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电路设计之串联匹配电阻的应用

电路设计之串联匹配电阻的应用
来源:互联网 时间:2018-11-29

为统筹电路设计较全面的知识点,将在近期推出电路设计中各种常用器件与设计理念,如基本元器件电阻、电容、电感、二极管保护,存储器件SDRAM、FLASH,PCB设计工艺DCDC电源、PCB板布线设计工艺等,希望能为大家提供些许参考。

在电路设计中,经常需要使用匹配电阻,如闭路电视同轴电缆、时钟数据线等,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。

关于串联匹配电阻其作用:

概述:

高速信号线中才考虑使用这样的电阻,低频情况下,一般是直接连接。这个电阻有两个作用:①阻抗匹配:因为信号源的阻抗很低,跟信号线之间阻抗不匹配,串上一个电阻后,可改善匹配情况,以减少反射,避免振荡等。

② 减少信号边沿的陡峭程度:可以减少信号边沿的陡峭程度,从而减少高频噪声以及过冲等。因为串联的电阻,跟信号线的分布电容以及负载的输入电容等形成一个 RC电路,这样就会降低信号边沿的陡峭程度大家知道,如果一个信号的边沿非常陡峭,含有大量的高频成分,将会辐射干扰,另外,也容易产生过冲。

详述(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,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)]

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)]2R=[U/(R+r)]2××R=U2×R/(R2+2R+2R××r+r2)=U2×R/[(R- r)2+4+4××R×r]=U2/{[(R-r)2/R]+4/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]可取得小值0,这时负载电阻R上可获得输出功率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。

低频电路与高频电路的比较:

① 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,则选择跟信号源内阻匹配的电阻R。

注: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。

② 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。

《电路设计之串联匹配电阻的应用》是云汉芯城小编搜集网络资料整理而成,云汉芯城被列入“全国供应链创新与应用试点企业”,是中国B2B百强企业,中国元器件分销30强,电子元器件采购网企业,国内IC交易网知名品牌,一站满足您的元器件采购需求!

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