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中文名稱：阻抗 英文名稱：impedance 在具有電阻、電感和電容的電路里，對交流電所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示，是一個復數，實部稱為電阻，虛部稱為電抗，其中電容在電路中對交流電所起的阻礙作用稱為容抗 ,電感在電路中對交流電所起的阻礙作用稱為感抗，電容和電感在電路中對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，物體對電流阻礙的作用叫做電阻。除了超導體外，世界上所有的物質都有電阻，只是電阻值的大小差異而已。電阻很小的物質稱作良導體，如金屬等；電阻極大的物質稱作絕緣體，如木頭和塑料等。還有一種介于兩者之間的導體叫做半導體，而超導體則是一種電阻值等于零的物質，不過它要求在足夠低的溫度和足夠弱的磁場下，其電阻率才為零。 在直流電和交流電中，電阻對兩種電流都有阻礙作用；作為常見元器件，除了電阻還有電容和電感，這兩者對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”，就是對直流電有隔斷作用，就是直流不能通過，而交流電可以通過，而且隨著電容值的增大或者交流電的增大，電容對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”。當然，準確的說，“阻抗”應該有三個部分，除了這兩個，就是“感抗”。感抗就是電感對電流的阻礙作用，和電容不同，電感對直流電無阻礙作用（如果嚴謹的研究的話，在通電達到飽和之前的那個短暫的幾毫秒的暫態內，也是有阻礙的）對交流有阻礙作用，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，簡稱容抗及感抗。它們的計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題，具有向量上的關系式，因此才會說：阻抗是電阻與電抗在向量上的和。對于一個具體電路，阻抗不是不變的，而是隨著頻率變化而變化。在電阻、電感和電容串聯電路中，電路的阻抗一般來說比電阻大。當該串聯電路達到諧振的時候，也就是阻抗減小到最小值。在電感和電容并聯電路中，諧振的時候阻抗增加到最大值，這和串聯電路相反。
阻抗公式Z= R+j ( XL–XC)說明 負載是電阻、電感的感抗、電容的容抗三種類型的復物，復合后統稱“阻抗”，寫成數學公式即是：[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“感性負載”；反之，如果( XL –XC) < 0稱為“容性負載”。 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）在高頻設計中是一個常用的概念，是微波電子學里的一部分，主要用于傳輸線上，來達至所有高頻的微波信號皆能傳至負載點的目的，不會有信號反射回到源點，從而提升能源效益。 大體上，阻抗匹配有兩種，一種是透過改變阻抗力（lumped-circuit matching），另一種則是調整傳輸線的波長（transmissionline matching）。 要匹配一組線路，首先把負載點的阻抗值，除以傳輸線的特性阻抗值來歸一化，然后把數值劃在史密斯圖表上。 改變阻抗力 把電容或電感與負載串聯起來，即可增加或減少負載的阻抗值，在圖表上的點會沿著代表實數電阻的圓圈走動。如果把電容或電感接地，首先圖表上的點會以圖中心旋轉180度，然后才沿電阻圈走動，再沿中心旋轉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為零完成匹配。 調整傳輸線 由負載點至來源點加長傳輸線，在圖表上的圓點會沿著圖中心以逆時針方向走動，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整為零，完成匹配。 阻抗匹配則傳輸功率大，對于一個電源來講，當它的內阻等于負載時，輸出功率最大，此時阻抗匹配。最大功率傳輸定理，如果是高頻的話，就是無反射波。對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，可是如果信號波長遠遠大于電纜長度，即纜長可以忽略的話，就無須考慮阻抗匹配了。阻抗匹配是指在能量傳輸時，要求負載阻抗要和傳輸線的特征阻抗相等，此時的傳輸不會產生反射，這表明所有能量都被負載吸收了。反之則在傳輸中有能量損失。高速PCB布線時，為了防止信號的反射，要求是線路的阻抗為50歐姆。這是個大約的數字，一般規定同軸電纜基帶50歐姆，頻帶75歐姆，對絞線則為100歐姆，只是取個整而已，為了匹配方便。屏蔽箱：為無線產品提供穩定無干擾的測試環境，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，其中只有一個阻字是相同的，而另一個抗字呢？簡單地說，阻抗就是電阻加電抗，所以才叫阻抗；周延一點地說，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，物體對電流阻礙的作用叫做電阻，世界上所有的物質都有電阻，只是電阻值的大小差異而已。電阻小的物質稱作良導體，電阻很大的物質稱作非導體，而最近在高科技領域中稱的超導體，則是一種電阻值幾近于零的東西。但是在交流電的領域中則除了電阻會阻礙電流以外，電容及電感也會阻礙電流的流動，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，簡稱容抗及感抗。它們的計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題，具有向量上的關系式，因此才會說：阻抗是電阻與電抗在向量上的和。 阻抗匹配是指負載阻抗與激勵源內部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態。對于不同特性的電路，匹配條件是不一樣的。 在純電阻電路中，當負載電阻等于激勵源內阻時，則輸出功率為最大，這種工作狀態稱為匹配，否則稱為失配。 當激勵源內阻抗和負載阻抗含有電抗成份時，為使負載得到最大功率，負載阻抗與內阻必須滿足共扼關系，即電阻成份相等，電抗成份只數值相等而符號相反。這種匹配條件稱為共扼匹配。 一、阻抗匹配的研究 在高速的設計中，阻抗的匹配與否關系到信號的質量優劣。阻抗匹配的技術可以說是豐富多樣，但是在具體的系統中怎樣才能比較合理的應用，需要衡量多個方面的因素。例如我們在系統中設計中，很多采用的都是源段的串連匹配。對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：差分的匹配多數采用終端的匹配；時鐘采用源段匹配； 1．串聯終端匹配 串聯終端匹配的理論出發點是在信號源端阻抗低于傳輸線特征阻抗的條件下，在信號的源端和傳輸線之間串接一個電阻R，使源端的輸出阻抗與傳輸線的特征阻抗相匹配，抑制從負載端反射回來的信號發生再次反射。 串聯終端匹配后的信號傳輸具有以下特點： A 由于串聯匹配電阻的作用，驅動信號傳播時以其幅度的50%向負載端傳播 B 信號在負載端的反射系數接近+1，因此反射信號的幅度接近原始信號幅度的50%。 C 反射信號與源端傳播的信號疊加，使負載端接受到的信號與原始信號的幅度近似相同 D 負載端反射信號向源端傳播，到達源端后被匹配電阻吸收 E 反射信號到達源端后，源端驅動電流降為0，直到下一次信號傳輸。 相對并聯匹配來說，串聯匹配不要求信號驅動器具有很大的電流驅動能力。 選擇串聯終端匹配電阻值的原則很簡單，就是要求匹配電阻值與驅動器的輸出阻抗之和與傳輸線的特征阻抗相等。理想的信號驅動器的輸出阻抗為零，實際的驅動器總是有比較小的輸出阻抗，而且在信號的電平發生變化時，輸出阻抗可能不同。比如電源電壓為+4.5V的CMOS驅動器，在低電平時典型的輸出阻抗為37Ω，在高電平時典型的輸出阻抗為45Ω[4]；TTL驅動器和CMOS驅動一樣，其輸出阻抗會隨信號的電平大小變化而變化。因此，對TTL或CMOS 電路來說，不可能有十分正確的匹配電阻，只能折中考慮。 鏈狀拓撲結構的信號網路不適合使用串聯終端匹配，所有的負載必須接到傳輸線的末端。否則，接到傳輸線中間的負載接受到的波形就會象圖3.2.5中C點的電壓波形一樣。可以看出，有一段時間負載端信號幅度為原始信號幅度的一半。顯然這時候信號處在不定邏輯狀態，信號的噪聲容限很低。 串聯匹配是最常用的終端匹配方法。它的優點是功耗小，不會給驅動器帶來額外的直流負載，也不會在信號和地之間引入額外的阻抗；而且只需要一個電阻元件。 2．并聯終端匹配 并聯終端匹配的理論出發點是在信號源端阻抗很大的情況下，通過增加并聯電阻使負載端輸入阻抗與傳輸線的特征阻抗相匹配，達到消除負載端反射的目的。實現形式分為單電阻和雙電阻兩種形式。 并聯終端匹配后的信號傳輸具有以下特點： A 驅動信號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 負載端接受到的信號幅度與源端發送的信號幅度近似相同。 在實際的電路系統中，芯片的輸入阻抗很高，因此對單電阻形式來說，負載端的并聯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。如果信號的高電平為5V，則信號的靜態電流將達到100mA。由于典型的TTL或CMOS電路的驅動能力很小，這種單電阻的并聯匹配方式很少出現在這些電路中。 雙電阻形式的并聯匹配，也被稱作戴維南終端匹配，要求的電流驅動能力比單電阻形式小。這是因為兩電阻的并聯值與傳輸線的特征阻抗相匹配，每個電阻都比傳輸線的特征阻抗大�？紤]到芯片的驅動能力，兩個電阻值的選擇必須遵循三個原則：⑴．兩電阻的并聯值與傳輸線的特征阻抗相等 �、疲� 與電源連接的電阻值不能太小，以免信號為低電平時驅動電流過大 ⑶． 與地連接的電阻值不能太小，以免信號為高電平時驅動電流過大。 并聯終端匹配優點是簡單易行；顯而易見的缺點是會帶來直流功耗：單電阻方式的直流功耗與信號的占空比緊密相關？；雙電阻方式則無論信號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等對功耗要求高的系統。另外，單電阻方式由于驅動能力問題在一般的TTL、CMOS系統中沒有應用，而雙電阻方式需要兩個元件，這就對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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發表于 2012-9-5 18:11:47
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