本文主要详细解释什么是阻抗匹配。首先介绍了输入输出阻抗，然后介绍了阻抗匹配的原理，最后阐述了阻抗匹配的应用领域。让我们和边肖一起来看看吧。
一、输入阻抗输入阻抗是指电路输入端的等效阻抗。在输入端增加一个电压源U，测量输入端的电流I，则输入阻抗Rin为U/I.你可以把输入端想象成一个电阻的两端，这个电阻的阻值就是输入阻抗。
输入阻抗与普通电抗元件没有什么不同，它反映了对电流的阻碍程度。对于电压驱动电路，输入阻抗越大，电压源上的负载越轻，因此更容易驱动，不会影响信号源；对于电流驱动电路，输入阻抗越小，电流源的负载越轻。所以我们可以认为，如果是电压源驱动，输入阻抗越大越好；如果用电流源驱动，阻抗越小越好(注：只适用于低频电路，高频电路要考虑阻抗匹配)。此外，如果要获得最大输出功率，还应考虑阻抗匹配。
二、输出阻抗无论信号源、放大器还是电源，都存在输出阻抗的问题。输出阻抗是信号源的内阻。本来，对于一个理想的电压源(包括电源)，内阻应该为0，或者理想的电流源的阻抗应该为无穷大。但现实中的电压源做不到这一点。我们经常用一个理想电压源与一个电阻R串联来等效一个实际电压源。这个与理想电压源串联的电阻R就是(信号源/放大器输出/电源)的内阻。当这个电压源给负载供电时，会有电流I流过负载，在这个电阻上会产生Ir的压降。这会导致电源输出电压下降，从而限制最大输出功率(限制最大输出功率的原因请见后面的问题“阻抗匹配”)。同样，理想电流源的输出阻抗应该是无穷大，但实际电路是不可能的。
三、阻抗匹配阻抗匹配是指信号源或传输线与负载之间的一种合适的搭配方式。阻抗匹配分为低频和高频。让我们从驱动负载的DC电压源开始。因为实际电压源总有内阻，我们可以把一个实际电压源等效为一个理想电压源串联一个电阻R，假设负载电阻为R，电源电动势为U，内阻为R，那么我们就可以计算出流经电阻R的电流为I=U/(R r)。可以看出，负载电阻R越小，输出电流越大。负载R上的电压为：Uo=IR=u/[1 (r/r)]。可以看出，负载电阻R越大，输出电压UO越高。让我们通过下式计算电阻R的功耗：
对于给定的信号源，其内阻R是固定的，而负载电阻R是我们选择的。注意公式中的[(r-r) 2/r]。当R=r时，[(r-r) 2/r]可以得到最小值0，在负载电阻R上可以得到最大输出功率Pmax=U2/(4r)，即当负载电阻等于信号源内阻时，负载可以获得最大输出功率，这就是我们常说的阻抗匹配之一。这个结论同样适用于低频电路和高频电路。当交流电路含有容性或感性阻抗时，结论就变了，即信号源与负载阻抗的实部需要相等，虚部则相反，称为共轭匹配。在低频电路中，我们一般不考虑传输线的匹配问题，只考虑信号源与负载之间的情况，因为低频信号的波长相对于传输线来说是很长的，传输线可以看作是“短线”，反射可以忽略(可以理解为因为线短，所以即使反射回来也还是和原始信号一样)。从以上分析可以得出结论：如果需要大的输出电流，应选择小负载R；如果我们需要大的输出电压，选择大的负载r；如果我们需要最大输出功率，选择与信号源内阻匹配的电阻R。有时候阻抗不匹配还有另一层意思。例如，某些仪器的输出端子是在特定负载条件下设计的。如果负载条件发生变化，可能无法达到最初的性能。这时候我们也会称之为阻抗不匹配。
在高频电路中，我们还必须考虑反射的问题。当信号的频率很高时，信号的波长很短。当波长与传输线的长度相当时，当反射信号叠加在原始信号上时，原始信号的形状会发生变化。如果传输线的特性阻抗不等于负载阻抗(即不匹配)，负载端就会发生反射。阻抗不匹配时为什么会出现反射以及特性阻抗的求解涉及到二阶偏微分方程的求解。这里就不赘述了。有兴趣的可以参考电磁场和微波方面书籍中的传输线理论。传输线的特性阻抗(也叫特性阻抗)是由传输线的结构和材料决定的，与传输线的长度、信号的幅度和频率无关。例如，常见的闭路电视同轴电缆的特性阻抗为75，而在一些射频设备上通常使用特性阻抗为50的同轴电缆。另一种常见的传输线是特性阻抗为300的扁平平行线，常见于农村使用的电视天线架上，用作八木天线的馈线。因为电视的射频输入阻抗是75，所以300馈线不会与之匹配。
实践中如何解决这个问题？不知道大家有没有注意到，电视配件里面有一个300到75的阻抗转换器(一个塑料封装，一端有一个圆插头，大概两个拇指大小)。它其实就是一个传输线变压器，把300的阻抗转换成75，这样就可以匹配了。这里需要强调的是，特性阻抗与通常理解的电阻不是一个概念。它与传输线的长度无关，不能用欧姆表测量。为了避免反射，负载阻抗应该等于传输线的特性阻抗，也就是传输线的阻抗匹配。阻抗不匹配会有什么不良后果？如果不匹配，就会形成反射，能量通不过，降低效率；会在输电线路上形成驻波(简单理解，就是有的地方信号强，有的地方信号弱)，导致输电线路有效功率容量降低；电力无法传输，甚至会损坏传输设备。如果电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配，就会产生振动、辐射干扰等。
当阻抗不匹配时，有哪些方法可以使其匹配？第一，可以考虑使用变压器进行阻抗转换，就像上面提到的电视机里的例子一样。第二，可以考虑使用串/并联电容或电感，在调试射频电路时经常用到。第三，可以考虑使用串/并联电阻。有些驱动器阻抗较低，可以串联一个合适的电阻来匹配传输线，比如高速信号线，有时会串联一个几十欧姆的电阻。然而，某些接收机的输入阻抗相对较高，因此可以使用并联电阻来匹配传输线。例如，485总线接收器通常在数据线端并联一个120欧姆的匹配电阻。(始端串联匹配，终端并联匹配)
为了帮助大家理解阻抗不匹配时的反射问题，我举两个例子：假设你在练拳击3354打沙袋。如果是一个重量和硬度合适的沙袋，玩起来会觉得很舒服。但是，如果有一天我在沙袋上做手脚，比如把沙袋换成铁砂，你还是用之前的力道打，你的手可能会受不了3354。这是负载过重的情况，会产生很大的反弹力。相反，如果我换成很轻的东西，你出拳可能会打空，手可能会受不了3354。这是轻负载的情况。
四、阻抗匹配原理阻抗匹配的基本原理：
1、纯电阻电路
在物理和电学上，有一个中学生曾经讲过一个问题：当一个电阻为R的电器接在一个电动势为E内阻为R的电池组上，在什么条件下电源的功率输出会最大？当外电阻等于内阻时，电源输出到外电路的功率最大，这就是纯电阻电路的功率匹配。如果换成交流电路，电路也必须满足R=r的条件才能匹配。
2、电抗电路
电抗电路比纯电阻电路复杂，电路中除了电阻还有电容和电感。元件，并工作在低频或高频交流电路中。在交流电路中，电阻、电容和电感称为阻抗，用字母z表示，其中电容和电感对交流电的阻断作用分别称为容抗和感抗。容抗和感抗的值不仅与电容和电感的大小有关，还与交流电的频率有关。值得注意的是，在电抗电路中，电阻r、感抗、容抗的值不能用简单的算术相加，通常用阻抗三角形法计算(见图2)。所以匹配电抗电路比纯电阻电路更复杂。除了输入输出电路中电阻分量相等外，还要求电抗分量大小相等，符号相反(共轭匹配)。或者电阻分量和电抗分量都相等(无反射匹配)。这里所说的电抗x是感抗XL和容抗XC之差(仅针对串联电路，如果采用并联电路，计算更复杂)。满足以上条件称为阻抗匹配，负载能得到最大功率。
阻抗匹配的关键是前级的输出阻抗等于后级的输入阻抗。输入阻抗和输出阻抗广泛存在于各级电子电路、各种测量仪器和各种电子元器件中。那么什么是输入阻抗和输出阻抗呢？输入阻抗是指电路对信号源的阻抗。图3所示放大器的输入阻抗是移除信号源E和内阻R后从AB两端看到的等效阻抗。其值为z=ui/i1，即输入电压与输入电流之比。对于信号源来说，放大器就成了它的负载。从数字上看，放大器的等效负载值就是输入阻抗值。不同的电路对输入阻抗值有不同的要求。
比如万用表中电压块的输入阻抗(称为电压灵敏度)越高，对被测电路的分流就越小，测量误差就越小。电流模块的输入阻抗越低，被测电路的分电压就越小，因此测量误差也就越小。对于功率放大器来说，当信号源的输出阻抗等于放大电路的输入阻抗时，称为阻抗匹配，这时放大电路在输出端可以获得最大的功率。输出阻抗是指电路对负载的阻抗。如图4所示，电路输入端电源短路，输出端负载去掉后，从输出端CD看到的等效阻抗称为输出阻抗。如果负载阻抗不等于输出阻抗，则称为阻抗失配，负载无法获得最大功率输出。输出电压U2与输出电流I2的比值称为输出阻抗。不同的电路对输出阻抗有不同的要求。
例如，电压源要求低输出阻抗，而电流源要求高输出阻抗。对于放大电路，输出阻抗值显示了其承受负载的能力。通常输出阻抗小，承受负载的能力强。如果输出阻抗与负载不匹配，可以添加变压器或网络电路来实现匹配。例如，输出变压器通常连接在晶体管放大器和扬声器之间，放大器的输出阻抗与变压器的初级阻抗匹配，变压器的次级阻抗与扬声器的阻抗匹配。变压器通过初级绕组的匝数比来转换阻抗比。在实际电子电路中，经常会遇到信号源与放大电路或放大电路与负载的阻抗不相等，不能直接连接的情况。解决方案是在它们之间添加一个匹配电路或网络。最后，阻抗匹配仅适用于电子电路。因为电子电路本身传输的信号功率很弱，所以需要匹配来提高输出功率。但电气线路一般不考虑匹配，否则输出电流过大，电器损坏。
五、阻抗匹配的应用对于一般的高频信号场，比如时钟信号、总线信号，甚至是几百兆的DDR信号，一般器件的收发信机的感抗和容抗都比较小，相对电阻(即阻抗的实部)可以忽略不计。这时候阻抗匹配只需要考虑实部。
在射频领域，许多器件，如天线、功率放大器等，具有非实的输入输出阻抗(非纯电阻)，其虚部(容抗或感抗)过大，无法忽略，应采用共轭匹配法。
