[通用]阻抗變換器簡介

對于圖1的二端口網(wǎng)絡(luò)，輸入電壓U1(s)、輸入電流I1(s)與輸出電壓U2(s)、輸出電流I2(s)的關(guān)系，可根據(jù)電路傳輸方程寫為 (1)式中參數(shù)A、B、C、D由網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、元件性質(zhì)和數(shù)值決定。若一網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成使得這四個參數(shù)中B=C=0，但A、D厵0，那么這個網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗Zi(s)將為 (2)式中f(s)=A/D，稱為變換因子，是復頻率變量s的函數(shù)。式(2)反映輸入阻抗Zi(s)與負載阻抗ZL(s)有一定比例的變換關(guān)系。

在有源網(wǎng)絡(luò)中常用的負阻抗變換器(NIC)，也是一種廣義阻抗變換器，只是它的變換因子f(s)是負實常數(shù)，使接在網(wǎng)絡(luò)一側(cè)的阻抗被變換為另一側(cè)的負阻抗，因而可用以作為負阻元件。

對于圖1的二端口網(wǎng)絡(luò)的四個參數(shù)，若A=D=0，但B、C厵0，那么兩個端口上的阻抗關(guān)系將為 (3)它表示從一個端口看進去的阻抗 Zi(s)與另一端口跨接的負載ZL(s)成倒數(shù)關(guān)系。式中g(shù)(s)=B/C，稱為倒量變換因子。廣義阻抗倒量器是B.D.H.特勒根于1948年首先提出的。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同，由它所決定的參數(shù)B、C也不同，因而可以獲得不同類型的阻抗倒量特性。

一種常用的阻抗倒量器，它的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)B=r，C=1/r，倒量變換因子g(s)=B/C=r2。式中r為正實常數(shù)，稱為回轉(zhuǎn)電阻。當在回轉(zhuǎn)器的一個端口上接電容器C 時，其另一個端口的阻抗將呈感抗特性，即依式(3)有 (4)式中稱為模擬電感值。如C=1微法，r=10千歐，即可用以模擬一個100亨的電感器。

阻抗變換器的變換內(nèi)容和電路形式很多。圖2a是由運算放大器組成的一種典型的 GIC電路。若運算放大器是理想的，則該電路的輸入阻抗為 (5)若將圖中的Z1、Z2、Z3分別換為電阻R1、R2、R3，且以電容器C 取代Z4并使負載為純電阻RL，則這一電路就變成圖2b的形式，其輸入阻抗為 (6)它相當于接地電感器，其等效電感。

若圖2a的Z2、Z3、Z4分別換為電阻R2、R3、R4，且以電容器C1取代Z1并負載為純電容CL，則這一電路就變成圖2c的形式，其輸入阻抗為 (7)當s=jw時， (8)它是一種與頻率的平方成反比的負電阻，稱為頻變負阻(FDNR)，是有源網(wǎng)絡(luò)中的又一種二端口元件。

用兩個運算放大器可實現(xiàn)回轉(zhuǎn)器電路。若運算放大器為理想器件，且負載端接電容器C，則從輸入端看進去的輸入阻抗等效為一個電。此外，用來實現(xiàn)阻抗變換的網(wǎng)絡(luò)元件尚可舉出變壓器、射極跟隨器和各種傳輸線元件。

阻抗匹配是無線電技術(shù)中常見的一種工作狀態(tài)，它反映了輸入電路與輸出電路之間的功率傳輸關(guān)系.當電路實現(xiàn)阻抗匹配時，將獲得最大的功率傳輸.反之，當電路阻抗失配時，不但得不到最大的功率傳輸，還可能對電路產(chǎn)生損害.

阻抗匹配常見于各級放大電路之間、放大器與負載之間、測量儀器與被測電路之間、天線與接收機或發(fā)信機與天線之間，等等.例如，擴音機的輸出電路與揚聲器之間必須做到阻抗匹配，不匹配時，擴音機的輸出功率將不能全部送至揚聲器.如果揚聲器的阻抗遠小于擴音機的輸出阻抗，擴音機就處于過載狀態(tài)，其末級功率放大管很容易損壞.反之，如果揚聲器的阻抗高于擴音機的輸出阻抗過多，會引起輸出電壓升高，同樣不利于擴音機的工作，聲音還會產(chǎn)生失真.因此擴音機電路的輸出阻抗與揚聲器的阻抗越接近越好.

為使其阻抗匹配，需采用阻抗變換器進行匹配。常用的同軸線阻抗變換器有直線漸變式和階梯式兩種。

使入端阻抗與出端阻抗形成一定關(guān)系的二端口網(wǎng)絡(luò)。1954年J.G.林維爾把負阻抗變換器用于有源濾波器并建立了有關(guān)理論。

隨著集成電路技術(shù)的進步，使用集成運算放大器構(gòu)成阻抗變換器，已成為有源濾波器設(shè)計的基該方法。

阻抗變換器可分為廣義阻抗變換器 (GIC)和廣義阻抗倒量器(GII)兩種。