和原理弄清楚的。

发表于 2017-2-9 15:27

简单一点的感性理解可以举个例子：
      打沙袋，男人、女人、小孩因为重量体积力量不同，如果感觉顺手的话，沙袋的重量要求也不一样。
      男人肯定是重的沙袋顺手，顺手什么意思呢？就是你的力量发挥出来了，而且力没反弹，可以理解为阻抗匹配了；女人和小孩肯定要轻的沙袋才顺手。
      如果沙袋过重的话，不但打不动，而且会反弹力伤人；如果过于轻的话，力气发挥不出来。就类似于阻抗不匹配了。
      男人和女人以及小孩的物理特质也不同，体积、重量、密度、力量。你可以把这些属性理解为特性阻抗。

发表于 2017-2-9 15:29

男人和女人以及小孩的物理特质也不同，体积、重量、密度、力量。你可以把这些属性的组合理解为特性阻抗。即只和物理属性有关。
怎么表达未必就恰与其份，借助感性和常识来帮助理解。

发表于 2017-2-9 15:33

更正，自由空间电磁波传输速度是根号u*e分之一。不是根号LC分之一，传输线中是根号LC分之一。

发表于 2017-2-9 22:12

其实可以做一个类比，或者原理非常相近。就是把电流想象成光线。
光在从一种材料出射到另外一种材料时会发生：反射、透射（折射）。如果两种材料的折射率（电阻）一致，则基本没有反射（回波）如果不一致，则一定会产生反射。

发表于 2017-2-9 22:13

其实可以做一个类比，或者原理非常相近。就是把电信号想象成光线。（其实都是电磁波）
光在从一种材料出射到另外一种材料时会发生：反射、透射（折射）。如果两种材料的折射率（电阻）一致，则基本没有反射（回波）如果不一致，则一定会产生反射。

发表于 2017-2-10 10:28

shaorc 发表于 2017-2-9 09:33
你好，谢谢你的回答，我有追问如下
（1）发射源内阻抗是指发射源的输出阻抗？
（2）源内阻抗相当于电源内 ...

（1）发射源内阻抗是指发射源的输出阻抗。正确。
（2）源内阻抗相当于电源内阻，一般不会变，负载阻抗一般不也不会变，那么负载阻抗就有可能一直与电源内阻抗相等。
（3）对于输出是电压源，其内阻抗（r）、负载阻抗（R）都是纯电阻的特例，负载获得功率的输效率是：R/(R+r). 因此，最大效率是内阻为r=0或者R趋于无穷大。

发表于 2017-2-10 13:42

xmar 发表于 2017-2-10 10:28
（1）发射源内阻抗是指发射源的输出阻抗。正确。
（2）源内阻抗相当于电源内阻，一般不会变，负载阻抗一 ...

首先谢谢，还是有些不懂
电源内阻不变好理解，但是负载一般也不会变，这个是这样吗？
我现在是水声发射机，那么可以这么认为吗？发射机就相当于电源，换能器相当于负载，
发射机的输出阻抗就相当于是电源内阻，换能器的阻抗相当于负载阻抗？

顺便提问一句，一般都说从输出看进去的阻抗就是输出阻抗，从输入端看进去就是输入阻抗
那么怎么定义输出输入阻抗呢？从输出端看进去的阻抗，也包括输入端的阻抗啊？
希望回复一下

发表于 2017-2-10 14:03

shaorc 发表于 2017-2-10 13:42
首先谢谢，还是有些不懂
电源内阻不变好理解，但是负载一般也不会变，这个是这样吗？
我现在是水声发射机 ...

负载阻抗一般也不会变。比如换能器阻抗一般不会变。
发射机的输出阻抗就相当于是电源内阻，换能器的阻抗相当于负载阻抗。

一般都说从输出看进去的阻抗就是输出阻抗，从输入端看进去就是输入阻抗
定义输出阻抗是没有连接后面负载时定义的。同理，定义输入阻抗时没有连接前面的输出源。

发表于 2017-2-10 14:28

xmar 发表于 2017-2-10 14:03
负载阻抗一般也不会变。比如换能器阻抗一般不会变。
发射机的输出阻抗就相当于是电源内阻，换能器的阻抗 ...

负载阻抗不变可以理解了
但是我总觉得既然在同一个系统中，为什么还有输入阻抗和输出阻抗，都说了什么都不接
那么无论从输入看进去还是从输出看进去，那阻抗不都一样吗？
这个可以举例说的通俗一些吗？谢谢

发表于 2017-2-10 15:07

例如，新电池与旧电池，都没有接负载，开路（无负载）时，输出电压基本相等，可电池内阻不同：新电池内阻小，旧电池内阻大；接上负载，负载电压就不同了。新的高、旧的低。是不是用电源内阻就描述了电池的性能。

发表于 2017-2-10 16:20

xmar 发表于 2017-2-10 15:07
例如，新电池与旧电池，都没有接负载，开路（无负载）时，输出电压基本相等，可电池内阻不同：新电池内阻小 ...

谢谢，
你的意思是说新电池和旧电池在不接负载时，由于内阻有大有小，所以这个时候的内阻就是输出阻抗了？
那还没有解释输入阻抗啊，难道输入阻抗是前级输出端的输出阻抗？
那我的发射机做好了以后内阻就确定了，所街的换能器就是负载也不会变，如果这两者一开始你就不相等
如何匹配？难道要修改发射机设计和参数，以达到发射机输出阻抗等于负载阻抗？

[电路分析] 什么是阻抗匹配

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