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电路常识性概念（1）-输入、输出阻抗 2008-05-27 22:44 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] 2 2 =U /{ [(R-r) /R] + 4×r } 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。 2 2 注意式中[(R-r) /R]，当 R=r 时，[(R-r) /R]可取得最小值 0，这时负载电阻 R 上可获得最 2 大输出功率 Pmax=U /(4×r)。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