AMD|射频设计中的阻抗

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射频的黄金三角之一就是阻抗 , 我们在射频设计中 , 会经常与阻抗打交道 , 比如特征阻抗 , 负载阻抗 , 阻抗匹配等等 。 更多的时候 , 我们所设计的射频电路就是一个阻抗匹配的问题 。 我们今天一起来看一下有关阻抗的那些事儿 。
1阻抗
谈到阻抗的概念 , 大家的第一影响就是电阻和电抗的组合 。 没错 , 在低频领域 , 或者在我们学习的电路原理的课程中 , 阻抗就是电阻和电抗的组合 。


我们借用百度百科的定义就是:

在具有电阻、电感和电容的电路里 , 对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗 。 阻抗常用Z表示 , 是一个复数 , 实部称为电阻 , 虚部称为电抗 , 其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗 电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗 , 电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗 。 阻抗的单位是欧姆 。

阻抗可以是电阻、电容、电感的任意组合对电流起到的阻碍作用 。 由于电容对直流电的阻抗无穷大 , 而电感对直流电的阻抗是零 , 因此 , 阻抗更多用于描述交流电路中对电流的阻碍作用 。 高阻抗是指阻抗值大 , 低阻抗是指阻抗值小 。
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 。
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 。