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                  華瀾

                  PCB設計知識總結:什么是阻抗?怎樣計算阻抗值?

                  時間:2018-9-11
                  什么是阻抗?
                  在具有電阻、電感和電容的電路里,對電路中的電流所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示,是一個復數,實際稱為電阻,虛稱為電抗。其中電容在電路中對交流電所起的阻礙作用稱為容抗,電感在電路中對交流電所起的阻礙作用稱為感抗,電容和電感在電路中對交流電引起的阻礙作用總稱為電抗。
                   
                  阻抗是表示元件性能或一段電路電性能的物理量。交流電路中一段無源電路兩端電壓峰值(或有效值)Um與通過該電路電流峰值(或有效值)Im之比稱為阻抗,用z表示,單位為歐姆(Ω)。在U一定的情況下,z越大則I越小,阻抗對電流有限制的作用。
                   
                   
                  抗值的計算公式
                  Z=R+i(ωL–1/(ωC))
                  說明:負載是電阻、電感的感抗、電容的容抗三種類型的復物,復合后統稱“阻抗”,寫成數學公式即是:阻抗Z=R+i(ωL–1/(ωC))。其中R為電阻,ωL為感抗,1/(ωC)為容抗。
                  (1)如果(ωL–1/ωC)》0,稱為“感性負載”;
                  (2)反之,如果(ωL–1/ωC)《0稱為“容性負載”。
                   
                  計算阻抗需通常需要專業的計算軟件,而且需要復雜的一系列多達10多項參數,如,板厚,銅厚,PP厚,PP節電常數,阻焊節電常數,阻焊在線路上的厚度,阻焊在基材上的厚度等等。
                   
                  對于一個具體電路,阻抗不是不變的,而是隨著頻率變化而變化。在電阻、電感和電容串聯電路中,電路的阻抗一般來說比電阻大。也就是阻抗減小到最小值。在電感和電容并聯電路中,諧振的時候阻抗增加到最大值,這和串聯電路相反。
                   
                  阻抗的匹配
                   
                  阻抗匹配是指負載阻抗與激勵源內部阻抗互相適配,得到最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,則輸出功率為最大,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,為使負載得到最大功率,負載阻抗與內阻必須滿足共扼關系,即電阻成份相等,電抗成份只數值相等而符號相反。這種匹配條件稱為共扼匹配。
                   
                  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,然后把數值劃在史密夫圖表上。
                   
                  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,在圖表上的點會沿著代表實數電阻的圓圈走動。如果把電容或電感接地,首先圖表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。重覆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
                   
                  由負載點至來源點加長傳輸線,在圖表上的圓點會沿著圖中心以逆時針方向走動,直至走到電阻值為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。
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                  技術支持

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