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變壓器綜合特性測試儀的匹配簡介

      

變壓器綜合特性測試儀的匹配簡介,主要用于傳輸線上,達到所有高頻的微波信號都能傳至負載點的目的,不會有信號反射回源點。
   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(transmission line 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***圓圖上。
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***圓圖上的點會沿著代表實數電阻的圓圈走動。變壓器綜合特性測試儀的匹配簡介,如果把電容或電感接地,首先圓圖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。重復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
   由負載點至源點加長傳輸線,在圓圖上的圓點會沿著圖中心以逆時針方向走動,直到電阻值為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*大,此時阻抗匹配。*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,輸出阻抗為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,即電纜長度可以忽略的話,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**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。
   阻抗就是電阻加電抗,所以才叫阻抗;可以這么理解,阻抗就是電阻、電容抗及電感抗在向量上的和。電容抗和電感抗的大小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,它們還有相位角度的問題,具有向量上的關系式,因此: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匹配,得到*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*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*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,電抗成份互為相反數。這種匹配條件稱為共扼匹配。
下面,我們從數學上去理解阻抗匹配:
   我們先從直流電壓源驅動一個負載入手。由于實際的電壓源,總是有內阻的,我們可以把一個實際電壓源,等效成一個理想的電壓源跟一個電阻r串聯的模型。假設負載電阻為R,電源電動勢為U,內阻為r,那么我們可以計算出流過電阻R的電流為:I=U/(R+r),可以看出,負載電阻R越小,則輸出電流越大。負載R上的電壓為:Uo=IR=U/[1+(r/R)],可以看出,負載電阻R越大,則輸出電壓Uo越高。再來計算一下電阻R消耗的功率為:
P= ×R= = / ( +2×R×r+ )
= / [ ]
= /{[ /R]+4×r}
   對于一個給定的信號源,其內阻r是固定的,而負載電阻R則是由我們來選擇的。注意式中[ /R],當R=r時,[ /R]可取得*小值0,這時負載電阻R上可獲得*大輸出功率Pmax= /(4×r)。即,當負載電阻跟信號源內阻相等時,負載可獲得*大輸出功率,這就是我們常說的阻抗匹配之一。對于純電阻電路,此結論同樣適用于低頻電路及高頻電路.
   當交流電路中含有容性或感性阻抗時,結論有所改變,就是需要信號源與負載阻抗的實部相等,虛部互為相反數,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,只考慮信號源跟負載之間的情況,因為低頻信號的波長相對于傳輸線來說很長,傳輸線可以看成是“短線”,反射可以不考慮(可以這么理解:因為線短,即使反射回來,跟原信號還是一樣的)。從以上分析我們可以得出結論:如果我們需要輸出電流大,則選擇小的負載R;如果我們需要輸出電壓大,則選擇大的負載R;如果我們需要輸出功率*大,則選擇跟信號源內阻匹配的電阻R。有時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載條件下設計的,如果負載條件改變了,則可能達不到原來的性能,這時我們也會叫做阻抗失配。
   在高頻電路中,我們還必須考慮反射的問題。當信號的頻率很高時,變壓器綜合特性測試儀的匹配簡介,則信號的波長就很短,當波長短得跟傳輸線長度可以比擬時,反射信號疊加在原信號上將會改變原信號的形狀。如果傳輸線的特征阻抗跟負載阻抗不相等(即不匹配)時,在負載端就會產生反射。為什么阻抗不匹配時會產生反射以及特征阻抗的求解方法,牽涉到二階偏微分方程的求解,在這里不細說了,有興趣的可參看電磁場與微波方面書籍中的傳輸線理論。傳輸線的特征阻抗(也叫做特性阻抗)是由傳輸線的結構以及材料決定的,而與傳輸線的長度,以及信號的幅度、頻率等均無關。
   例如,常用的閉路電視同軸電纜特性阻抗為75Ω,而一些射頻設備上則常用特征阻抗為50Ω的同軸電纜。另外還有一種常見的傳輸線是特性阻抗為300Ω的扁平平行線,這在農村使用的電視天線架上比較常見,用來做八木天線的饋線。因為電視機的射頻輸入端輸入阻抗為75Ω,所以300Ω的饋線將與其不能匹配。實際中是如何解決這個問題的呢?其實,在電視機的附件中,有一個300Ω到75Ω的阻抗轉換器(一個塑料封裝的,一端有一個圓形的插頭的那個東東,大概有兩個大拇指那么大)。它里面其實就是一個傳輸線變壓器,將300Ω的阻抗,變換成75Ω的,這樣就可以匹配起來了。這里需要強調一點的是,特性阻抗跟我們通常理解的電阻不是一個概念,它與傳輸線的長度無關,也不能通過使用歐姆表來測量。為了不產生反射,負載阻抗跟傳輸線的特征阻抗應該相等,這就是傳輸線的阻抗匹配。如果阻抗不匹配會有什么**后果呢?如果不匹配,則會形成反射,能量傳遞不過去,降低效率;會在傳輸線上形成駐波(簡單的理解,就是有些地方信號強,有些地方信號弱),導致傳輸線的有效功率容量降低;功率發射不出去,甚至會損壞發射設備。如果是電路板上的高速信號線與負載阻抗不匹配時,會產生震蕩,輻射干擾等。
   當阻抗不匹配時,有哪些辦法讓它匹配呢?**,可以考慮使用變壓器來做阻抗轉換,就像上面所說的電視機中的那個例子那樣。**,可以考慮使用串聯/并聯電容或電感的辦法,這在調試射頻電路時常使用。第三,可以考慮使用串聯/并聯電阻的辦法。一些驅動器的阻抗比較低,可以串聯一個合適的電阻來跟傳輸線匹配,例如高速信號線,有時會串聯一個幾十歐的電阻。而一些接收器的輸入阻抗則比較高,可以使用并聯電阻的方法,來跟傳輸線匹配,例如,485總線接收器,常在數據線終端并聯120歐的匹配電阻。
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