最近在做微小信號經過運放放大時，再次讓我感受到阻抗匹配的重要性。經過一天的研究以及整理，小編總結出一下關於阻抗匹配的一些理解。
介紹阻抗匹配之前，離不開兩個詞，輸入阻抗和輸出阻抗。前期的文章已經介紹過輸入阻抗和輸出阻抗，這里就不再贅述。
阻抗匹配
阻抗匹配是指信號源或者傳輸線跟負載之間的一種合適的搭配方式。阻抗匹配分為低頻和高頻兩種情況討論。
先從直流電壓源驅動一個負載入手。由於實際的電壓源，總是有內阻的，我們可以把一個實際電壓源，等效成一個理想的電壓源跟一個電阻r串聯的模型。假設負載電阻為R，電源電動勢為U，內阻為r，那么我們可以計算出流過電阻R的電流為：I=U/(R+r)，可以看出，負載電阻R越小，則輸出電流越大。負載R上的電壓為：Uo=IR=U/[1+(r/R)]，可以看出，負載電阻R越大，則輸出電壓Uo越高。
再來計算一下電阻R消耗的功率為：
P=I2×R=[U/(R+r)]2×R=U2×R/(R2+2×R×r+r2)
=U2×R/[(R-r)2+4×R×r]
=U2/{[(R-r)2/R]+4×r}
對於一個給定的信號源，其內阻r是固定的，而負載電阻R則是由我們來選擇的。注意式中[(R-r)2/R]，當R=r時，[(R-r)2/R]可取得最小值0，這時負載電阻R上可獲得最大輸出功率Pmax=U2/(4×r)。即，當負載電阻跟信號源內阻相等時，負載可獲得最大輸出功率，這就是常說的阻抗匹配之一。
此結論同樣適用於低頻電路及高頻電路。當交流電路中含有容性或感性阻抗時，結論有所改變，就是需要信號源與負載阻抗的的實部相等，虛部互為相反數，這叫做共扼匹配。在低頻電路中，我們一般不考慮傳輸線的匹配問題，只考慮信號源跟負載之間的情況，因為低頻信號的波長相對於傳輸線來說很長，傳輸線可以看成是“短線”，反射可以不考慮（可以這么理解：因為線短，即使反射回來，跟原信號還是一樣的）。
結論：
如果我們需要輸出電流大，則選擇小的負載R；
如果我們需要輸出電壓大，則選擇大的負載R；
如果我們需要輸出功率最大，則選擇跟信號源內阻匹配的電阻R。
在高頻電路中，我們還必須考慮反射的問題。對於數字電路，一般超過30MHz就認為是高頻電路。
當信號的頻率很高時，則信號的波長就很短，當波長短得跟傳輸線長度可以比擬時，反射信號疊加在原信號上將會改變原信號的形狀。如果傳輸線的特征阻抗跟負載阻抗不相等（即不匹配）時，在負載端就會產生反射。
C=Y*F，其中電磁波或電流C為傳輸速度，近似為光速，Y為波長，F為頻率。
為了不產生反射，負載阻抗跟傳輸線的特征阻抗應該相等，這就是傳輸線的阻抗匹配。
特征阻抗，它不是直流電阻，屬於長線傳輸中的概念。在高頻范圍內，信號傳輸過程中，信號沿到達的地方，信號線和參考平面（電源或地平面）間由於電場的建立，會產生一個瞬間電流，如果傳輸線是各向同性的，那么只要信號在傳輸，就始終存在一個電流I，而如果信號的輸出電平為V，在信號傳輸過程中，傳輸線就會等效成一個電阻，大小為V/I，把這個等效的電阻稱為傳輸線的特性阻抗Z。
測量特性阻抗時，可在電纜的另一端用特性阻抗的等值電阻終接，其測量結果會跟輸入信號的頻率有關。
如果阻抗不匹配，則會形成反射，能量傳遞不過去，降低效率；會在傳輸線上形成駐波（簡單的理解，就是有些地方信號強，有些地方信號弱），導致傳輸線的有效功率容量降低；功率發射不出去，甚至會損壞發射設備。如果是電路板上的高速信號線與負載阻抗不匹配時，會產生震盪，輻射干擾等。
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