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。常用Z來表示，它的值由交流電的頻率、電阻R、電感L、電容C相互作用來決定。由此可見，一個(gè)具體的電路，其阻抗是隨時(shí)變化的，它會(huì)隨著電流頻率的改變而改變。

 

阻抗匹配指通過調(diào)整輸入阻抗和輸出阻抗來使得電子器件滿足一定條件，通常該條件是使得系統(tǒng)傳輸功率最大或者使得信號(hào)反射最小。例如，在無線傳輸系統(tǒng)中需要匹配射頻發(fā)射設(shè)備和接受天線的阻抗以此來實(shí)現(xiàn)傳輸功率最大化。

 

 

二、輸入阻抗

簡(jiǎn)單來說，輸入阻抗就是電路輸入端的等效阻抗。想象一下，你在電路的輸入端加了一個(gè)電壓源 U ，然后測(cè)量輸入端的電流 I ，那么輸入阻抗 Rin就是 U/I 。你可以把輸入端想象成一個(gè)電阻的兩端，這個(gè)電阻的阻值，就是輸入阻抗

輸入阻抗的作用，其實(shí)和普通的電阻、電容、電感等元件類似，它反映了電路對(duì)電流的阻礙作用。不過，它在電路中的作用可比普通元件復(fù)雜得多。

（一）電壓驅(qū)動(dòng)電路：輸入阻抗越大越好對(duì)于電壓驅(qū)動(dòng)的電路，輸入阻抗越大，對(duì)電壓源的負(fù)載就越輕。這意味著電壓源可以更輕松地驅(qū)動(dòng)電路，而不會(huì)因?yàn)樨?fù)載過重而“力不從心”。而且，輸入阻抗大還有一個(gè)好處，就是不會(huì)對(duì)信號(hào)源產(chǎn)生太大影響。比如，當(dāng)你用一個(gè)信號(hào)發(fā)生器給電路輸入信號(hào)時(shí)，如果電路的輸入阻抗很大，信號(hào)發(fā)生器就不會(huì)因?yàn)樨?fù)載過重而改變輸出信號(hào)的形狀，信號(hào)傳輸就更穩(wěn)定。

（二）電流驅(qū)動(dòng)電路：輸入阻抗越小越好如果是電流驅(qū)動(dòng)型的電路，情況就完全相反了。輸入阻抗越小，對(duì)電流源的負(fù)載就越輕。因?yàn)殡娏髟吹奶攸c(diǎn)是輸出電流恒定，如果輸入阻抗太大，電流源就需要“費(fèi)力”地推動(dòng)電流通過電路，這不僅會(huì)增加功耗，還可能影響電路的性能。

 

三、輸出阻抗

在電子電路的世界里，輸出阻抗是一個(gè)既熟悉又容易被忽視的概念。無論是信號(hào)源、放大器還是電源，它們都有輸出阻抗的問題。今天，就讓我們一起深入了解輸出阻抗，看看它在電路設(shè)計(jì)中到底扮演了怎樣的角色。

輸出阻抗：理想與現(xiàn)實(shí)的差距

首先，我們需要明確一個(gè)概念：輸出阻抗本質(zhì)上就是一個(gè)信號(hào)源的內(nèi)阻。對(duì)于一個(gè)理想的電壓源（包括電源），它的內(nèi)阻應(yīng)該是0，這意味著它能夠完美地輸出恒定的電壓，不受負(fù)載的影響。同樣，理想的電流源的輸出阻抗應(yīng)該是無窮大，這樣它就能完美地輸出恒定的電流，不受電壓變化的影響。然而，現(xiàn)實(shí)中的電壓源和電流源都無法達(dá)到這樣的理想狀態(tài)。

實(shí)際電壓源的等效模型

在實(shí)際電路中，我們通常用一個(gè)理想電壓源串聯(lián)一個(gè)電阻r的方式來等效一個(gè)實(shí)際的電壓源。這個(gè)串聯(lián)的電阻r，就是信號(hào)源、放大器輸出或電源的內(nèi)阻。當(dāng)這個(gè)電壓源給負(fù)載供電時(shí)，電流I會(huì)從負(fù)載流過，并在這個(gè)內(nèi)阻r上產(chǎn)生V=Ir的電壓降。這個(gè)電壓降會(huì)導(dǎo)致電源輸出電壓的下降，從而限制了最大輸出功率。

輸出阻抗的影響

輸出阻抗的存在，意味著信號(hào)源或電源在給負(fù)載供電時(shí)，無法完全按照理想狀態(tài)工作。電壓源的輸出電壓會(huì)因?yàn)閮?nèi)阻上的電壓降而降低，而電流源的輸出電流也會(huì)因?yàn)閮?nèi)阻的存在而受到限制。這種現(xiàn)象在實(shí)際電路中非常常見，尤其是在對(duì)電源或信號(hào)源的性能要求較高的場(chǎng)合。

 

 

四、為什么要阻抗匹配？

1. 阻抗匹配作用

最大功率傳輸：對(duì)信號(hào)源和負(fù)載進(jìn)行阻抗匹配，可以實(shí)現(xiàn)傳輸功率最大化，提高能量轉(zhuǎn)換性能；

最小反射損耗：匹配阻抗可以減少信號(hào)在電路中的反射，提高信號(hào)質(zhì)量和傳輸效率；

優(yōu)化系統(tǒng)性能：阻抗匹配可以確保信號(hào)在系統(tǒng)中的穩(wěn)定傳輸，避免信號(hào)失真和性能下降。阻抗匹配對(duì)于獲得理想的 VSWR（電壓駐波比）非常重要。

2.音頻的阻抗匹配與高速電路的阻抗匹配

功放和喇叭的阻抗匹配以及高速電路的阻抗匹配雖然都涉及阻抗匹配的概念，但它們的具體應(yīng)用和目的有所不同。

功放和音喇叭的阻抗匹配

在音頻設(shè)備中，功放和喇叭的阻抗匹配是為了確保最佳的功率傳輸和音質(zhì)。功放的輸出阻抗和音箱的輸入阻抗需要匹配，以確保最大功率傳遞到音箱上，并且不損壞設(shè)備。常見的匹配阻抗值是4歐姆、8歐姆等。如果功放的輸出阻抗和音箱的輸入阻抗不匹配，可能會(huì)導(dǎo)致功放無法提供足夠的功率，音質(zhì)變差，甚至可能損壞功放或音箱。

高速電路的阻抗匹配

在高速電路中，阻抗匹配主要是為了減少信號(hào)反射和確保信號(hào)完整性。高速信號(hào)傳輸線（如PCB走線、同軸電纜等）的特性阻抗需要與信號(hào)源和負(fù)載的阻抗匹配，以減少由于阻抗不匹配引起的信號(hào)反射和串?dāng)_。在數(shù)字電路中，常見的特性阻抗值有50歐姆、75歐姆等。

功放和音箱的阻抗匹配與高速電路的阻抗匹配是兩個(gè)不同領(lǐng)域中的概念，盡管它們都涉及“阻抗匹配”，但其具體含義和實(shí)現(xiàn)方式有很大區(qū)別。

功放和音箱的阻抗匹配

功放（功率放大器）和音箱（揚(yáng)聲器）：在音頻系統(tǒng)中，功放負(fù)責(zé)將音頻信號(hào)放大，并傳輸?shù)揭粝鋪磔敵雎曇簟９Ψ藕鸵粝涞淖杩蛊ヅ渲傅氖枪Ψ诺妮敵鲎杩古c音箱的輸入阻抗之間的關(guān)系。

優(yōu)化功率傳輸：為了保證最大功率傳輸，功放的輸出阻抗應(yīng)該與音箱的輸入阻抗相匹配。常見的音箱阻抗值有4歐姆、6歐姆、8歐姆等。

保護(hù)設(shè)備：阻抗匹配能夠防止功放在過載或失真情況下工作，延長設(shè)備的使用壽命。

選擇合適的設(shè)備：選擇阻抗匹配的功放和音箱。

調(diào)節(jié)輸出阻抗：一些功放允許手動(dòng)調(diào)節(jié)輸出阻抗，以匹配不同的音箱阻抗。

功放和喇叭的阻抗匹配并不是簡(jiǎn)單地指它們的阻抗相同，而是指它們的阻抗之間具有適當(dāng)?shù)年P(guān)系，以實(shí)現(xiàn)最佳的功率傳輸和系統(tǒng)性能。

理想阻抗匹配

最大功率傳輸：為了實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸，功放的輸出阻抗應(yīng)當(dāng)與喇叭的輸入阻抗相匹配。在實(shí)際應(yīng)用中，這意味著功放的設(shè)計(jì)通常是為了適應(yīng)特定阻抗值的喇叭，如4歐姆或8歐姆。

功放和喇叭阻抗匹配的注意事項(xiàng)

設(shè)備標(biāo)注的阻抗值：大多數(shù)功放和喇叭都會(huì)在設(shè)備上標(biāo)注其額定阻抗值，例如“4Ω”、“8Ω”等。在選擇設(shè)備時(shí)，確保功放的輸出阻抗與喇叭的輸入阻抗相匹配。

阻抗范圍：許多功放可以處理一定范圍內(nèi)的阻抗。例如，一些功放可能標(biāo)示可以支持4-8歐姆的喇叭，這意味著這些阻抗范圍內(nèi)的喇叭都可以與該功放匹配。

實(shí)際應(yīng)用中的阻抗：在實(shí)際使用中，喇叭的阻抗會(huì)隨著頻率的變化而變化，因此標(biāo)注的阻抗值通常是一個(gè)近似值。設(shè)計(jì)好的功放會(huì)考慮到這種變化，確保在大部分情況下都能實(shí)現(xiàn)良好的匹配。

示例

如果你有一個(gè)額定為8歐姆的喇叭，那么理想情況下，你的功放也應(yīng)該支持8歐姆的輸出負(fù)載。這種情況下，功放和喇叭的阻抗是匹配的，可以實(shí)現(xiàn)最佳的音頻表現(xiàn)和功率傳輸。

功放和喇叭阻抗不匹配的影響

功率傳輸效率降低：如果功放的輸出阻抗與喇叭的輸入阻抗不匹配，可能導(dǎo)致功率傳輸效率降低。

設(shè)備損壞風(fēng)險(xiǎn)：嚴(yán)重的不匹配可能會(huì)導(dǎo)致功放過載，出現(xiàn)失真，甚至可能損壞功放或喇叭。

總的來說，確保功放和喇叭的阻抗匹配是音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)和選擇的重要環(huán)節(jié)，有助于實(shí)現(xiàn)最佳音頻效果和系統(tǒng)可靠性。

高速電路的阻抗匹配

高速電路：在高速數(shù)字或射頻電路中，信號(hào)以極高的頻率傳播。阻抗匹配主要涉及傳輸線（如同軸電纜、印刷電路板上的傳輸線）與負(fù)載之間的阻抗關(guān)系。

防止信號(hào)反射：在高速電路中，如果傳輸線的特性阻抗與負(fù)載阻抗不匹配，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)反射，影響信號(hào)完整性和傳輸效果。

保證信號(hào)完整性：阻抗匹配能夠減少信號(hào)失真和噪聲，提高信號(hào)的質(zhì)量和傳輸效率。

設(shè)計(jì)傳輸線：確保傳輸線的特性阻抗與負(fù)載阻抗一致。例如，使用50歐姆的同軸電纜時(shí)，負(fù)載阻抗也應(yīng)該是50歐姆。

終端匹配電阻：在電路設(shè)計(jì)中使用終端匹配電阻，以匹配傳輸線的特性阻抗和負(fù)載阻抗。

關(guān)聯(lián)

基礎(chǔ)原理相同：兩者都是為了實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，以優(yōu)化系統(tǒng)的性能。

具體實(shí)現(xiàn)不同：功放和音箱的阻抗匹配更多關(guān)注音頻信號(hào)的傳輸效率和設(shè)備保護(hù)；高速電路的阻抗匹配主要關(guān)注信號(hào)完整性和反射問題。

總結(jié)來說，盡管功放和音箱的阻抗匹配與高速電路的阻抗匹配在基本原理上有相似之處，但它們?cè)诰唧w應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)方法上存在顯著差異。

 

五、阻抗匹配的原理

阻抗匹配是指信號(hào)源或者傳輸線跟負(fù)載之間的一種合適的搭配方式。

我們先從直流電壓源驅(qū)動(dòng)一個(gè)負(fù)載入手。由于實(shí)際的電壓源，總是有內(nèi)阻的，我們可以把一個(gè)實(shí)際電壓源，等效成一個(gè)理想的電壓源跟一個(gè)電阻r串聯(lián)的模型。假設(shè)負(fù)載電阻為R，電源電動(dòng)勢(shì)為U，內(nèi)阻為r，那么我們可以計(jì)算出流過電阻R的電流為：I=U/（R+r），可以看出，負(fù)載電阻R越小，則輸出電流越大。負(fù)載R上的電壓為：Uo=IR=U/［1+（r/R）］，可以看出，負(fù)載電阻R越大，則輸出電壓Uo越高。再來計(jì)算一下電阻R消耗的功率為：

對(duì)于一個(gè)給定的信號(hào)源，其內(nèi)阻r是固定的，而負(fù)載電阻R則是由我們來選擇的。注意式中［（R-r）2/R］，當(dāng)R=r時(shí)，［（R-r）2/R］可取得最小值0，這時(shí)負(fù)載電阻R上可獲得最大輸出功率Pmax=U2/（4×r）。即，當(dāng)負(fù)載電阻跟信號(hào)源內(nèi)阻相等時(shí)，負(fù)載可獲得最大輸出功率，這就是我們常說的阻抗匹配之一。此結(jié)論同樣適用于低頻電路及高頻電路。當(dāng)交流電路中含有容性或感性阻抗時(shí)，結(jié)論有所改變，就是需要信號(hào)源與負(fù)載阻抗的的實(shí)部相等，虛部互為相反數(shù)，這叫做共扼匹配。在低頻電路中，我們一般不考慮傳輸線的匹配問題，只考慮信號(hào)源跟負(fù)載之間的情況，因?yàn)榈皖l信號(hào)的波長相對(duì)于傳輸線來說很長，傳輸線可以看成是“短線”，反射可以不考慮（可以這么理解：因?yàn)榫€短，即使反射回來，跟原信號(hào)還是一樣的）。

從以上分析我們可以得出結(jié)論：如果我們需要輸出電流大，則選擇小的負(fù)載R；如果我們需要輸出電壓大，則選擇大的負(fù)載R；如果我們需要輸出功率最大，則選擇跟信號(hào)源內(nèi)阻匹配的電阻R。有時(shí)阻抗不匹配還有另外一層意思，例如一些儀器輸出端是在特定的負(fù)載條件下設(shè)計(jì)的，如果負(fù)載條件改變了，則可能達(dá)不到原來的性能，這時(shí)我們也會(huì)叫做阻抗失配。

在高頻電路中，我們還必須考慮反射的問題。當(dāng)信號(hào)的頻率很高時(shí)，則信號(hào)的波長就很短，當(dāng)波長短得跟傳輸線長度可以比擬時(shí)，反射信號(hào)疊加在原信號(hào)上將會(huì)改變?cè)盘?hào)的形狀。如果傳輸線的特征阻抗跟負(fù)載阻抗不相等（即不匹配）時(shí)，在負(fù)載端就會(huì)產(chǎn)生反射。

實(shí)際中是如何解決這個(gè)問題的呢？不知道大家有沒有留意到，電視機(jī)的附件中，有一個(gè)300Ω到75Ω的阻抗轉(zhuǎn)換器（一個(gè)塑料封裝的，一端有一個(gè)圓形的插頭的那個(gè)東東，大概有兩個(gè)大拇指那么大）。它里面其實(shí)就是一個(gè)傳輸線變壓器，將300Ω的阻抗，變換成75Ω的，這樣就可以匹配起來了。這里需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)的是，特性阻抗跟我們通常理解的電阻不是一個(gè)概念，它與傳輸線的長度無關(guān)，也不能通過使用歐姆表來測(cè)量。影響特征電阻的因素有很多，比如倒顯得材料和導(dǎo)線與地板之間的距離。為了不產(chǎn)生反射，負(fù)載阻抗跟傳輸線的特征阻抗應(yīng)該相等，這就是傳輸線的阻抗匹配，如果阻抗不匹配會(huì)有什么不良后果呢？如果不匹配，則會(huì)形成反射，能量傳遞不過去，降低效率；會(huì)在傳輸線上形成駐波（簡(jiǎn)單的理解，就是有些地方信號(hào)強(qiáng)，有些地方信號(hào)弱），導(dǎo)致傳輸線的有效功率容量降低；功率發(fā)射不出去，甚至?xí)p壞發(fā)射設(shè)備。如果是電路板上的高速信號(hào)線與負(fù)載阻抗不匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生震蕩，輻射干擾等。

當(dāng)阻抗不匹配時(shí)，有哪些辦法讓它匹配呢？第一，可以考慮使用變壓器來做阻抗轉(zhuǎn)換，就像上面所說的電視機(jī)中的那個(gè)例子那樣。第二，可以考慮使用串聯(lián)/并聯(lián)電容或電感的辦法，這在調(diào)試射頻電路時(shí)常使用。第三，可以考慮使用串聯(lián)/并聯(lián)電阻的辦法。一些驅(qū)動(dòng)器的阻抗比較低，可以串聯(lián)一個(gè)合適的電阻來跟傳輸線匹配，例如高速信號(hào)線，有時(shí)會(huì)串聯(lián)一個(gè)幾十歐的電阻。而一些接收器的輸入阻抗則比較高，可以使用并聯(lián)電阻的方法，來跟傳輸線匹配，例如，485總線接收器，常在數(shù)據(jù)線終端并聯(lián)120歐的匹配電阻。（始端串聯(lián)匹配，終端并聯(lián)匹配）

為了幫助大家理解阻抗不匹配時(shí)的反射問題，我來舉兩個(gè)例子：假設(shè)你在練習(xí)拳擊——打沙包。如果是一個(gè)重量合適的、硬度合適的沙包，你打上去會(huì)感覺很舒服。但是，如果哪一天我把沙包做了手腳，例如，里面換成了鐵沙，你還是用以前的力打上去，你的手可能就會(huì)受不了了——這就是負(fù)載過重的情況，會(huì)產(chǎn)生很大的反彈力。相反，如果我把里面換成了很輕很輕的東西，你一出拳，則可能會(huì)撲空，手也可能會(huì)受不了——這就是負(fù)載過輕的情況。

1、純電阻電路

在中學(xué)物理電學(xué)中曾講述這樣一個(gè)問題：把一個(gè)電阻為R的用電器，接在一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的電池組上，在什么條件下電源輸出的功率最大呢？當(dāng)外電阻等于內(nèi)電阻時(shí)，電源對(duì)外電路輸出的功率最大，這就是純電阻電路的功率匹配。假如換成交流電路，同樣也必須滿足R=r這個(gè)條件電路才能匹配。

2、電抗電路

電抗電路要比純電阻電路復(fù)雜，電路中除了電阻外還有電容和電感。元件，并工作于低頻或高頻交流電路。在交流電路中，電阻、電容和電感對(duì)交流電的阻礙作用叫阻抗，用字母Z表示。其中，電容和電感對(duì)交流電的阻礙作用，分別稱為容抗及和感抗。容抗和感抗的值除了與電容和電感本身大小有關(guān)之外，還與所工作的交流電的頻率有關(guān)。值得注意的是，在電抗電路中，電阻R，感抗與容抗雙的值不能用簡(jiǎn)單的算術(shù)相加，而常用阻抗三角形法來計(jì)算（見圖 2）。因而電抗電路要做到匹配比純電阻電路要復(fù)雜一些，除了輸入和輸出電路中的電阻成分要求相等外，還要求電抗成分大小相等符號(hào)相反（共軛匹配）；或者電阻成分和電抗成分均分別相等（無反射匹配）。這里指的電抗X即感抗XL和容抗XC之差（僅指串聯(lián)電路來講，若并聯(lián)電路則 計(jì)算更為復(fù)雜）。滿足上述條件即稱為阻抗匹配，負(fù)載即能得到最大的功率。

阻抗匹配的關(guān)鍵是前級(jí)的輸出阻抗與后級(jí)的輸入阻抗相等。而輸入阻抗與輸出阻抗廣泛 存在于各級(jí)電子電路、各類測(cè)量?jī)x器及各種電子元器件中。那么什么是輸人阻抗和輸出阻抗呢？輸入阻抗是指電路對(duì)著信號(hào)源講的阻抗。如圖3所示的放大器，它的輸人阻抗就是去掉信號(hào)源E及內(nèi)電阻r時(shí)，從AB兩端看進(jìn)去的等效阻抗。其值為Z=UI／I1， 即輸人電壓與輸人電流之比。對(duì)于信號(hào)源來講，放大器成為其負(fù)載。從數(shù)值上看，放大器的等效負(fù)載值即為輸入阻抗值。輸入阻抗值的大小，對(duì)于不同的電路要求不 一樣。

例如：萬用表中電壓擋的輸入阻抗（稱為電壓靈敏度）越高，對(duì)被測(cè)電路的分流就越小，測(cè)量誤差也就小。而電流擋的輸入阻抗越低，對(duì)被測(cè)電路的分壓就越 小，因而測(cè)量誤差也越小。對(duì)于功率放大器，當(dāng)信號(hào)源的輸出阻抗與放大電路的輸入阻抗相等時(shí)即稱阻抗匹配，這時(shí)放大電路就能在輸出端獲得最大功率。輸出阻抗 是指電路對(duì)著負(fù)載講的阻抗。如圖4中，將電路輸人端的電源短路，輸出端去掉負(fù)載后，從輸出端CD看進(jìn)去的等效阻抗稱為輸出阻抗。如果負(fù)載阻抗與輸出阻抗不相等，稱阻抗不匹配，負(fù)載就不能獲得最大的功率輸出。輸出電壓U2和輸出電流I2之 比即稱為輸出阻抗。輸出阻抗的大小視不同的電路有不同的要求。

例如：電壓源要求輸出阻抗要低，而電流源的輸出阻抗要高。對(duì)于放大電路來講，輸出阻抗的值表 示其承擔(dān)負(fù)載的能力。通常輸出阻抗小，承擔(dān)負(fù)載的能力就強(qiáng)。如果輸出阻抗與負(fù)載不能匹配時(shí)，可加接變壓器或網(wǎng)絡(luò)電路來達(dá)到匹配。例如：晶體管放大器與揚(yáng)聲 器之間通常接有輸出變壓器，放大器的輸出阻抗與變壓器的初級(jí)阻抗相匹配，變壓器的次級(jí)阻抗與揚(yáng)聲器的阻抗相匹配。而變壓器通過初次級(jí)繞組的匝數(shù)比來變換阻 抗比。在實(shí)際的電子電路中，常會(huì)遇到信號(hào)源與放大電路或放大電路與負(fù)載的阻抗不相等的情況，因而不能把它們直接相連。解決的辦法是在它們之間加入一個(gè)匹配 電路或匹配網(wǎng)絡(luò)。最后要說明一點(diǎn)，阻抗匹配僅適用于電子電路。因?yàn)殡娮与娐分袀鬏數(shù)男盘?hào)功率本身較弱，需用匹配來提高輸出功率。而在電工電路中一般不考慮 匹配，否則會(huì)導(dǎo)致輸出電流過大，損壞用電器。

6、什么時(shí)候都要考慮阻抗匹配？

在普通的寬頻帶放大器中，因?yàn)檩敵鲎杩篂?0Ω，所以需要考慮在功率傳輸電路中進(jìn)行阻抗匹配。但是，實(shí)際上當(dāng)電纜的長度對(duì)于信號(hào)的波長來說可以忽略不計(jì)時(shí)，就無需阻抗匹配的。

考慮信號(hào)頻率為1MHz，其波長在空氣中為300m，在同軸電纜中約為200m。在通常使用的長度為1m左右的同軸電纜中，是在完全可忽略的范圍之內(nèi)。

如果存在阻抗，那么在阻抗上就會(huì)產(chǎn)生功率消耗，所以不做阻抗匹配其結(jié)果就會(huì)使放大器的輸出功率發(fā)生無用的浪費(fèi)。

對(duì)于純電阻電路，此結(jié)論同樣適用于低頻電路及高頻電路。當(dāng)交流電路中含有容性或感性阻抗時(shí)，結(jié)論有所改變，就是需要信號(hào)源與負(fù)載阻抗的實(shí)部相等，虛部互為相反數(shù)，這叫作共軛匹配。低頻電路與高頻電路的比較如下。

（1） 在低頻電路中，我們一般不考慮傳輸線的匹配問題，只考慮信號(hào)源與負(fù)載之間的情況，因?yàn)榈皖l信號(hào)的波長相對(duì)于傳輸線來說很長，傳輸線可以看成是“短線”，反射可以不考慮（可以這么理解：因?yàn)榫€短，即使反射回來，與原信號(hào)還是一樣的）。從以上分析我們可以得出結(jié)論：如果我們需要輸出電流大，則選擇小的負(fù)載R；如果我們需要輸出電壓大，則選擇大的負(fù)載R；如果我們需要輸出功率最大，則選擇與信號(hào)源內(nèi)阻匹配的電阻R。

注意：有時(shí)阻抗不匹配還有另外一層意思，例如，一些儀器輸出端是在特定的負(fù)載條件下設(shè)計(jì)的，如果負(fù)載條件改變了，則可能達(dá)不到原來的性能，這時(shí)我們也會(huì)叫作阻抗失配。

（2） 在高頻電路中（包括高速數(shù)字電路中），我們還必須考慮反射的問題。當(dāng)信號(hào)的頻率很高時(shí)，則信號(hào)的波長就很短，當(dāng)波長短得與傳輸線長度可以比擬時(shí)，反射信號(hào)疊加在原信號(hào)上將會(huì)改變?cè)盘?hào)的形狀。如果傳輸線的特征阻抗與負(fù)載阻抗不相等（不匹配）時(shí)，在負(fù)載端就會(huì)產(chǎn)生反射。為什么阻抗不匹配時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射及特征阻抗的求解方法，牽涉 到二階偏微分方程的求解，在這里我們不細(xì)說了，有興趣的可參看電磁場(chǎng)與微波方面書籍中的傳輸線理論傳輸線的特征阻抗（也叫作特性阻抗）是由傳輸線的結(jié)構(gòu)以及材料決定的，而與傳輸線的長度，以及信號(hào)的幅度、頻率等均無關(guān)。

 

 

PCB場(chǎng)景

減少高頻噪聲以及邊沿過沖。如果一個(gè)信號(hào)的邊沿非常陡峭，則含有大量的高頻成分，將會(huì)輻射干擾，另外，也容易產(chǎn)生過沖。串聯(lián)電阻與信號(hào)線的分布電容以及負(fù)載輸入電容等形成一個(gè)RC電路，這樣就會(huì)降低信號(hào)邊沿的陡峭程度。

減少高頻反射以及自激振蕩。當(dāng)信號(hào)的頻率很高時(shí)，則信號(hào)的波長就很短，當(dāng)波長短得跟傳輸線長度可以比擬時(shí)，反射信號(hào)疊加在原信號(hào)上將會(huì)改變?cè)盘?hào)的形狀。如果傳輸線的特征阻抗跟負(fù)載阻抗不相等(即不匹配)時(shí)，在負(fù)載端就會(huì)產(chǎn)生反射，造成自激振蕩。PCB板內(nèi)走線的低頻信號(hào)直接連通即可，一般不需要加串行匹配電阻。

并行阻抗匹配又叫“終端阻抗匹配”，一般用在輸入/輸出接口端，主要指與傳輸電纜的阻抗匹配。例如，LVDS與RS422/485使用5類雙絞線的輸入端匹配電阻為100~120Ω；視頻信號(hào)使用同軸電纜的匹配電阻為75Ω或50Ω、使用篇平電纜為300Ω。并行匹配電阻的阻值與傳輸電纜的介質(zhì)有關(guān)，與長度無關(guān)，其主要作用也是防止信號(hào)反射、減少自激振蕩。

低頻和高頻：

當(dāng)信號(hào)傳輸中如果傳輸線上發(fā)生特性阻抗突變也會(huì)發(fā)生反射。

波長與頻率成反比，低頻信號(hào)的波長遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳輸線的長度，因此一般不用考慮反射問題，也就是說低頻電路做不做阻抗匹配也不會(huì)出現(xiàn)什么大問題。

在高頻領(lǐng)域，當(dāng)信號(hào)的波長與傳輸線長處于相同量級(jí)時(shí)反射的信號(hào)易與原信號(hào)混疊，影響信號(hào)質(zhì)量，通過阻抗匹配可有效減少 消除高頻信號(hào)反射。所以高頻電路一定要做阻抗匹配。

源端匹配

源端端接主要是串接端接方法，串行端接是通過在盡量靠近源端的位置串行插入一個(gè)電阻RT（典型10Ω到75Ω）到傳輸線中來實(shí)現(xiàn)。串行端接是匹配信號(hào)源的阻抗，所插入的串行電阻阻值加上驅(qū)動(dòng)源的輸出阻抗應(yīng)大于等于傳輸線阻抗（輕微過阻尼）。這種策略通過使源端反射系數(shù)為零從而抑制從負(fù)載反射回來的信號(hào)（負(fù)載端輸入高阻，不吸收能量）再從源端反射回負(fù)載端。

串行端接的優(yōu)點(diǎn)在于：每條線只需要一個(gè)端接電阻，無需與電源相連接，消耗功率小。

簡(jiǎn)單：串聯(lián)電阻匹配終端的優(yōu)勢(shì)還在于可以減少板上器件的使用數(shù)量和連線密度。

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。

串行端接的缺點(diǎn)在于：

•一對(duì)多，菊花鏈。

串行端接適用于如下場(chǎng)合：

•1）可以不受終端負(fù)載阻抗的影響；

•2）器件輸出阻抗小于傳輸線特性阻抗；

•3）一般在源同步信號(hào)中用得較多的是源端匹配，因?yàn)樵赐叫盘?hào)線的信號(hào)流向相同，串?dāng)_主要為后向串?dāng)_，源端匹配就可以吸收后向的串?dāng)_。

•4）信號(hào)通路上加接了元件，增加了RC 時(shí)間常數(shù)從而減緩了負(fù)載端信號(hào)的上升時(shí)間和下降時(shí)間,因而不適合用于高頻信號(hào)通路（如高速時(shí)鐘等）

末端匹配

并行端接主要是在盡量靠近負(fù)載端的位置加上拉和/或下拉阻抗以實(shí)現(xiàn)終端的阻抗匹配，根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境，這種端接方式是簡(jiǎn)單地在負(fù)載端加入一下拉到信號(hào)地的電阻R（R＝Z0）來實(shí)現(xiàn)匹配。

采用此端接的條件是驅(qū)動(dòng)端必須能夠提R=Z0供輸出高電平時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流以保證通過端接電阻的高電平電壓滿足門限電壓要求。在輸出為高電平狀態(tài)時(shí)，這種并行端接電路最大的缺點(diǎn)是消耗的電流過大，如果電源是5v，驅(qū)動(dòng)電流可能達(dá)到50－100mA，這是普通驅(qū)動(dòng)器無法達(dá)到的。一般器件很難可靠地支持這種端接電路。

戴維南匹配

•戴維南（Thevenin）端接即分壓器型端接，它采用上拉電阻R1和下拉電阻R2構(gòu)成端接電阻，通過R1和R2吸收反射,此端接通常是為了獲得最快的電路性能和驅(qū)動(dòng)分布負(fù)載而采用的

•此端接方案降低了對(duì)源端器件驅(qū)動(dòng)能力的要求，電阻R1和R2一直在從系統(tǒng)電源吸收電流，直流功耗較大。

•并聯(lián)端接的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)沿全線無失真。在驅(qū)動(dòng)多扇出時(shí)，負(fù)載可經(jīng)分枝短線沿線分布，而不是像在串聯(lián)端接中那樣必須把負(fù)載集中在線的末端。

交流端接

R要≤傳輸線阻抗Z0，電容C 必須大于100pF，推薦使用0.1uF 的多層陶瓷電容。電容有阻低頻通高頻的作

用，因此電阻R 不是驅(qū)動(dòng)源的直流負(fù)載，故這種端接方式無任何直流功耗。并行AC端接是在波形匹配的基礎(chǔ)上增加一個(gè)電容，它消耗更少的功率。引入的延時(shí)與RC有關(guān)。AC終端匹配技術(shù)主要用于時(shí)鐘電路。