PCB设计知识总结：什么是阻抗？怎样计算阻抗值?

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，实际称为电阻，虚称为电抗。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。

 

阻抗是表示元件性能或一段电路电性能的物理量。交流电路中一段无源电路两端电压峰值（或有效值）Um与通过该电路电流峰值（或有效值）Im之比称为阻抗，用z表示，单位为欧姆（Ω）。在U一定的情况下，z越大则I越小，阻抗对电流有限制的作用。

 

 

Z=R+i（ωL–1/（ωC））

说明：负载是电阻、电感的感抗、电容的容抗三种类型的复物，复合后统称“阻抗”，写成数学公式即是：阻抗Z=R+i（ωL–1/（ωC））。其中R为电阻，ωL为感抗，1/（ωC）为容抗。

（1）如果（ωL–1/ωC）》0，称为“感性负载”；

（2）反之，如果（ωL–1/ωC）《0称为“容性负载”。

 

计算阻抗需通常需要专业的计算软件，而且需要复杂的一系列多达10多项参数，如，板厚，铜厚，PP厚，PP节电常数，阻焊节电常数，阻焊在线路上的厚度，阻焊在基材上的厚度等等。

 

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。

 

当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时，为使负载得到最大功率，负载阻抗与内阻必须满足共扼关系，即电阻成份相等，电抗成份只数值相等而符号相反。这种匹配条件称为共扼匹配。

 

阻抗匹配有两种，一种是透过改变阻抗力（lumped-circuit matching），另一种则是调整传输线的波长（transmission line matching）。

 

要匹配一组线路，首先把负载点的阻抗值，除以传输线的特性阻抗值来归一化，然后把数值划在史密夫图表上。

 

改变阻抗力

 

把电容或电感与负载串联起来，即可增加或减少负载的阻抗值，在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。如果把电容或电感接地，首先图表上的点会以图中心旋转180度，然后才沿电阻圈走动，再沿中心旋转180度。重覆以上方法直至电阻值变成1，即可直接把阻抗力变为零完成匹配。

 

调整传输线

 

由负载点至来源点加长传输线，在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走动，直至走到电阻值为1的圆圈上，即可加电容或电感把阻抗力调整为零，完成匹配。