功率放大器的阻抗匹配原理

　　設計電路的時候，經常會有很多人對于阻抗有疑問，那么什么是阻抗？在電感電容電阻的電路中，能夠對電路中電流起到阻礙作用的就是阻抗，阻抗經常用Z表示，阻抗的值是由交流電的頻率、電阻R、電感L、電容C互相作用決定的。在實際電路中，阻抗是隨時變化的，能夠跟隨電流頻率的改變而改變。

　　一、輸入阻抗介紹

　　輸入阻抗是電路輸入端的等效阻抗。對輸入端加上電壓源U，測量輸入端電流I，那么輸入阻抗Rin就等于U/I。輸入端如果是電阻的兩端，電阻的阻值，就是輸入阻抗。

　　輸入阻抗反映對電流阻礙作用的大小。對于電壓驅動的電路來說，輸入阻抗越大，對于電壓源的負載越輕，所以越容易驅動，也不影響信號源；對于電流驅動的電路來說，輸入阻抗越小，對于電流源的負載越輕。

　　電壓源驅動，輸入阻抗越大越好；

　　電流源驅動，阻抗越小越好。

　　二、輸出阻抗介紹

　　無論放大器、信號源還是電源，都會有輸出阻抗的問題。輸出阻抗是信號源的內阻。對于理想的電壓源來說，內阻應該都是0，但是實際中卻無法做到。

　　我們常用一個理想電壓源串聯一個電阻r的方式來等效一個實際的電壓源。這個跟理想電壓源串聯的電阻r，就是（信號源/放大器輸出/電源）內阻了。當這個電壓源給負載供電時，就會有電流I從這個負載上流過，并在這個電阻上產生I×r的電壓降。

　　電源輸出電壓下降，會限制最大的輸出功率。而理想的電流源，輸出阻抗無窮大，但是實際卻是不可能。

　　三、阻抗匹配

　　阻抗匹配是信號源或者傳輸線和負載間的搭配方式，阻抗匹配一般分為高頻和低頻兩種。

　　當交流電路中出現容性或者感性阻抗的時候，需要信號源和負載阻抗的實部相等，而虛部互為相反數，就稱作共軛匹配。

　　如果需要輸出電流大，就選擇小的負載R；

　　如果需要輸出電壓大，就選擇大的負載R；

　　如果需要輸出功率大，就選擇跟信號源內阻匹配的電阻R。

　　有時還會出現阻抗不匹配的情況，比如儀器輸出端是特定負載條件下設計的，當改變負載條件的時候，就不能達到原來性能，就稱作阻抗失配。

　　當阻抗不匹配的時候，有哪些方法可以匹配呢？

　　1、采用變壓器來做阻抗轉換；

　　2、使用串聯/并聯電容或者電感的辦法；

　　3、使用串聯/并聯電阻的辦法。

　　四、阻抗匹配的原理

　　1、純電阻電路

　　外電阻等于內電阻的時候，電源對外電路輸出功率大，這就是純電阻電路的功率匹配。如果換成交流電路，也需要滿足R=r這個條件電路才能匹配。

　　2、電抗電路

　　電抗電路的情況會比純電阻電路復雜很多，因為電路中不僅有電阻還有電容和電感。交流電路中，電阻、電容和電感對于交流電的阻礙作用叫阻抗，用字母Z表示。

　　電容和電感對于交流電的阻礙作用，也被稱為容抗和感抗。容抗和感抗的值除了與電容和電感大小有關外，還和工作交流電的頻率有關。

　　阻抗匹配的關鍵是前級的輸出阻抗和后級的輸入阻抗相等，而輸入阻抗和輸出阻抗廣泛存在在各種電子電路和測量儀器當中。那么什么是輸入阻抗和輸出阻抗？

　　輸入阻抗是電路對著信號源講的阻抗。對于功率放大器來說，信號源的輸出阻抗和放大電路輸入阻抗相等的時候稱為阻抗匹配，這時候放大電路能在輸出端獲得最大功率。

　　輸出阻抗是指電路對著負載講的阻抗。

　　要注意的是：阻抗匹配只適用于電子電路，因為電子電路中傳輸信號功率本身很弱，需要匹配來提高輸出功率。而電工電路中不考慮匹配，否則會造成輸出電流過大，損壞電器。

　　安泰ATA-3090功率放大器：

　　圖：ATA-3090功率放大器指標參數

　　什么時候都要考慮阻抗匹配？

　　普通的寬頻帶放大器中，輸出阻抗是50Ω，就要考慮在功率傳輸電路中進行阻抗匹配。但是實際中，電纜長度對于信號波長是可以忽略不計的，就不需要阻抗匹配。

　　考慮信號頻率為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，是在可忽略的范圍之內。

　　如果存在阻抗，那么在阻抗上就會產生功率消耗，所以不做阻抗匹配其結果就會使放大器的輸出功率發生無用的浪費。

　　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，這叫作共軛匹配。

　　以上就是功率放大器的阻抗匹配原理以及輸入阻抗和輸出阻抗的內容，如果對于功率放大器還有什么其他想知道的，歡迎隨時咨詢我們。