输入阻抗和输出阻抗小结

例如,常用的闭路电视同轴电缆特性阻抗为75Ω,而一些射频设备上则常用特征阻抗为50Ω的同轴电缆.另外还有一种常见的传输线是特性阻抗为300Ω的扁平平行线,这在农村使用的电视天线架上比较常见,用来做八木天线的馈线.因为电视机的射频输入端输入阻抗为75Ω,所以300Ω的馈线将与其不能匹配.实际中是如何解决这个问题的呢?不知道大家有没有留意到,电视机的附件中,有一个300Ω到75Ω的阻抗转换器(一个塑料封装的,一端有一个圆形的插头的那个东东,大概有两个大拇指那么大).它里面其实就是一个传输线变压器,将300Ω的阻抗,变换成75Ω的,这样就可以匹配起来了.这里需要强调一点的是,特性阻抗跟我们通常理解的电阻不是一个概念,它与传输线的长度无关,也不能通过使用欧姆表来测量.为了不产生反射,负载阻抗跟传输线的特征阻抗应该相等,这就是传输线的阻抗匹配,如果阻抗不匹配会有什么不良后果呢?如果不匹配,则会形成反射,能量传递不过去,降低效率;会在传输线上形成驻波(简单的理解,就是有些地方信号强,有些地方信号弱),导致传输线的有效功率容量降低;功率发射不出去,甚至会损坏发射设备.如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时,会产生震荡,辐射干扰等.

当阻抗不匹配时,有哪些办法让它匹配呢?第一,可以考虑使用变压器来做阻抗转换,就像上面所说的电视机中的那个例子那样.第二,可以考虑使用串联/并联电容或电感的办法,这在调试射频电路时常使用.第三,可以考虑使用串联/并联电阻的办法.一些驱动器的阻抗比较低,可以串联一个合适的电阻来跟传输线匹配,例如高速信号线,有时会串联一个几十欧的电阻.而一些接收器的输入阻抗则比较高,可以使用并联电阻的方法,来跟传输线匹配,例如,485总线接收器,常在数据线终端并联120欧的匹配电阻.

为了帮助大家理解阻抗不匹配时的反射问题,我来举两个例子:假设你在练习拳击--打沙包.如果是一个重量合适的、硬度合适的沙包,你打上去会感觉很舒服.但是,如果哪一天我把沙包做了手脚,例如,里面换成了铁沙,你还是用以前的力打上去,你的手可能就会受不了了--这就是负载过重的情况,会产生很大的反弹力.相反,如果我把里面换成了很轻很轻的东西,你一出拳,则可能会扑空,手也可能会受不了--这就是负载过轻的情况.另一个例子,不知道大家有没有过这样的经历:就是看不清楼梯时上/下楼梯,当你以为还有楼梯时,就会出现"负载不匹配"这样的感觉了.当然,也许这样的例子不太恰当,但我们可以拿它来理解负载不匹配时的反射情况