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電壓、電流和電阻三者之間的關(guān)系

iIeQ_mwrfnet ? 來源:微波射頻網(wǎng) ? 2020-06-05 16:48 ? 次閱讀

電阻是一個實實在在的物理元器件,通過歐姆定律我們可以知道,電壓、電流和電阻三者之間的關(guān)系,U=I*R。

我們通過一個具體的電路來分析這三者之間的具體關(guān)系,請看下面的一張最簡單的電路圖。這個電路圖只有一個電源一個電阻和一些導(dǎo)線組成。

當(dāng)然這個電阻的阻值也可以通過用萬用表來直接測量。

特性阻抗就不一樣了,用萬用表測量一根50歐姆特性阻抗時,將會發(fā)現(xiàn)是短路的。這就需要我們從概念上區(qū)分電阻(哪怕是剛好是50歐姆的電阻)和特性阻抗是兩碼事。就像溫度上面的度(攝氏度)和角度上的度一樣,不是一個東西。

電阻這個物理量大家都懂,這里就不解釋了。我們來分析一下這個特性阻抗到底是何方神圣,是在什么條件下才會用這個東西的。

其實特性阻抗是和射頻緊密相隔的一個物理量,在認(rèn)識特性阻抗之前先認(rèn)識一下射頻。我們知道電臺,手機通訊信號,wifi等都是向外部發(fā)射信號能量的裝置,也就是說能量是從天線射出去,能量不再回來到天線了,可以想像就像機槍向外面掃射一樣,子彈打出去就不回來了。

好了,明白射頻這個東西之后,我們再來到具體的傳輸射頻能量的導(dǎo)線上面來。導(dǎo)線上面?zhèn)鬏數(shù)纳漕l信號也是一樣的,希望它傳過去就不要反傳回來了,要是有能量反傳回來就說明傳輸?shù)男Ч盍恕?/p>

為了更具體的說明特性阻抗這個東西 我這里打一個比方:

同一個電路板上面有2根導(dǎo)線(假設(shè)都是很長的兩根線,你能想像它有多長就有多長),因為同一個板,那么2根導(dǎo)線的銅皮厚度都是一樣的。兩根導(dǎo)線,長(無限長)和厚度是一樣的,只能唯一不同的是寬度了,假設(shè)1號導(dǎo)線寬度是1(單位),2號導(dǎo)線是2(單位)。也就是說2號線寬度是1號線的兩倍。

下面的圖可以具體看到兩根導(dǎo)線的示意圖。

如上圖所示,假如同時都接的是一樣的射頻發(fā)射源,同樣的一小段時間T,那么我們看看這兩根導(dǎo)線會有什么區(qū)別。同一個發(fā)射源,那么兩根線的輸出射頻電壓是一樣的,射頻傳輸?shù)木嚯x是一樣的(假設(shè)都是光速,實際比光速少)。

唯一不同的是線寬,而2號線的線比1號線寬一倍,那么2號線需要1號線2倍的電量來填滿多出的線寬面積(其實是導(dǎo)線銅皮與底面產(chǎn)生的電容效應(yīng))。也就是說:Q2=兩倍的Q1。

因為 i = Q/T (射頻電流=電量/時間),那么可以知道2號線的射頻電流是1號線的兩倍(因為時間是一樣的,2號線電量是1號線的兩倍)。

好了,我們知道了 i2=兩倍的i1。

到了這里,我們找出個神秘的特性阻抗就不遠(yuǎn)了,為什么呢,因為我們知道電阻=電壓/電流。其實特性阻抗也有這種關(guān)系:特性阻抗=射頻電壓/射頻電流。

從上面我們知道,射頻電壓一樣的,電流關(guān)系為 i2=兩倍的i1 。

則2號線的特性阻抗只有1號線的一半!

這就是我們所說的線越是寬,特性阻抗越小。

上面是我舉個例子說明特性阻抗與電阻的區(qū)別,以及為什么同樣一個板子,特性阻抗與線寬有關(guān)系,與長度沒有關(guān)系。

實際上影響特性阻抗的因素很多,包括材料,導(dǎo)線與底板地間距等等很多因素相關(guān)。

導(dǎo)線的特性阻抗用通俗的話來描述(只是比喻),就是導(dǎo)線對其上面?zhèn)鬏數(shù)纳漕l能量阻礙力的大小。

認(rèn)識傳輸線的反射

上面我們是假設(shè)導(dǎo)線是無限長的,而實際上的導(dǎo)線長度是有限。當(dāng)射頻信號到達導(dǎo)線末端,能量沒有辦法釋放,就會沿著導(dǎo)線反傳回來。就跟我們對著墻喊,聲音碰到墻反傳回來產(chǎn)生回音。

也就是說我們想像中的射頻信號發(fā)射出去就沒有反射回來的情況在現(xiàn)實是不存在的。

如上圖所示,假如我們在線的末端接上一個電阻來消耗(或者接收)線上傳輸過來的射頻能量。

有人會問,為什么導(dǎo)線的特性阻抗的電阻不消耗能量,非要接個電阻才能消耗呢?其實啊,導(dǎo)線只是傳輸能量的,導(dǎo)線本身并不消耗能量或者近似于不損耗能量(有點像電容或者電感的屬性)。電阻則是一個損耗能量的元件。

我們發(fā)現(xiàn)有三種特殊情況:

當(dāng)R=R0 時,傳輸過來的能量剛剛好被末端的電阻R吸收完,沒有能量反射回去??煽闯蛇@導(dǎo)線是無線長。

當(dāng)R=∞時(開路),能量全部反射回去,而且在線的末端點會產(chǎn)生2倍于發(fā)射源的電壓。

當(dāng)R=0時,末端點會產(chǎn)生一個-1倍于源電壓反射回去。

認(rèn)識阻抗匹配

阻抗匹配是指負(fù)載阻抗與激勵源內(nèi)部阻抗互相適配,得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。

阻抗匹配是針對射頻等而言的,對于功率電路則不適用的,否則會燒掉東西。

我們常常聽說特性阻抗50歐姆,75歐姆等等,這個50歐姆是怎么來的,為什么是50歐姆 而不是51歐姆呢,或者45歐姆呢?

這個是約定來的,50歐姆應(yīng)該說對于一般射頻電路傳輸效果更好。

也就是說,我們的導(dǎo)線,電纜要做50歐姆,是因為電路負(fù)載已經(jīng)相當(dāng)于50歐姆的電阻。你做別的阻抗值導(dǎo)線,就和負(fù)載不匹配。偏離越遠(yuǎn),傳輸?shù)男Ч蜁讲睿?/p>

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原文標(biāo)題:了解這3大特性,再也不擔(dān)心傳輸線問題了!

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