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阻抗变换与匹配,在集总元件低频电路中,负载阻抗与信源内阻抗的特定配合关系称为阻抗匹配。存在两种匹配条件:①负载阻抗等于信源内阻抗,这时信源输出电压可无失真地传输到负载。②负载阻抗等于信源内阻抗的共轭值,即它们的模相等而幅角之和为零,此时在负载上可获得最大功率,称为共轭匹配。若信源阻抗和负载阻抗均为纯电阻(实阻抗),则这两种匹配条件相同。
原则上以上的阻抗匹配条件也适用于微波电路,但在微波电路中信号源与负载之间通常以传输线或波导连接,信号通过传输线或波导的传输用波描述更为确切,电压只具有等效的意义。这时需解决负载与传输线的匹配,使传输线上的信号无反射地传输到负载;也需解决信号源与连有负载的传输线的阻抗匹配问题,使信号源传送最大功率给负载。在传输线两端的连接处,阻抗匹配的解决要依靠阻抗匹配网络,也称为阻抗变换器。 阻抗匹配网络为二端网络,为由集总元件构成的低频网络,或由传输线或波导构成的微波网络,用以连接它两端具有不同阻抗的传输线段或电路元件,以实现从一端到另一端的最佳信号传输。这是在无源或有源电路中使用得最多的一种电路元件。 以阻抗为ZL的负载与特性阻抗(实)为Z0的传输线之间的匹配连接为例,为实现传输线上的功率无反射地传送到负载,要使用阻抗变换器将传输线负载端的阻抗从ZL变换为Z0。最简单的变换方法是使用与传输线并联或串联的终端短路或开路的传输线短截线,在无耗情况下它们的阻抗为电抗性,借助于阻抗圆图找到接入位置和截线长度,可在设定的频率点实现负载与传输线的匹配。使用多个短截线并利用计算机辅助设计可实现一定频带宽度内的阻抗匹配。 当负载阻抗为电阻性,可使用1/4波长阻抗变换技术实现负载与传输线的实特性阻抗的匹配。由于变换段的电长度随频率变化,1/4波长阻抗变换技术仅能在中心频率附近很小的频率范围内实现阻抗匹配。当要求在宽频率范围内的阻抗匹配,必须使用多级1/4波长阻抗变换,相继的变换段的特性阻抗只有小的改变。反射系数按二项式展开规律变化的,可获得最平缓的通带特性,称为二项式阻抗变换器。反射系数按切比雪夫多项式规律变化的则得到等波纹的通带特性和大得多的带宽,称为切比雪夫阻抗变换器。以阻抗缓慢变化的连续渐变段也可实现宽频带的阻抗变换。最常用的为阻抗按指数律变化的渐变式变换器。当切比雪夫阻抗变换器的段数无限增加而变换器的总长固定,这种变换器对于固定的变换器长度得到幅度最小的等波纹通带特性,为渐变式阻抗变换器的最佳设计。
阻抗是电感电路特有的交流电阻,是直流电阻和感抗的矢量和。 变压器中: 1.直流电阻的大小与线圈的导线材料、直径、长度有关。 2.感抗的大小与线圈的磁通量、磁场变化频率、线圈匝数有关;当磁通量和磁场变化...
电容传声器阻抗变换器的设计
电容传声器几乎是所有各类传声器中规格品种最多的。介绍了各类电容传声器阻抗变换器的线路原理,包括最简单的ECM阻抗变换器,JFET设计的共漏、共源阻抗变换器,电子管阻抗变换器,RF射频阻抗变换器等,特别介绍了目前在很多国外电容传声器阻抗变换器设计中出现的新设计:变形的跟随器设计。
1/4波长阻抗变换器的分析
1/4 波长阻抗变换器的分析 摘要:阻抗匹配网络已经成为射频微波电路中的重要组成部分,主要是由于匹 配使得电路中的反射电压波变少, 从而损耗减少。同时,匹配网络对器件的增益, 噪声,输出功率还有着重要的影响。 在微波传输系统,它关系到系统的传输效率、 功率容量与工作稳定性, 关系到微波测量的系统误差和测量精度, 以及微波元器 件的质量等一系列问题。本文讨论了传输线的阻抗匹配方法,并着重分析了 4 阻抗变换器,并举例说明了多节 4阻抗变换器的优点。 关键字:阻抗匹配 ; 匹配网络;匹配方法,阻抗变换器 1引言 传输理论指出,通常情况下,传输线传输的电压或电流是由该点的入射波和 反射波叠加而成的,或者说是由行波和驻波叠加而成的。 在由信号源及负载组成的微波系统中, 如果传输线和负载不匹配, 传输线上 将形成驻波。有了驻波一方面使传输线功率容量降低, 另一方面会增加传输线的 衰减。如果信号源和传
在信号源给定的情况下,输出功率取决于负载电阻与信号源内阻之比K,当两者相等,即K=1时,输出功率最大。阻抗匹配的概念可以推广到交流电路,当负载阻抗与信号源阻抗共轭时,能够实现功率的最大传输,如果负载阻抗不满足共轭匹配的条件,就要在负载和信号源之间加一个阻抗变换网络,将负载阻抗变换为信号源阻抗的共轭,实现阻抗匹配。
阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态,它反映了输入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.
为使其阻抗匹配,需采用阻抗变换器进行匹配。常用的同轴线阻抗变换器有直线渐变式和阶梯式两种。
使入端阻抗与出端阻抗形成一定关系的二端口网络。1954年J.G.林维尔把负阻抗变换器用于有源滤波器并建立了有关理论。
随着集成电路技术的进步,使用集成运算放大器构成阻抗变换器,已成为有源滤波器设计的基该方法。
阻抗变换器可分为广义阻抗变换器 (GIC)和广义阻抗倒量器(GII)两种。
设在理想变压器的次级接阻抗Z,如图示,则因有;故得原边的输入阻抗为
于是可得原边等效电路如图7-6-3(b)所示。从式(7-6-4)看出:(1) n≠1时,Z0≠Z,这说明理想变压器具有阻抗变换作用。n;1时,Z0;Z; n<1时,Z0<Z。
p;图7-6-3理想变压器的阻抗变换作用(2)由于n为大于零的实常数,故Z0与Z的性质全同,即次级的R,L,C,变换到初级相应为R/n2,L/n2,n2C。(3)阻抗变换与同名端无关。(4)当Z=0时,则Z0=0,即当次级短路时,相当与初级也短路。(5) Z=∞时,则Z0=∞,即当次级开路时,相当与初级开路。 (6)阻抗变换具有可逆性,即也可将原边的阻抗Z变换到副边,如图7-6-4所示。但要注意此时副边的等效阻抗为Z0=n2Z。
图7-6-4阻抗变换作用的可逆性 (7)阻抗在某一边是串联(并联),则变换到另一边也是串联(并联),如图7-6-5所示。
;图7-6-5理想变压器阻抗变换作用的性质由以上的全部叙述可见,理想变压器既能变换电压和电流,也能变换阻抗,因此,人们更确切地称它为变量器。
在电子线路中,常利用理想变压器的阻抗变换作用来实现阻抗匹配,使负载获得最大功率。