关于阻抗匹配与50Ω电阻的问题

bigbat

关于阻抗匹配与50Ω电阻的问题 [复制链接]

 

1阻抗匹配后电路中的输出才能功率最大，据说电路中的50Ω问题是因为说在同轴电缆时代的一个实验：

发现如果电路中的信号在电阻为30~70Ω之间的时候，传输线的效率最高。这就有了50Ω的说法，既：输入阻抗=输出阻抗=50Ω的时候整个电路的效率最高,

我的理解就是：输出内阻＋同轴电缆电阻＋输入阻抗＝100Ω,是这样吗?

2那么一个TTL逻辑门电路的:电平只规定了电压,好像没有规定电流的大小,那么PCB设计中的串联电阻消除放射的说法是怎么来的.

3一个电路的阻抗为50欧姆Ω,那么5V的电路输出就得5V/50=100mA的电流,我想这个电流的功率可是很高的呀.按照这个计算方法,一个单片机就得好几瓦的功率,这怎么可能.

 

maychang

【发现如果电路中的信号在电阻为30~70Ω之间的时候，传输线的效率最高】

不是这样。

传输线（包括同轴电缆）有其自身的特性阻抗。该特性阻抗由传输线导线直径、两导线之间的距离、两导线之间的介质……决定。当负载阻抗等于传输线特性阻抗时，在负载端信号没有反射。

maychang

传输线也不一定是50欧。过去电视机天线到电视机所使用的传输线，其特性阻抗就是75欧。

maychang

【我的理解就是：输出内阻＋同轴电缆电阻＋输入阻抗＝100Ω,是这样吗?】

不是。信号源输出内阻为50欧，传输线是信号源的负载，传输线特性阻抗为50欧，等于说信号源的负载阻抗为50欧。传输线的后级输入阻抗为50欧，就是传输线的负载为50欧。

传输线的特性阻抗，绝对不是【同轴电缆电阻】。

maychang

【按照这个计算方法,一个单片机就得好几瓦的功率,这怎么可能.】

你何时见到单片机直接驱动传输线或者同轴电缆？

bigbat

maychang 发表于 2023-9-7 15:44 传输线也不一定是50欧。过去电视机天线到电视机所使用的传输线，其特性阻抗就是75欧。

有线电视是75欧的这个是呀。50是一个中间值，常见到是在通讯中为50欧，实验说的是：30~70欧姆之间的传输效果较好。所以就取了50欧姆的值。

我没有看到这个实验的具体过程，也就不了解细节。所以才会疑惑。

从同轴电缆配置终端电阻的操作来看，应该电路的内阻是75欧姆，对于芯片来说75欧姆的输出要求也是很高的呀。所以才会疑问。

maychang

bigbat 发表于 2023-9-7 15:54 有线电视是75欧的这个是呀。50是一个中间值，常见到是在通讯中为50欧，实验说的是：30~70欧姆之间的传输 ...

【实验说的是：30~70欧姆之间的传输效果较好】

传输线特性阻抗，前已说明：由导线直径、两导线之间的距离、两导线之间的介质……决定。就是说，是传输线自身的性质。没有什么【传输效果较好】。

bigbat

maychang 发表于 2023-9-7 15:43 【发现如果电路中的信号在电阻为30~70Ω之间的时候，传输线的效率最高】 不是这样。 传输线（包 ...

根据实验的说法，是验证同轴电缆在设备输出在50欧姆时（这是一个范围）效率较高，所以设备的输出就定在50欧姆的阻值上面。

至于任何情况下阻抗匹配都是输出功率最高，这个与是不是50欧姆没有关系吧，对于信号只要长度大于波长的距离，放射都会很明显，距离近了只是不明显而已，应该不是没有反射。阻抗匹配后输出的信号被吸收的多，反射很少而已。

bigbat

maychang 发表于 2023-9-7 15:58 【实验说的是：30~70欧姆之间的传输效果较好】 传输线特性阻抗，前已说明：由导线直径、两导线之间的 ...

前面实验说了是同轴电缆，所以你说的这三件事都是固定了的，“由导线直径、两导线之间的距离、两导线之间的介质，”，实验是为了验证设备在什么内阻的情况下传输效果最好。

maychang

bigbat 发表于 2023-9-7 16:02 根据实验的说法，是验证同轴电缆在设备输出在50欧姆时（这是一个范围）效率较高，所以设备的输出就定在50 ...

【根据实验的说法，是验证同轴电缆在设备输出在50欧姆时（这是一个范围）效率较高】

同轴电缆的特性阻抗想做多高都可以。但受生产工艺限制，可以达到的阻抗范围只能在一定范围内，例如两导线之间的距离达到一米，没有人会用这样的传输线，导线的直径也不能太小或者太大，太小了强度成问题，太大了费铜。没有什么【效率较高】。

顺便说一句：早期的传输线，两导线之间的距离就是数十厘米。这在今天是不可想象的。

maychang

bigbat 发表于 2023-9-7 16:02 根据实验的说法，是验证同轴电缆在设备输出在50欧姆时（这是一个范围）效率较高，所以设备的输出就定在50 ...

【对于信号只要长度大于波长的距离，放射都会很明显，距离近了只是不明显而已，应该不是没有反射】

这句话里面，【放射】和【反射】是不是一个意思？

 

【对于信号只要长度大于波长的距离，放射都会很明显】

如果这里的【放射】是电磁波发射到自由空间的意思，那么这句话是错误的。使用传输线目的之一，就是传输线发射到自由空间的能量很小。

maychang

bigbat 发表于 2023-9-7 16:11 前面实验说了是同轴电缆，所以你说的这三件事都是固定了的，“由导线直径、两导线之间的距离、两导 ...

没有的事。

同轴电缆的内导线直径、介质直径、介质材料都可以选择，所以同轴电缆特性阻抗可以变动。适宜通常条件使用的同轴电缆选择了50欧，设备就要设计成内阻为50欧。

设备为同轴电缆服务，服从同轴电缆的阻抗要求，而不是同轴电缆服从设备要求。

bigbat

maychang 发表于 2023-9-7 16:14 【根据实验的说法，是验证同轴电缆在设备输出在50欧姆时（这是一个范围）效率较高】 同轴电缆的特性阻 ...

我发帖的目的是想搞清楚在设计PCB当中，在输出线上串接电阻可以消除反射的方式是怎么来的，这个阻值为什么取22欧姆、33欧姆等。

以22欧姆为例：那就是说输出阻抗为22欧姆了，可是输入芯片的阻抗是很大的呀（为了方便假定500K），这个22+500K怎么能够匹配呢，无论如何也不能够阻抗匹配。如果真是22欧姆那得是多大的功耗，就以5V计算，5/22=227mA，这显然不可能输出阻抗为22欧姆。所以困惑。

   

  

 

maychang

bigbat 发表于 2023-9-7 16:34 我发帖的目的是想搞清楚在设计PCB当中，在输出线上串接电阻可以消除反射的方式是怎么来的，这个阻值为什 ...

【我发帖的目的是想搞清楚在设计PCB当中，在输出线上串接电阻可以消除反射的方式是怎么来的】

第一，这不是设计PCB的事情，是设计电路的事情。

第二，这不是传输线，更不是同轴电缆。

maychang

bigbat 发表于 2023-9-7 16:34 我发帖的目的是想搞清楚在设计PCB当中，在输出线上串接电阻可以消除反射的方式是怎么来的，这个阻值为什 ...

此电路右边的插座，猜测是台式计算机中常用的扁电缆，用于联接电路板和外壳上的打印机插座、老式硬盘等等。这种扁电缆不是传输线，但也具有一定特性阻抗。电路中芯片与扁缆之间串联一定电阻，确实可以减少信号的反射。

bigbat

maychang 发表于 2023-9-7 16:38 【我发帖的目的是想搞清楚在设计PCB当中，在输出线上串接电阻可以消除反射的方式是怎么来的】 第一， ...

这就是PCB的事，因为如果传输线长了才需要串接电阻，所以这个电阻是不是应该设置取决于PCB线路的传输线长度。

maychang

bigbat 发表于 2023-9-7 16:43 这就是PCB的事，因为如果传输线长了才需要串接电阻，所以这个电阻是不是应该设置取决于PCB线路的传输线长 ...

你设计PCB，电原理图中有没有这些电阻？如果电原理图中没有，你怎么画PCB？如果电原理图本来就有这些电阻，那就不是PCB设计的事情。

maychang

bigbat 发表于 2023-9-7 16:43 这就是PCB的事，因为如果传输线长了才需要串接电阻，所以这个电阻是不是应该设置取决于PCB线路的传输线长 ...

这些电阻，是否需要，取决于插座上扁缆长度。

而且，这些信号的波长，远小于扁缆长度。

bigbat

maychang 发表于 2023-9-7 16:47 这些电阻，是否需要，取决于插座上扁缆长度。 而且，这些信号的波长，远小于扁缆长度。

说的对呀，当然是因为频率高且传输距离大于波长才需要这些电阻的，这些电阻就是用来消除反射的。原理图中没有说需不需要这些电阻，有没有则是根据PCB的情况而定。传输线距离小于信号波长就可以不用。

bigbat

maychang 发表于 2023-9-7 16:47 这些电阻，是否需要，取决于插座上扁缆长度。 而且，这些信号的波长，远小于扁缆长度。

我大概已经知道原因了，因为在信号频率很高时，信号线或是传输线不是一根单纯的导线，而是电容+电感+很小的电阻的组合体，这个时候串接电阻的作用应该是增加传输线的总阻抗。