阻抗匹配思考

版权声明:本文为博主原创文章,未经博主允许不得转载。 https://blog.csdn.net/dongdaxiaobai/article/details/78849601

1.阻抗匹配的核心是功率匹配。也就是最大功率传输。当反射系数共轭对称时,电路能实现最大的功率传输。

2.一个串联的电路为什么能和并联的电路阻抗相同?

假想一个正弦电压信号,施加到一个串联RC网络上。那么这个信号的部分能量跑到R上面,还有一部分能量被C给扣押了。也就是R是拿不到这个信号的全部功率的。

反过来,如果这个信号放到一个并联的RC网络上,那么电压当然可以全部过去,但是电容上会跑一部分无功功耗(瞬时值不为0,周期下积分为0)所以电源要提供的瞬时功率就会增加。

现在,如果这两个网络产生的功率相同(有功+无功)。那么相应地,并联的电阻比串联的电阻大,并联的电容比串联的电容也要大。(相当于我要用两个并联的电阻去实现一个串联的等阻值电阻,那么每个并联的电阻阻值显然是要高于等效的这一个串联的电阻的)

3.串并联转换遵循的原则

根据1和2的讨论,自然地会得到串并联变换的一个重要原则:对于同一个信号,转换前后电阻能拿到的能量是一样的。同样,电容走的无功功率也是一样的。对应公式上就是Q值不变。(Q值对应电容的能量和电阻消耗的能量之比)

Q值怎么计算?我们定义Q的平方等于无功功率和有功功率之比。显然对于串联网络,电流是一样的,因而Q=电抗/电阻;对于并联网络,电压是一样的,因而Q=电纳/电导。

4.Smith原图上看串并联转换

从上述讨论中可以看到,对于任何一个网络,增加无功元件都会影响其电阻实际能获得的能量。(比如电阻上串入一个电容,结果电阻获得的能量减少;并一个电容,势必要求源端的功率增加,或者用电流源来看等于能量减少)源端产生的能量不能完全送到负载,这就是阻抗匹配存在的意义。换句话说,加入电容或者电感,会造最终阻抗实部的变化。影响电路性能。

那么为什么Smith Chart上面有所谓的等电阻圆?等电抗圆?

如果单独从串联或并联的角度来看,加入电抗后的确不影响电阻。但是如果引入转换后,事情马上不一样了。在等电阻圆上移动匹配点,一定会造成这个点电导的改变。如果看这个电导,结果就是电阻改变了。

这里就涉及到数学上阻抗匹配中‘’相等“”的真正含义。仍然强调,阻抗匹配中的相等是:两个网络能从同一个信号上拿到的功率(不论有功还是无功)是相等的。从数学的角度出发,是复数相等。1/(R+jX)=G'+jB'。这样算出来的G'和B'不等于1/R和1/X。而单独从等电阻圆等电导圆上走,是R或者G代数不变。

由此可以看到,比如说一个已经匹配好的50欧负载,节外生枝地自作多情地串联了一个电容,从Smithchart上看是沿着等电阻圆往下转了一段,对应等电导圆上这个电导就跑掉了。电导比原来小了,对于负载获得的功率就往下掉了。因为一部分功率跑到电容上去了。如果这结构改成并联,就是一个大于50欧的电阻并上一个电容。所以这个电阻并不“相等“。

5.反射系数

反射系数的意思是我电源上的功率反射了回来。

为什么会反射?很简单,因为我阻抗没有做到共轭匹配,所以功率没法完全送出去。一部分给反射回来了。

从反射系数的定义上讲,我需要知道一个东西,就是电路送出去多少功率。实际电源都有内阻,能送出去的功率不是无限大。很自然地就是:在负载和源端阻抗匹配的情况下,负载能接收到的功率是所能得到的最大功率。这个功率定义为入射功率,表示我电源给出去的就是这么多。对于不匹配的电路,实际上电路的功率不是入射功率,因为有一部分给反射掉了。

反射系数gamma怎么算呢?如果对应实数阻抗,也就是电阻。考虑源负载50omg。当我电阻也是50omg的时候,反射为0。电路整个电阻,是负载加上50;负载减去50得到的,是50比我“多拿“的部分。因为如果大家都是50,两个是五五开的。这个多拿的部分就是我反射回去的。因此反射系数就是这个“往前看减到往后看除以往前看加上往后看“的公式






猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/dongdaxiaobai/article/details/78849601