电路常识性概念介绍.pdf

电路常识性概念 电路常识性概念（1）-输入、输出阻抗 1、输入阻抗 输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗。在输入端上加上一个电压源 U，测量输入端的电流I，则输入阻抗Rin=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。 输入阻抗跟一个普通的电抗元件没什么两样，它反映了对电流阻碍作用 的大小。 对于电压驱动的电路，输入阻抗越大，则对电压源的负载就越轻，因而 就越容易驱动，也不会对信号源有影响；而对于电流驱动型的电路，输入阻抗越 小，则对电流源的负载就越轻。因此，我们可以这样认为：如果是用电压源来驱 动的，则输入阻抗越大越好；如果是用电流源来驱动的，则阻抗越小越好（注： 只适合于低频电路，在高频电路中，还要考虑阻抗匹配问题。另外如果要获取最 大输出功率时，也要考虑阻抗匹配问题。） 2、输出阻抗 无论信号源或放大器还有电源，都有输出阻抗的问题。输出阻抗就是一 个信号源的内阻。本来，对于一个理想的电压源（包括电源），内阻应该为0， 或理想电流源的阻抗应当为无穷大。输出阻抗在电路设计最特别需要注意。 现实中的电压源，则做不到这一点。我们常用一个理想电压源串联一个 电阻r的方式来等效一个实际的电压源。这个跟理想电压源串联的电阻r，就是 （信号源/放大器输出/电源）的内阻了。当这个电压源给负载供电时，就会有电 流I从这个负载上流过，并在这个电阻上产生I×r的电压降。这将导致电源输 出电压的下降，从而限制了最大输出功率（关于为什么会限制最大输出功率，请 看后面的“阻抗匹配”）。同样的，一个理想的电流源，输出阻抗应该是无穷大， 但实际的电路是不可能的。 3、阻抗匹配 阻抗匹配是指信号源或者传输线跟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两种情况讨论。 我们先从直流电压源驱动一个负载入手。由于实际的电压源，总是有内 阻的，我们可以把一个实际电压源，等效成一个理想的电压源跟一个电阻r串联 的模型。假设负载电阻为R，电源电动势为U，内阻为r，那么我们可以计算出 流过电阻R的电流为：I=U/(R+r)，可以看出，负载电阻R越小，则输出电流越 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，则 输出电压Uo越高。再来计算一下电阻R消耗的功率为： 2 2 2 2 2 P=I×R=[U/(R+r)]×R=U×R/(R+2×R×r+r) 2 2 =U×R/[(R-r)+4×R×r] =U/{ [(R-r)/R] + 4×r }2 2 对于一个给定的信号源，其内阻r是固定的，而负载电阻R则是由我们 来选择的。 注意式中[(R-r)/R]，当R=r时，[(R-r)/R]可取得最小值0，这时负载2 2 电阻R上可获得最大输出功率Pmax=U/(4×r)2 。即，当负载电阻跟信号源内 阻相等时，负载可获得最大输出功率，这就是我们常说的阻抗匹配之一。 对于纯电阻电路，此结论同样适用于低频电路及高频电路。当 交流电路中含有容性或感性阻抗时，结论有所改变（是对于最大输出功 率而言的），就是需要信号源与负载阻抗的的实部相等，虚部互为相反 数，这叫做共扼匹配。在低频电路中，我们一般不考虑传输线的匹配问题， 只考虑信号源跟负载之间的情况，因为低频信号的波长相对于传输线来说很长， 传输线可以看成是“短线”，反射可以不考虑（可以这么理解：因为线短，即使 反射回来，跟原信号还是一样的）。 从以上分析我们可以得出结论：如果我们需要输出电流大，则选择小的 负载R；如果我们需要输出电压大，则选择大的负载R；如果我们需要输出功率 最大，则选择跟信号源内阻匹配的电阻R。有时阻抗不匹配还有另外一层意思， 例如一些仪器输出端是在特定的负载条件下设计的，如果负载条件改变了，则可 能达不到原来的性能，