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中文名稱：阻抗 英文名稱：impedance 定義：在正弦電流電路中，電路的端電壓除以通過(guò)的電流。 在具有電阻、電感和電容的電路里，對(duì)交流電所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示，是一個(gè)復(fù)數(shù)，實(shí)部稱為電阻，虛部稱為電抗，其中電容在電路中對(duì)交流電所起的阻礙作用稱為容抗 ,電感在電路中對(duì)交流電所起的阻礙作用稱為感抗，電容和電感在電路中對(duì)交流電引起的阻礙作用總稱為電抗。 阻抗的單位是歐。
物理名詞 阻抗是電阻與電抗在向量上的和。
物理阻抗
在電流中
在電流中，物體對(duì)電流阻礙的作用叫做電阻。除了超導(dǎo)體外，世界上所有的物質(zhì)都有電阻，只是電阻值的大小差異而已。電阻很小的物質(zhì)稱作良導(dǎo)體，如金屬等；電阻極大的物質(zhì)稱作絕緣體，如木頭和塑料等。還有一種介于兩者之間的導(dǎo)體叫做半導(dǎo)體，而超導(dǎo)體則是一種電阻值等于零的物質(zhì)，不過(guò)它要求在足夠低的溫度和足夠弱的磁場(chǎng)下，其電阻率才為零。 在直流電和交流電中，電阻對(duì)兩種電流都有阻礙作用；作為常見(jiàn)元器件，除了電阻還有電容和電感，這兩者對(duì)交流電和直流電的作用就不像電阻那樣都有阻礙作用了。電容是“隔直通交”，就是對(duì)直流電有隔斷作用，就是直流不能通過(guò)，而交流電可以通過(guò)，而且隨著電容值的增大或者交流電的增大，電容對(duì)交流電的阻礙作用越小，這種阻礙作用可以理解為“電阻”，但是不等同于電阻，這是一種電抗的，電抗和電阻單位一樣，合稱“阻抗”。當(dāng)然，準(zhǔn)確的說(shuō)，“阻抗”應(yīng)該有三個(gè)部分，除了這兩個(gè)，就是“感抗”。感抗就是電感對(duì)電流的阻礙作用，和電容不同，電感對(duì)直流電無(wú)阻礙作用（如果嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯康脑挘谕娺_(dá)到飽和之前的那個(gè)短暫的幾毫秒的暫態(tài)內(nèi)，也是有阻礙的）對(duì)交流有阻礙作用，感抗的單位和容抗以及電阻的單位都一樣是歐姆。 電容及電感的電抗分別稱作電容抗及電感抗，簡(jiǎn)稱容抗及感抗。它們的計(jì)量單位與電阻一樣是歐姆，而其值的大小則和交流電的頻率有關(guān)系，頻率愈高則容抗愈小感抗愈大，頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。此外電容抗和電感抗還有相位角度的問(wèn)題，具有向量上的關(guān)系式，因此才會(huì)說(shuō)：阻抗是電阻與電抗在向量上的和。對(duì)于一個(gè)具體電路，阻抗不是不變的，而是隨著頻率變化而變化。在電阻、電感和電容串聯(lián)電路中，電路的阻抗一般來(lái)說(shuō)比電阻大。當(dāng)該串聯(lián)電路達(dá)到諧振的時(shí)候，也就是阻抗減小到最小值。在電感和電容并聯(lián)電路中，諧振的時(shí)候阻抗增加到最大值，這和串聯(lián)電路相反。
阻抗公式Z= R+j ( XL–XC)說(shuō)明 負(fù)載是電阻、電感的感抗、電容的容抗三種類型的復(fù)物，復(fù)合后統(tǒng)稱“阻抗”，寫(xiě)成數(shù)學(xué)公式即是：[1阻抗Z= R+j ( XL –XC) 。其中R為電阻，XL為感抗，XC為容抗。如果( XL–XC) > 0，稱為“感性負(fù)載”；反之，如果( XL –XC) < 0稱為“容性負(fù)載”。 物理阻抗匹配
什么是阻抗匹配以及為什么要阻抗匹配 阻抗匹配（Impedance matching）在高頻設(shè)計(jì)中是一個(gè)常用的概念，是微波電子學(xué)里的一部分，主要用于傳輸線上，來(lái)達(dá)至所有高頻的微波信號(hào)皆能傳至負(fù)載點(diǎn)的目的，不會(huì)有信號(hào)反射回到源點(diǎn)，從而提升能源效益。 大體上，阻抗匹配有兩種，一種是透過(guò)改變阻抗力（lumped-circuit matching），另一種則是調(diào)整傳輸線的波長(zhǎng)（transmissionline matching）。 要匹配一組線路，首先把負(fù)載點(diǎn)的阻抗值，除以傳輸線的特性阻抗值來(lái)歸一化，然后把數(shù)值劃在史密斯圖表上。 改變阻抗力 把電容或電感與負(fù)載串聯(lián)起來(lái)，即可增加或減少負(fù)載的阻抗值，在圖表上的點(diǎn)會(huì)沿著代表實(shí)數(shù)電阻的圓圈走動(dòng)。如果把電容或電感接地，首先圖表上的點(diǎn)會(huì)以圖中心旋轉(zhuǎn)180度，然后才沿電阻圈走動(dòng)，再沿中心旋轉(zhuǎn)180度。重覆以上方法直至電阻值變成1，即可直接把阻抗力變?yōu)榱阃瓿善ヅ洹?/strong> 調(diào)整傳輸線 由負(fù)載點(diǎn)至來(lái)源點(diǎn)加長(zhǎng)傳輸線，在圖表上的圓點(diǎn)會(huì)沿著圖中心以逆時(shí)針?lè)较蜃邉?dòng)，直至走到電阻值為1的圓圈上，即可加電容或電感把阻抗力調(diào)整為零，完成匹配。 阻抗匹配則傳輸功率大，對(duì)于一個(gè)電源來(lái)講，當(dāng)它的內(nèi)阻等于負(fù)載時(shí)，輸出功率最大，此時(shí)阻抗匹配。最大功率傳輸定理，如果是高頻的話，就是無(wú)反射波。對(duì)于普通的寬頻放大器，輸出阻抗50Ω，功率傳輸電路中需要考慮阻抗匹配，可是如果信號(hào)波長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電纜長(zhǎng)度，即纜長(zhǎng)可以忽略的話，就無(wú)須考慮阻抗匹配了。阻抗匹配是指在能量傳輸時(shí)，要求負(fù)載阻抗要和傳輸線的特征阻抗相等，此時(shí)的傳輸不會(huì)產(chǎn)生反射，這表明所有能量都被負(fù)載吸收了。反之則在傳輸中有能量損失。高速PCB布線時(shí)，為了防止信號(hào)的反射，要求是線路的阻抗為50歐姆。這是個(gè)大約的數(shù)字，一般規(guī)定同軸電纜基帶50歐姆，頻帶75歐姆，對(duì)絞線則為100歐姆，只是取個(gè)整而已，為了匹配方便。屏蔽箱：為無(wú)線產(chǎn)品提供穩(wěn)定無(wú)干擾的測(cè)試環(huán)境，一般情況下同軸電纜在屏蔽箱上面用的比較多！這些可參考資料 阻抗從字面上看就與電阻不一樣，其中只有一個(gè)阻字是相同的，而另一個(gè)抗字呢？簡(jiǎn)單地說(shuō)，阻抗就是電阻加電抗，所以才叫阻抗；周延一點(diǎn)地說(shuō)，阻抗就是電阻、電容抗及電感抗在向量上的和。在直流電的世界中，物體對(duì)電流阻礙的作用叫做電阻，世界上所有的物質(zhì)都有電阻，只是電阻值的大小差異而已。電阻小的物質(zhì)稱作良導(dǎo)體，電阻很大的物質(zhì)稱作非導(dǎo)體，而最近在高科技領(lǐng)域中稱的超導(dǎo)體，則是一種電阻值幾近于零的東西。但是在交流電的領(lǐng)域中則除了電阻會(huì)阻礙電流以外，電容及電感也會(huì)阻礙電流的流動(dòng)，這種作用就稱之為電抗，意即抵抗電流的作用。電容及電感的電抗分別稱作電容抗及電感抗，簡(jiǎn)稱容抗及感抗。它們的計(jì)量單位與電阻一樣是歐姆，而其值的大小則和交流電的頻率有關(guān)系，頻率愈高則容抗愈小感抗愈大，頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。此外電容抗和電感抗還有相位角度的問(wèn)題，具有向量上的關(guān)系式，因此才會(huì)說(shuō)：阻抗是電阻與電抗在向量上的和。 阻抗匹配是指負(fù)載阻抗與激勵(lì)源內(nèi)部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。對(duì)于不同特性的電路，匹配條件是不一樣的。 在純電阻電路中，當(dāng)負(fù)載電阻等于激勵(lì)源內(nèi)阻時(shí)，則輸出功率為最大，這種工作狀態(tài)稱為匹配，否則稱為失配。 當(dāng)激勵(lì)源內(nèi)阻抗和負(fù)載阻抗含有電抗成份時(shí)，為使負(fù)載得到最大功率，負(fù)載阻抗與內(nèi)阻必須滿足共扼關(guān)系，即電阻成份相等，電抗成份只數(shù)值相等而符號(hào)相反。這種匹配條件稱為共扼匹配。 一、阻抗匹配的研究 在高速的設(shè)計(jì)中，阻抗的匹配與否關(guān)系到信號(hào)的質(zhì)量?jī)?yōu)劣。阻抗匹配的技術(shù)可以說(shuō)是豐富多樣，但是在具體的系統(tǒng)中怎樣才能比較合理的應(yīng)用，需要衡量多個(gè)方面的因素。例如我們?cè)谙到y(tǒng)中設(shè)計(jì)中，很多采用的都是源段的串連匹配。對(duì)于什么情況下需要匹配，采用什么方式的匹配，為什么采用這種方式。 例如：差分的匹配多數(shù)采用終端的匹配；時(shí)鐘采用源段匹配； 1．串聯(lián)終端匹配 串聯(lián)終端匹配的理論出發(fā)點(diǎn)是在信號(hào)源端阻抗低于傳輸線特征阻抗的條件下，在信號(hào)的源端和傳輸線之間串接一個(gè)電阻R，使源端的輸出阻抗與傳輸線的特征阻抗相匹配，抑制從負(fù)載端反射回來(lái)的信號(hào)發(fā)生再次反射。 串聯(lián)終端匹配后的信號(hào)傳輸具有以下特點(diǎn)： A 由于串聯(lián)匹配電阻的作用，驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳播時(shí)以其幅度的50%向負(fù)載端傳播 B 信號(hào)在負(fù)載端的反射系數(shù)接近+1，因此反射信號(hào)的幅度接近原始信號(hào)幅度的50%。 C 反射信號(hào)與源端傳播的信號(hào)疊加，使負(fù)載端接受到的信號(hào)與原始信號(hào)的幅度近似相同 D 負(fù)載端反射信號(hào)向源端傳播，到達(dá)源端后被匹配電阻吸收 E 反射信號(hào)到達(dá)源端后，源端驅(qū)動(dòng)電流降為0，直到下一次信號(hào)傳輸。 相對(duì)并聯(lián)匹配來(lái)說(shuō)，串聯(lián)匹配不要求信號(hào)驅(qū)動(dòng)器具有很大的電流驅(qū)動(dòng)能力。 選擇串聯(lián)終端匹配電阻值的原則很簡(jiǎn)單，就是要求匹配電阻值與驅(qū)動(dòng)器的輸出阻抗之和與傳輸線的特征阻抗相等。理想的信號(hào)驅(qū)動(dòng)器的輸出阻抗為零，實(shí)際的驅(qū)動(dòng)器總是有比較小的輸出阻抗，而且在信號(hào)的電平發(fā)生變化時(shí)，輸出阻抗可能不同。比如電源電壓為+4.5V的CMOS驅(qū)動(dòng)器，在低電平時(shí)典型的輸出阻抗為37Ω，在高電平時(shí)典型的輸出阻抗為45Ω[4]；TTL驅(qū)動(dòng)器和CMOS驅(qū)動(dòng)一樣，其輸出阻抗會(huì)隨信號(hào)的電平大小變化而變化。因此，對(duì)TTL或CMOS 電路來(lái)說(shuō)，不可能有十分正確的匹配電阻，只能折中考慮。 鏈狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的信號(hào)網(wǎng)路不適合使用串聯(lián)終端匹配，所有的負(fù)載必須接到傳輸線的末端。否則，接到傳輸線中間的負(fù)載接受到的波形就會(huì)象圖3.2.5中C點(diǎn)的電壓波形一樣。可以看出，有一段時(shí)間負(fù)載端信號(hào)幅度為原始信號(hào)幅度的一半。顯然這時(shí)候信號(hào)處在不定邏輯狀態(tài)，信號(hào)的噪聲容限很低。 串聯(lián)匹配是最常用的終端匹配方法。它的優(yōu)點(diǎn)是功耗小，不會(huì)給驅(qū)動(dòng)器帶來(lái)額外的直流負(fù)載，也不會(huì)在信號(hào)和地之間引入額外的阻抗；而且只需要一個(gè)電阻元件。 2．并聯(lián)終端匹配 并聯(lián)終端匹配的理論出發(fā)點(diǎn)是在信號(hào)源端阻抗很大的情況下，通過(guò)增加并聯(lián)電阻使負(fù)載端輸入阻抗與傳輸線的特征阻抗相匹配，達(dá)到消除負(fù)載端反射的目的。實(shí)現(xiàn)形式分為單電阻和雙電阻兩種形式。 并聯(lián)終端匹配后的信號(hào)傳輸具有以下特點(diǎn)： A 驅(qū)動(dòng)信號(hào)近似以滿幅度沿傳輸線傳播 B 所有的反射都被匹配電阻吸收 C 負(fù)載端接受到的信號(hào)幅度與源端發(fā)送的信號(hào)幅度近似相同。 在實(shí)際的電路系統(tǒng)中，芯片的輸入阻抗很高，因此對(duì)單電阻形式來(lái)說(shuō)，負(fù)載端的并聯(lián)電阻值必須與傳輸線的特征阻抗相近或相等。假定傳輸線的特征阻抗為50Ω，則R值為50Ω。如果信號(hào)的高電平為5V，則信號(hào)的靜態(tài)電流將達(dá)到100mA。由于典型的TTL或CMOS電路的驅(qū)動(dòng)能力很小，這種單電阻的并聯(lián)匹配方式很少出現(xiàn)在這些電路中。 雙電阻形式的并聯(lián)匹配，也被稱作戴維南終端匹配，要求的電流驅(qū)動(dòng)能力比單電阻形式小。這是因?yàn)閮呻娮璧牟⒙?lián)值與傳輸線的特征阻抗相匹配，每個(gè)電阻都比傳輸線的特征阻抗大。考慮到芯片的驅(qū)動(dòng)能力，兩個(gè)電阻值的選擇必須遵循三個(gè)原則：⑴．兩電阻的并聯(lián)值與傳輸線的特征阻抗相等 ⑵． 與電源連接的電阻值不能太小，以免信號(hào)為低電平時(shí)驅(qū)動(dòng)電流過(guò)大 ⑶． 與地連接的電阻值不能太小，以免信號(hào)為高電平時(shí)驅(qū)動(dòng)電流過(guò)大。 并聯(lián)終端匹配優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行；顯而易見(jiàn)的缺點(diǎn)是會(huì)帶來(lái)直流功耗：?jiǎn)坞娮璺绞降闹绷鞴呐c信號(hào)的占空比緊密相關(guān)？；雙電阻方式則無(wú)論信號(hào)是高電平還是低電平都有直流功耗。因而不適用于電池供電系統(tǒng)等對(duì)功耗要求高的系統(tǒng)。另外，單電阻方式由于驅(qū)動(dòng)能力問(wèn)題在一般的TTL、CMOS系統(tǒng)中沒(méi)有應(yīng)用，而雙電阻方式需要兩個(gè)元件，這就對(duì)PCB的板面積提出了要求，因此不適合用于高密度印刷電路板。 當(dāng)然還有：AC終端匹配；基于二極管的電壓鉗位等匹配方式。
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發(fā)表于 2012-9-5 18:11:47
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