什么是阻抗匹配?
为什么使用它?
什么是阻抗匹配?
为什么使用它?
任何类型的电力传输都具有典型的电压与电流比。例如,您可以在 100 伏特下通过 1 安培提供 100 瓦,或在 10 伏特下提供 10 安培,或任何其他达到 100 的产品。将伏特与安培的比率表示为欧姆数很方便(因为在尺寸上无论如何,所有欧姆都是)。电源、负载甚至传输线都具有特性阻抗,它可以告诉您将事物连接在一起时会发生什么。
阻抗匹配是选择具有相同阻抗的组件,或添加阻抗转换组件以使具有不希望阻抗的组件看起来好像具有更理想的阻抗。
正如 Brian Carlton 所指出的,当您匹配阻抗时,您可以实现最大的功率传输。这通常是可取的,但并非总是如此。要记住的是,最大功率传输是以在源和负载中消耗相等功率为代价的。
因此,例如,阻抗不匹配的情况是当您想要有效地使用来自源的能量时。0.1 ohm 的负载会从具有 0.1 ohm 内阻的电池中获得最佳功率,但一半的能量会在电池本身中消耗掉,这将相当浪费存储的能量。(更不用说终端电压会下降一半!)通过故意使用电阻比电池高得多的负载,大部分存储的能量最终会在负载中做功。
另一方面,您确实希望匹配阻抗,例如,您有一个理想地想要驱动 600 欧姆负载的音频放大器级,但您只有一个 3.2 欧姆扬声器。具有 1:N 电压比的普通变压器将方便地为您提供 1:N^2 的阻抗比。另一种常见的情况是在射频工作中,正如伏特所指出的那样,您需要最大限度地减少反射,因为反射能量会导致源中的功率耗散过大。
最大限度地向负载传输功率。
当我们想要从电源中获得最大功率时,通常是当它是信息信号时,阻抗匹配就是如何最大化负载的功率。当负载与某些阻抗(如传输线)串联时,这会成为一个问题。
在一个简单的情况下,这可以建模为一个电路,其中您有电源、一个表示电源电阻的电阻器和一个表示负载电阻的电阻器。
然后我们可以计算负载的功率为
$$P = \frac{R_LV^2}{(R_S+R_L)^2}$$
因为功率是负载电阻上的 V 压降乘以电流,负载上的 V 压降是$$\frac{R_LV}{R_S+R_L}$$即负载在总电阻中的比率电路乘以总电位变化,电流显然是$$\frac{V}{R_L+R_S}$$
当使用 1V 和 R S = 0.1 时,您可以看到当 R L = R S时 R L具有最大功率。