阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配

阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配, 得到最大功率输出的一种工 作状态。对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。 在纯电阻电路中,当负载电阻等于激励源内阻时,则输出功率为最大,这种工作 状态称为匹配,否则称为失配。 当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗 与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份只数值相等而符号相反。 这种匹配条件称为共扼匹配。 阻抗匹配(Impedance matching)是微波电子学里的一部分,主要用于传输 线上, 来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,不会有信号反射回来 源点,从而提升能源效益。史密夫图表上。电容或电感与负载串联起来,即可增 加或减少负载的阻抗值, 在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。如果把 电容或电感接地, 首先图表上的点会以图中心旋转 180 度, 然后才沿电阻圈走动, 再沿中心旋转 180 度。重覆以上方法直至电阻值变成 1,即可直接把阻抗力变为 零完成匹配。

大体上,阻抗匹配有两种,一种是透过改变阻抗力(lumped-circuit matching),另一种则是调整传输线的波长(transmission line matching)。 要匹配一组线路, 首先把负载点的阻抗值,除以传输线的特性阻抗值来归一 化,然后把数值划在史密夫图表上。 1. 改变阻抗力 把电容或电感与负载串联起来,即可增加或减少负载的阻抗值,在图表上的 点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。如果把电容或电感接地,首先图表上的点会 以图中心旋转 180 度,然后才沿电阻圈走动,再沿中心旋转 180 度。重覆以上方 法直至电阻值变成 1,即可直接把阻抗力变为零完成匹配。

2. 调整传输线 由负载点至来源点加长传输线, 在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向 走动,直至走到电阻值为 1 的圆圈上,即可加电容或电感把阻抗力调整为零,完 成匹配。 阻抗匹配则传输功率大,对于一个电源来讲,单它的内阻等于负载时,输出 功率最大, 此时阻抗匹配。 最大功率传输定理, 如果是高频的话, 就是无反射波。 对于普通的宽频放大器,输出阻抗 50Ω ,功率传输电路中需要考虑阻抗匹配, 可是如果信号波长远远大于电缆长度,即缆长可以忽略的话,就无须考虑阻抗匹 配了。阻抗匹配是指在能量传输时,要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等, 此时的传输不会产生反射,这表明所有能量都被负载吸收了.反之则在传输中有 能量损失。高速 PCB 布线时,为了防止信号的反射,要求是线路的阻抗为 50 欧 姆。这是个大约的数字,一般规定同轴电缆基带 50 欧姆,频带 75 欧姆,对绞线则 为 100 欧姆,只是取个整而已,为了匹配方便。 2007 年 08 月 31 日 星期五 上午 10:40

阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配, 得到最大功率输出 的一种工作状态。对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。 在纯电阻电路中,当负载电阻等于激励源内阻时,则输出功率为最大,这种工作 状态称为匹配,否则称为失配。 当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗 与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份只数值相等而符号相反。 这种匹配条件称为共扼匹配。 阻抗匹配(Impedance matching)是微波电子学里的一部分,主要用于传输 线上, 来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,不会有信号反射回来 源点,从而提升能源效益。史密夫图表上。电容或电感与负载串联起来,即可增 加或减少负载的阻抗值, 在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。如果把 电容或电感接地, 首先图表上的点会以图中心旋转 180 度, 然后才沿电阻圈走动, 再沿中心旋转 180 度。重覆以上方法直至电阻值变成 1,即可直接把阻抗力变为 零完成匹配。

大体上,阻抗匹配有两种,一种是透过改变阻抗力(lumped-circuit matching),另一种则是调整传输线的波长(transmission line matching)。 要匹配一组线路, 首先把负载点的阻抗值,除以传输线的特性阻抗值来归一 化,然后把数值划在史密夫图表上。 1. 改变阻抗力 把电容或电感与负载串联起来,即可增加或减少负载的阻抗值,在图表上的 点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。如果把电容或电感接地,首先图表上的点会 以图中心旋转 180 度,然后才沿电阻圈走动,再沿中心旋转 180 度。重覆以上方 法直至电阻值变成 1,即可直接把阻抗力变为零完成匹配。

2. 调整传输线 由负载点至来源点加长传输线, 在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向 走动,直至走到电阻值为 1 的圆圈上,即可加电容或电感把阻抗力调整为零,完 成匹配。 阻抗匹配则传输功率大,对于一个电源来讲,单它的内阻等于负载时,输出 功率最大, 此时阻抗匹配。 最大功率传输定理, 如果是高频的话, 就是无反射波。 对于普通的宽频放大器,输出阻抗 50Ω ,功率传输电路中需要考虑阻抗匹配, 可是如果信号波长远远大于电缆长度,即缆长可以忽略的话,就无须考虑阻抗匹 配了。阻抗匹配是指在能量传输时,要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等, 此时的传输不会产生反射,这表明所有能量都被负载吸收了.反之则在传输中有 能量损失。高速 PCB 布线时,为了防止信号的反射,要求是线路的阻抗为 50 欧 姆。这是个大约的数字,一般规定同轴电缆基带 50 欧姆,频带 75 欧姆,对绞线则 为 100 欧姆,只是取个整而已,为了匹配方便。 阻抗从字面上看就与电阻不一样,其中只有一个阻字是相同的,而另一个抗

字呢?简单地说,阻抗就是电阻加电抗,所以才叫阻抗;周延一点地说,阻抗就 是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和。在直流电的世界中,物体对电流阻碍的 作用叫做电阻,世界上所有的物质都有电阻,只是电阻值的大小差异而已。电阻 小的物质称作良导体, 电阻很大的物质称作非导体,而最近在高科技领域中称的 超导体, 则是一种电阻值几近于零的东西。但是在交流电的领域中则除了电阻会 阻碍电流以外,电容及电感也会阻碍电流的流动,这种作用就称之为电抗,意即 抵抗电流的作用。 电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗, 简称容抗及感抗。 它们的计量单位与电阻一样是奥姆,而其值的大小则和交流电的频率有关系,频 率愈高则容抗愈小感抗愈大, 频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。此外电容抗和电 感抗还有相位角度的问题,具有向量上的关系式,因此才会说:阻抗是电阻与电 抗在向量上的和。 阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配, 得到最大功率输出的一 种工作状态。对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。 在纯电阻电路中,当负载电阻等于激励源内阻时,则输出功率为最大,这种工作 状态称为匹配,否则称为失配。 当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗 与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份只数值相等而符号相反。 这种匹配条件称为共扼匹配

zǔkàng 英文名称:impedance

[编辑本段] 阻抗定义
在直流电中,物体对电流阻碍的作用叫做电阻,世界上所有的物质都有电阻,只 是电阻值的大小差异而已。电阻很小的物质称作良导体,如金属等;电阻极大的物质 称作绝缘体,如木头和塑料等。还有一种介于两者之间的导体叫做半导体,而超导体 则是一种电阻值等于零的物质。但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外, 电容及电感也会阻碍电流的流动,这种作用就称之为电抗,意即抵抗电流的作用。电

容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗,简称容抗及感抗。它们的计量单位与电阻 一样是欧姆, 而其值的大小则和交流电的频率有关系, 频率愈高则容抗愈小感抗愈大, 频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题,具有向 量上的关系式,因此才会说:阻抗是电阻与电抗在向量上的和。对于一个具体电路, 阻抗不是不变的,而是随着频率变化而变化。在电阻、电感和电容串联电路中,电路 的阻抗一般来说比电阻大。也就是阻抗减小到最小值。在电感和电容并联电路中,谐 振的时候阻抗增加到最大值,这和串联电路相反。 在音响器材中,扩音机与喇叭的阻抗多设计为 8 欧姆,因为在这个阻抗值下,机 器有最佳的工作状态。其实喇叭的阻抗是随着频率高低的不同而变动的,喇叭规格中 所标示的通常是一个大略的平均值,现在市面上的产品大都是四欧姆、六欧姆或八欧 姆。

[编辑本段] 耳机阻抗
耳机的阻抗是其交流阻抗的简称,单位为欧姆(Ω)。一般来说,阻抗越小,耳机 就越容易出声、

阻抗耳机

越容易驱动。耳机的阻抗是随其所重放的音频信号的频率而改变的,一般 耳机阻抗在 低频最大,因此对低频的衰减要大于高频的;对大多数耳机而言,增大 输出阻抗会使 声音更暗更混(此时功放对耳机驱动单元的控制也会变弱),但某些耳机却需要在高阻 抗下才更好听。如果耳机声音尖锐刺耳,可以考虑增大耳机插孔的有效输出阻抗;如 果耳机声音暗淡浑浊, 并且是通过功率放大器驱动的, 则可以考虑减小有效输出电阻。 不同阻抗的耳机主要用于不同的场合,在台式机或功放、VCD、DVD、电视等设 备上,常用到的是高阻抗耳机,有些专业耳机阻抗甚至会在 200 欧姆以上,这是为了 与专业机上的耳机插口匹配,此时如果使用低阻抗耳机,一定先要把音量调低再插上 耳机, 再一点点把音量调上去, 防止耳机过载将耳机烧坏或是音圈变形错位造成破音。 而对于各种便携式随身听,例如 CD、MD 或 MP3,一般会使用低阻抗耳机(通常都在 50 欧姆以下),这是因为这些低阻抗耳机比较容易驱动,同时还要注意灵敏度要高,

对随身听、MP3 来说灵敏度指标更加重要。当然,阻抗越高的耳机搭 配输出功率大 的音源时声音效果更好。

[编辑本段] 阻抗匹配
什么是阻抗匹配以及为什么要阻抗匹配 阻抗匹配在高频设计中是一个常用的概念,这篇文章对这个 “阻抗匹配”进行了比 较好的解析。回答了什么是阻抗匹配。 阻抗匹配(Impedance matching)是微波电子学里的一部分,主要用于传输线 上,来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,不会有信号反射回来源点, 从而提升能源效益。 大体上,阻抗匹配有两种,一种是透过改变阻抗力(lumped-circuit matching), 另一种则是调整传输线的波长(transmission line matching)。 要匹配一组线路,首先把负载点的阻抗值,除以传输线的 特性阻抗值来归一化, 然后把数值划在史密夫图表上。 改变阻抗力 把电容或电感与负载串联起来,即可增加或减少负载的阻抗值,在图表上的点会 沿著代表实数电阻的圆圈走动。如果把电容或电感接地,首先图表上的点会以图中心 旋转 180 度,然后才沿电阻圈走动,再沿中心旋转 180 度。重覆以上方法直至电阻 值变成 1,即可直接把阻抗力变为零完成匹配。 调整传输线 由负载点至来源点加长传输线,在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走 动,直至走到电阻值为 1 的圆圈上,即可加电容或电感把阻抗力调整为零,完成匹配 。 阻抗匹配则传输功率大,对于一个电源来讲,单它的内阻等于负载时,输出功率 最大,此时阻抗匹配。最大功率传输定理,如果是高频的话,就是无反射波。对于普 通的宽频放大器,输出阻抗 50Ω,功率传输电路中需要考虑阻抗匹配,可是如果信号 波长远远大于电缆长度,即缆长可以忽略的话,就无须考虑阻抗匹配了。阻抗匹配是 指在能量传输时,要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等 ,此时的传输不会产生反 射,这表明所有能量都被负载吸收了。反之则在传输中有能量损失。高速 PCB 布线 时,为了防止信号的反射,要求是线路的阻抗为 50 欧姆。这是个大约的数字,一般 规定同轴电缆基带 50 欧姆,频带 75 欧姆,对绞线则为 100 欧姆,只是取个整而已, 为了匹配方便。 阻抗从字面上看就与电阻不一样,其中只有一个阻字是相同的,而另一个抗字 呢?简单地说,阻抗就是电阻加电抗,所以才叫阻抗;周延一点地 说,阻抗就是电阻、 电容抗及电感抗在向量上的和。 在直流电的世界中, 物体对电流阻碍的作用叫做电阻, 世界上所有的物质都有电阻, 只是电阻值的大小差异而已。 电阻小的物质称作良导体, 电阻很大的物质称作非导体,而最近在高科技领域中称的超导体,则是一种电阻值几

近于零的东西。但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外,电容及电感也会 阻碍电流的流动,这种作用就称之为电抗,意即抵抗电流的作用。电容及电感的电抗 分别称作电容抗及电感抗,简称容抗及感抗。它们的计量单位与电阻一样是奥姆,而 其值的大小则和交流电的频率有关系,频率愈高则容抗愈小感抗愈大,频率愈低则容 抗愈大而感抗愈小。 此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题, 具有向量上的关系式, 因此才会说:阻抗是电阻与电抗在向量上的和。 阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,得到最大功率输出的一种工 作状态。对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。 在纯电阻电路中,当负载电阻等于激励源内阻时,则输出功率为最大,这种工作 状态称为匹配,否则称为失配。 当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗 与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份只数值相等而符号相反。这种 匹配条件称为共扼匹配。 一、阻抗匹配的研究 在高速的设计中,阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。阻抗匹配的技术可以 说是丰富多样,但是在具体的系统中怎样才能比较合理的应用,需要衡量多个方面的 因素。例如我们在系统中设计中,很多采用的都是源段的串连匹配。对于什么情况下 需要匹配,采用什么方式的匹配,为什么采用这种方式。 例如:差分的匹配多数采用终端的匹配;时钟采用源段匹配; 1、 串联终端匹配 串联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下,在 信号的源端和传输线之间串接一个电阻 R,使源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相 匹配,抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射. 串联终端匹配后的信号传输具有以下特点: A 由于串联匹配电阻的作用,驱动信号传播时以其幅度的 50%向负载端传播; B 信号在负载端的反射系数接近+1,因此反射信号的幅度接近原始信号幅度的 50%。 C 反射信号与源端传播的信号叠加, 使负载 端接受到的信号与原始信号的幅度近 似相同; D 负载端反射信号向源端传播,到达源端后被匹配电阻吸收; E 反射信号到达源端后,源端驱动电流降为 0,直到下一次信号传输。 相对并联匹配来说,串联匹配不要求信号驱动器具有很大的电流驱动能力。 选择串联终端匹配电阻值的原则很简单,就是要求匹配电阻值与驱动器的输出阻 抗之和与传输线的特征阻抗相等。理想的信号驱动器的输出阻抗为零,实际的驱动器 总是有比较小的输出阻抗,而且在信号的电平发生变化时,输出阻抗可能不同。比如 电源电压为+4.5V 的 CMOS 驱动器,在低电平时典型的输出阻抗为 37Ω,在高电平 时典型的输出阻抗为 45Ω[4];TTL 驱动器和 CMOS 驱动一样,其输出阻抗会随信号

的电平大小变化而变化。因此,对 TTL 或 CMOS 电路来说,不可能有十分正确的匹 配电阻,只能折中考虑。 链状拓扑结构的信号网路不适合使用串联终端匹配,所有的负载必须接到传输线 的末端。否则,接到传输线中间的负载接受到的波形就会象图 3.2.5 中 C 点的电压波 形一样。可以看出,有一段时间负载端信号幅度为原始信号幅度的一半。显然这时候 信号处在不定逻辑状态,信号的噪声容限很低。 串联匹配是最常用的终端匹配方法。它的优点是功耗小,不会给驱动器带来额外 的直流负载,也不会在信号和地之间引入额外的阻抗;而且只需要一个电阻元件。 2、 并联终端匹配 并联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗很大的情况下,通过增加并联电阻 使负载端输入阻抗与传输线的特征阻抗相匹配,达到消除负载端反射的目的。实现形 式分为单电阻和双电阻两种形式。 并联终端匹配后的信号传输具有以下特点: A 驱动信号近似以满幅度沿传输线传播; B 所有的反射都被匹配电阻吸收; C 负载端接受到的信号幅度与源端发送的信号幅度近似相同。 在实际的电路系统中,芯片的输入阻抗很高,因此对单电阻形式来说,负载端的 并联电阻值必须与传输线的特征阻抗相近或相等。假定传输线的特征阻抗为 50Ω,则 R 值为 50Ω。如果信号的高电平为 5V,则信号的静态电流将达到 100mA。由于典型 的 TTL 或 CMOS 电路的驱动能力很小,这种单电阻的并联匹配方式很少出现在这些 电路中。 双电阻形式的并联匹配,也被称作戴维南终端匹配,要求的电流驱动能力比单电 阻形式小。这是因为两电阻的并联值与传输线的特征阻抗相匹配,每个电阻都比传输 线的特征阻抗大。考虑到芯片的驱动能力,两个电阻值的选择必须遵循三个原则: ⑴. 两电阻的并联值与传输线的特征阻抗相等; ⑵. 与电源连接的电阻值不能太小,以免信号为低电平时驱动电流过大; ⑶. 与地连接的电阻值不能太小,以免信号为高电平时驱动电流过大。 并联终端匹配优点是简单易行;显而易见的缺点是会带来直流功耗:单电阻方式 的直流功耗与信号的占空比紧密相关?;双电阻方式则无论信号是高电平还是低电平 都有直流功耗。因而不适用于电池供电系统等对功耗要求高的系统。另外,单电阻方 式由于驱动能力问题在一般的 TTL、CMOS 系统中没有应用,而双电阻方式需要两个 元件,这就对 PCB 的板面积提出了要求,因此不适合用于高密度 印刷电路板。 当然还有:AC 终端匹配; 基于二极管的电压钳位等匹配方式。 二 、将讯号的传输看成软管送水浇花 2.1 数位系统之多层板讯号线(Signal Line)中,当出现方波讯号的传输时,可 将之假想成为软管(hose)送水浇花。一端于手握处加压使其射出水柱,另一端接在 水龙头。当握管处所施压的力道恰好,而让水柱的射程正确洒落在目标区时,则施与 受两者皆欢而顺利完成使命,岂非一种得心应手的小小成就?

2.2 然而一旦用力过度水注射程太远,不但腾空越过目标浪费水资源,甚至还可 能因强力水压无处宣泄,以致往来源反弹造成软管自龙头上的挣脱!不仅任务失败横 生挫折,而且还大捅纰漏满脸豆花呢! 2.3 反之,当握处之挤压不足以致射程太近者,则照样得不到想要的结果。过犹 不及皆非所欲,唯有恰到好处才能正中下怀皆大欢喜。 2.4 上述简单的生活细节,正可用以说明方波(Square Wave)讯号(Signal) 在多层板传输线(Transmission Line,系由讯号线、介质层、及接地层三者所共同 组成)中所进行的快速传送。此时可将传输线(常见者有同轴电缆 Coaxial Cable, 与微带线 Microstrip Line 或带线 Strip Line 等)看成软管,而握管处所施加的压力, 就好比板面上“接受端”(Receiver)元件所并联到 Gnd 的电阻器一般,可用以调节其 终点的特性阻抗(Characteristic Impedance),使匹配接受端元件内部的需求。 三. 传输线之终端控管技术(Termination) 3.1 由上可知当“讯号”在传输线中飞驰旅行而到达终点,欲进入接受元件(如 C PU 或 Meomery 等大小不同的 IC)中工作时,则该讯号线本身所具备的“特性阻抗”, 必须要与终端元件内部的电子阻抗相互匹配才行,如此才不致任务失败白忙一场。用 术语说就是正确执行指令,减少杂讯干扰,避免错误动作”。一旦彼此未能匹配时, 则必将会有少许能量回头朝向“发送端”反弹,进而形成反射杂讯(Noise)的烦恼。 3.2 当传输线本身的特性阻抗(Z0)被设计者订定为 28ohm 时,则终端控管的 接地的电阻器(Zt)也必须是 28ohm,如此才能协助传输线对 Z0 的保持,使整体得 以稳定在 28 ohm 的设计数值。也唯有在此种 Z0=Zt 的匹配情形下,讯号的传输才会 最具效率,其“讯号完整性”(Signal Integrity,为讯号品质之专用术语)也才最好。 四、特性阻抗(Characteristic Impedance) 4.1 当某讯号方波,在传输线组合体的讯号线中,以高准位( High Level)的正 压讯号向前推进时,则距其最近的参考层(如接地层)中,理论上必有被该电场所感 应出来的负压讯号伴随前行(等于正压讯号反向的回归路径 Return Path),如此将 可完成整体性的回路(Loop)系统。该“讯号”前行中若将其飞行时间暂短加以冻结, 即可想象其所遭受到来自讯号线、介质层与参考层等所共同呈现的瞬间阻抗值(Inst antanious Impedance),此即所谓的“特性阻抗”。 是故该“特性阻抗”应与讯号线之 线宽(w)、线厚(t)、介质厚度(h)与介质常数(Dk)都扯上了关系。 4.2 阻抗匹配不良的后果 由于高频讯号的“特性阻抗”(Z0)原词甚长,故一般 均简称之为“阻抗”。读者千万要小心,此与低频 AC 交流电(60Hz)其电线(并非传 输线)中,所出现的阻抗值(Z)并不完全相同。数位系统当整条传输线的 Z0 都能 管理妥善,而控制在某一范围内(±10﹪或 ±5﹪)者,此品质良好的传输线,将可 使得杂讯减少,而误动作也可避免。 但当上述微带线中 Z0 的四种变数(w、t、h、 r)有任一项发生异常,例如讯号线出现缺口时,将使得原来的 Z0 突然上升(见上 述公式中之 Z0 与 W 成反比的事实),而无法继续维持应有的稳定均匀(Continuou s)时,则其讯号的能量必然会发生部分前进,而部分却反弹反射的缺失。如此将无

法避免杂讯及误动作了。例如浇花的软管突然被踩住,造成软管两端都出现异常,正 好可说明上述特性阻抗匹配不良的问题。 4.3 阻抗匹配不良造成杂讯。上述部分讯号能量的反弹,将造成原来良好品质的 方波讯号,立即出现异常的变形(即发生高准位向上的 Overshoot,与低准位向下的 Undershoot,以及二者后续的 Ringing)。此等高频杂讯严重时还会引发误动作,而 且当时脉速度愈快时杂讯愈多也愈容易出错。 那么是否什么时候都要考虑阻抗匹配? 在普通的宽频带放大器中,因为输出阻抗为 50Ω,所以需要考虑在功率传输电路 中进行阻抗匹配。但是,实际上当电缆的长度对于信号的波长来说可以忽略不计时, 就勿需阻抗匹配的。 考虑信号频率为 1MHz,其波长在空气中为 300m,在同轴电缆中约为 200m。在 通常使用的长度为 1m 左右的同轴电缆中,是在完全可忽略的范围之内。

[编辑本段] 输入\输出阻抗
一、输入阻抗 输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗。在输入端上加上一个电压源 U,测量 输入端的电流 I,则输入阻抗 Rin 就是 U/I。你可以把输入端想象成一个电阻的两端, 这个电阻的阻值,就是输入阻抗。

电机转子交流阻抗测试仪

输入阻抗跟一个普通的电抗元件没什么两样,它反映了对电流阻碍作用的大小。对于 电压驱动的电路,输入阻抗越大,则对电压源的负载就越轻,因而就越容易驱动,也 不会对信号源有影响;而对于电流驱动型的电路,输入阻抗越小,则对电流源的负载 就越轻。因此,我们可以这样认为:如果是用电压源来驱动的,则输入阻抗越大越好; 如果是用电流源来驱动的,则阻抗越小越好(注:只适合于低频电路,在高频电路中, 还要考虑阻抗匹配问题。)另外如果要获取最大输出功率时,也要考虑 题。 二、输出阻抗 阻抗匹配问

无论信号源或放大器还有电源,都有输出阻抗的问题。输出阻抗就是一个信号源 的内阻。本来,对于一个理想的电压源(包括电源),内阻应该为 0,或理想电流源 的阻抗应当为无穷大。输出阻抗在电路设计最特别需要注意。 但现实中的电压源,则不能做到这一点。我们常用一个理想电压源串联一个电阻 r 的方式来等效一个实际的电压源。这个跟理想电压源串联的电阻 r,就是(信号源/ 放大器输出/电源)的内阻了。当这个电压源给负载供电时,就会有电流 I 从这个负载 上流过,并在这个电阻上产生 I×r 的电压降。这将导致电源输出电压的下降,从而限 制了最大输出功率(关于为什么会限制最大输出功率,请看后面的“阻抗匹配”一问)。 同样的,一个理想的电流源,输出阻抗应该是无穷大,但实际的电路是不可能的。 三、阻抗匹配 阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。阻抗匹配分 为低频和高频两种情况讨论。 我们先从直流电压源驱动一个负载入手。由于实际的 电压源,总是有内阻的(请参看输出阻抗一问),我们可以 把一个实际电压源,等效 成一个理想的电压源跟一个电阻 r 串联的模型。假设负载电阻为 R, 电源电动势为 U, 内阻为 r,那么我们可以计算出流过电阻 R 的电流为:I=U/(R+r),可以看出,负载电 阻 R 越小,则输出电流越大。负载 R 上的电压为:Uo=IR=U/[1+(r/R)],可以看出, 负载电阻 R 越大,则输出电压 Uo 越高。再来计算一下电阻 R 消耗的功率为: P=I2×R=[U/(R+r)]2×R=U2×R/(R2+2×R×r+r2) =U2×R/[(R-r)2+4×R×r] =U2/{[(R-r)2/R]+4×r} 对于一个给定的信号源, 其内阻 r 是固定的, 而负载电阻 R 则是由我们来选择的。 注意式中[(R-r)2/R],当 R=r 时,[(R-r)2/R]可取得最小值 0,这时负载电阻 R 上可获 得最大输出功率 Pmax=U2/(4×r)。即,当负载电阻跟信号源内阻相等时,负载可获得 最大输出功率,这就是我们常说的阻抗匹配之一。对于纯电阻电路,此结论同样适用 于低频电路及高频电路。当交流电路中含有容性或感性阻抗时,结论有所改变,就是 需要信号源与负载阻抗的的实部相等,虚部互为相反数,这叫做共扼匹配。在低频电 路中,我们一般不考虑传输线的匹配问题,只考虑信号源跟负载之间的情况,因为低 频信号的波长相对于传输线来说很长, 传输线可以看成是“短线”, 反射可以不考虑 (可 以这么理解:因为线短,即使反射回来,跟原信号还是一样的)。从以上分析我们可 以得出结论:如果我们需要输出电流大,则选择小的负载 R;如果我们需要输出电压 大,则选择大的负载 R;如果我们需要输出功率最大,则选择跟信号源内阻匹配的电 阻 R。有时阻抗不匹配还有另外一层意思,例如一些仪器输出端是在特定的负载条件 下设计的,如果负载条件改变了,则可能达不到原来的性能,这时我们也会叫做阻抗 失配。 在高频电路中,我们还必须考虑反射的问题。当信号的频率很高时,则信号的波 长就很短,当波长短得跟传输线长度可以比拟时,反射信号叠加在原信号上将会改变 原信号的形状。如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不相等(即不匹配)时,在负载端 就会产生反射。为什么阻抗不匹配时会产生反射以及特征阻抗的求解方法,牵涉到二

阶偏微分方程的求解,在这里我们不细说了,有兴趣的可参看电磁场与微波方面书籍 中的传输线理论。传输线的特征阻抗(也叫做特性阻抗)是由传输线的结构以及材料 决定的,而与传输线的长度,以及信号的幅度、频率等均无关。 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。心理学的阻抗 阻抗,本质上是人对于心理咨询过程中自我暴露与自我变化的抵抗,它可表现为 人们对于某种焦虑情绪的回避,或对某种痛苦经历的否认。阻抗的概念最早由弗洛伊 德提出,他将阻抗定义为求助者在自由联想过程中对于那些使人产生焦虑的记忆与认 识的压抑,因此,阻抗的意义在于增强个体的自我防御。

弗洛伊德对阻抗的定义强调了潜意识对于个体自由联想活动的能动作用。而罗杰 斯将阻抗看作个体对于自我暴露及其情绪体验的抵抗,目的在于不使个体的自我认识 与自尊受到威胁。 这一观点体现了个体的认知对于自我结构与发展的防护作用。 此外, 一些行为主义心理学家把阻抗理解为个体对于其行为矫正的不服从。 阻抗的表现形式,可以是语言形式或非语言形式,也可以表现为个体对于某种心 理咨询要求的回避与抵制,或个体对心理咨询师或其他人的某种敌对或依赖,或流露 于个体的特定认知、情感方式,以及对心理咨询师的态度等。

[编辑本段] 心理学中的阻抗
阻抗,本质上是人对于心理咨询过程中自我暴露与自我变化的抵抗,它可表现为 人们对于某种焦虑情绪的回避,或对某种痛苦经历的否认。 阻抗的概念最早由弗洛 伊德提出,他将阻抗定义为求助者在自由联想过程中对于那些使人产生焦虑的记忆与 认识的压抑,因此,阻抗的意义在于增强个体的自我防御。 弗洛伊德对阻抗的定义 强调了潜意识对于个体自由联想活动的能动作用。而罗杰斯将阻抗看作个体对于自我 暴露及其情绪体验的抵抗,目的在于不使个体的自我认识与自尊受到威胁。这一观点 体现了个体的认知对于自我结构与发展的防护作用。此外,一些行为主义心理学家把 阻抗理解为个体对于其行为矫正的不服从。阻抗的表现形式,可以是语言形式或非语 言形式,也可以表现为个体对于某种心理咨询要求的回避与抵制,或个体对心理咨询 师或其他人的某种敌对或依赖,或流露于个体的特定认知、情感方式,以及对心理咨 询师的态度等。

以下是阻抗的表现形式:
一、讲话程度上的阻抗: 包括沉默、寡语和赘言。以沉默最为突出。 沉默可表现为个体拒绝回答咨询师提出的问题,或长时间的停顿。它是个体对于 心理咨询最积极的、 最主动的抵抗。 需要注意将阻抗性沉默与反省性的沉默区分开来。 少言寡语通常以短语、简句及口头禅(嗯、噢、啊)等形式加以表现。 赘言表现为滔滔不绝地讲话,潜在动机可能是减少咨询师讲话的机会,回避 某些 核心问题,转移其注意力等。目的在于回避那些求助者不愿接触的现实问题,以免除 由此而产生的焦虑与其他痛苦体验。 二、讲话内容上的阻抗 常见形式有理论交谈、情绪发泄、谈论小事和假提问题等。 理论交谈是求助者进行自我保护的有效手段之一。例如不停地谈论心理治疗方 法。 情绪发泄可表现为大哭大闹、泪流不止,或不自然地大笑。 谈论小事是最轻微的也是最不易发现的阻抗表现。

假提问题一般涉及心理咨询的目的、方法、理论基础及咨询师的私人情况等。 三、讲话方式上的阻抗 常见的有心理外归因、健忘、顺从、控制话题和最终暴露等。 心理外归因严重阻碍了个体的自我反省,是自我中心主义的表现。 健忘有很大的任意性,例如二战中纳粹集中营的戚者往往不愿意提起往事或对细 节表现出记忆模糊。 顺从具有隐蔽特点,常使人不易发觉对方潜在的阻抗作用。 控制话题除回避自己不愿谈论的内容外还可强化求助者在心理咨询过程中的自 尊与地位。 最终暴露要和犹豫性的最终暴露区别 ,不能简单地将最终暴露都视作阻抗的表 现。 四、咨询关系上的阻抗 最突出的表现有不认真履行心理咨询的安排、诱惑咨询师以及请客、送礼等。 不认真履行心理咨询的安排包括不按时赴约或借故迟到、早退,不认真完成咨询 师安排的作业,不付或延付咨询费等。迟到是反映阻抗较为可靠的指标。有的求助者 取消预约,或在预定时间不来咨询且事先不通知咨询师,这通常是极为严重的阻抗。 不赴约的动机常包括恐惧和怨恨。 诱惑咨询师目的是为了达到控制咨询关系发展的目的。 请客送礼也表示求助者的某种自我防御需要及其控制咨询关系的欲望。 无论哪一种形式,都是对个体的自我保护及对其痛苦经历的精神防御。 传统的精神分析学说十分重视阻抗对于自由联想的影响,并将对此的解释与领悟 当作精神分析的重要目标之一。 在很多情况下,对于阻抗的认识往往是心理咨询突破的开端。

阻抗产生的原因:
卡瓦纳认为来自求助者的阻力主要原因有三个: 1、成长必然带来某种痛苦。例如:求助者可能需要转变成一个独立自主的人、 可能需要承认自己在欺骗自己,可能再装假,可能需要面对一种痛苦的抉择。 2、行为的失调是机能性的。例如以患病为代价换来丈夫的关心,担心神经症的 症状一旦去除就必须面对学习上的竞争。例如饮酒过度只是为了掩盖其工作上的失 败、婚姻中的不幸等。 3、求助者可能带有某种反抗心理咨询的动机。例如咨询只是为了寻求肯定或声 讨某人,或想证实自己与众不同或咨询师对自己也无能为力,或是并无发自内心的求 治动机。 应对阻抗的要点: 1、解除戒备心理 2、正确地进行诊断和分析 3、以诚恳帮助对方的态度对待阻力

4、处理沉默现象: 有时沉默的感觉来自于咨询师,故需首先判断沉默真的存在吗? 大部分由求助者引起的。 怀疑型 茫然型 情绪型 思考型:凝视空间中的某一点 内向型 反抗型 调整多话状态: 与咨询师有关的原因: 咨询师角色的定位、咨询内容的难易、咨询时间的多少 与求助者有关的原因: 宣泄型 倾吐型 癔症型 表现型 表白型 掩饰型

阻抗匹配确实很重要, 因为我国的教材大多没有详细的论述,没有明确指出其重 要性,许多工程人员是在实践中体会出来的。简单说,根据等效原理,任何信号 源、前级都可等效为左边的电压源与电阻串联,输出电阻 Ro ;任何阻性负载、 后级都可等效为右边虚线内电阻,输入电阻 Ri。 当 Ri = Ro 时有最大的功率传输,你可用微分方法得出这结论。 当 Ri 》 Ro 时有最大的电压传输,适合传输电压信号。如电压放大器的输入阻 抗越高越好。 当 Ri 《 Ro 时有最大的电流传输,适合传输电流信号。如电度表的电流检测线 圈匝数很少。

模拟电路中典型应用是低频功率放大器,之前与前置放大器之间有输入变压器, 之后与扬声器之间有输出变压器。 高频与微波中因阻抗是复数,匹配问题要复杂,主要解决反射,也是为了不失真 传输信号。


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