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阻抗匹配原理
2007-04-05 21:09
抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态, 它反映了输人电路与输出电路之间
的功率传输关系。当电路实现阻抗匹配时,将获得最大的功率传输。反之,当电
路阻抗失配时, 不但得不到最大的功率传输, 还可能对电路产生损害。 阻抗匹配
常见于各级放大电路之间、 放大器与负载之间、 测量仪器与被测电路之间、 天线
与接收机或发信机与天线之间, 等等。 例如, 扩音机的输出电路与扬声器之间必
须做到阻抗匹配, 不匹配时, 扩音机的输出功率将不能全部送至扬声器。 如果扬
声器的阻抗远小于扩音机的输出阻抗, 扩音机就处于过载状态, 其末级功率放大
管很容易损坏。 反之, 如果扬声器的阻抗高于扩音机的输出阻抗过多, 会引起输
出电压升高,同样不利于扩,音机的工作,声音还会产生失真。因此扩音机电路
的输出阻抗与扬声器的阻抗越接近越好。 又例如,无线电发信机的输出阻抗与馈
线的阻抗、 馈线与天线的阻抗也应达到一致。 如果阻抗值不一致, 发信机输出的
高频能量将不能全部由天线发射出去。这部分没有发射出去的能量会反射回来,
产生驻波, 严重时会引起馈线的绝缘层及发信机末级功放管的损坏。 为了使信号
和能量有效地传输, 必须使电路工作在阻抗匹配状态, 即信号源或功率源的内阻
等于电路的输人阻抗, 电路的输出阻抗等于负载的阻抗。 在一般的输人、 输出电
路中常含有电阻、 电容和电感元件, 由它们所组成的电路称为电抗电路, 其中只
含有电阻的电路称为纯电阻电路。 下面对纯电阻电路和电抗电路的阻抗匹配问题
分别进行简要的分析。

在中学物理电学中曾讲述这样一个问题: 把一个电阻为 R 的用电器, 接在一
个电动势为 E、内阻为 r 的电池组上 (见图 1),在什么条件下电源输出的功率最
大呢?当外电阻等于内电阻时, 电源对外电路输出的功率最大, 这就是纯电阻电
路的功率匹配。假如换成交流电路, 同样也必须满足 R=r 这个条件电路才能匹配。

电抗电路要比纯电阻电路复杂,电路中除了电阻外还有电容和电感。元件,
并工作于低频或高频交流电路。 在交流电路中, 电阻、 电容和电感对交流电的阻
碍作用叫阻抗,用字母 Z 表示。其中,电容和电感对交流电的阻碍作用,分别称
为容抗及和感抗而。 容抗和感抗的值除了与电容和电感本身大小有关之外, 还与
所工作的交流电的频率有关。值得注意的是,在电抗电路中,电阻 R,感抗而与
容抗双的值不能用简单的算术相加,而常用阻抗三角形法来计算(见图 2 )。因
而电抗电路要做到匹配比纯电阻电路要复杂一些, 除了输人和输出电路中的电阻
成分要求相等外,还要求电抗成分大小相等符号相反(共轭匹配);或者电阻成
分和电抗成分均分别相等(无反射匹配)。这里指的电抗 X 即感抗 XL 和容抗 XC
之差(仅指串联电路来讲,若并联电路
则计算更为复杂) 。满足上述条件即称为阻抗匹配, 负载即能得到最大的功率. 阻
抗匹配的关键是前级的输出阻抗与后级的输人阻抗相等。 而输人阻抗与输出阻抗
广泛存在于各级电子电路、 各类测量仪器及各种电子元器件中。 那么什么是输人
阻抗和输出阻抗呢?输人阻抗是指电路对着信号源讲的阻抗。 如图 3 所示