輸入阻抗和輸出阻抗

1、輸入阻抗和輸出阻抗1.輸入阻抗輸入阻抗是指一個(gè)電路輸入端的等效阻抗。在輸入端上加上一個(gè)電壓源 U,測 量輸入端的電流 I,則輸入阻抗 Rin就是 U/I。你可以把輸入端想象成一個(gè)電阻的 兩端，這個(gè)電阻的阻值，就是輸入阻抗。輸入阻抗和一個(gè)普通的電抗元件沒什么兩樣，它反映了對電流阻礙作用的大 小。對于電壓驅(qū)動的電路，輸入阻抗越大，則對電壓源的負(fù)載就越輕，因而就越容 易驅(qū)動，也不會對信號源有影響。而對于電流型驅(qū)動的電路，輸入阻抗越小，則對 電源的負(fù)載就越輕。因此，我們可以這樣認(rèn)為:如果是用電壓源來驅(qū)動的，則輸入 阻抗越大越好;如果是用電流源來驅(qū)動的，則阻抗越小越好。（注：只適合低頻電 路，在高頻電路

2、中，還要考慮阻抗匹配問題。另外如果要獲取最大輸出功率時(shí)，也 要考慮阻抗匹配問題）2.輸出阻抗無論信號源或放大器還有電源，都有輸出阻抗的問題。輸出阻抗就是一個(gè)信號 源的內(nèi)阻。本來，對于一個(gè)理想的電壓源，內(nèi)阻應(yīng)該為 0,或理想電流源的阻抗應(yīng) 當(dāng)為無窮大。輸出阻抗在電路設(shè)計(jì)中特別需要注意。但現(xiàn)實(shí)的電壓源，則不能做大 這一點(diǎn)，我們常用一個(gè)理想電壓源串聯(lián)一個(gè)電阻 R的方式來等效一個(gè)實(shí)際的電壓 源。這個(gè)跟理想電壓源串聯(lián)的電阻 R，就是（信號源/放大器輸出/電源）的內(nèi)阻了。當(dāng)這個(gè)電壓源給負(fù)載供電時(shí)，就會有電流 I從這個(gè)負(fù)載上流過，并在這個(gè)電阻上產(chǎn) 生R的壓降。這將導(dǎo)致電源輸出電壓的下降， 從而限制了最大輸出

3、功率 （關(guān)于為 什么會限制最大輸出功率， 請看后面的“阻抗匹配”一問）。同樣的，一個(gè)理想的 電流源，輸出阻抗應(yīng)該是無窮大，但實(shí)際的電路是不可能的。3.阻抗匹配阻抗匹配是指信號源或者傳輸線跟負(fù)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。 我們先從直流電壓源驅(qū)動一個(gè)負(fù)載入手。 山于實(shí)際 的電壓源，總是有內(nèi)阻的，我們可以把一個(gè)實(shí)際電壓源，等效成一個(gè)理想的電壓源 跟一個(gè)電阻 r 串聯(lián)的模型。假設(shè)負(fù)載電阻為 R,電源電動勢為 U,內(nèi)阻為 r,那么 我們可以計(jì)算出流過電阻 R的電流為：I二 U / (R+r),可以看出，負(fù)載電阻 R越小，則輸出電流越大。負(fù)載 R上的電壓為：U。二 I

4、R二 U / (l+(r/R),可以看 出，負(fù)載電阻 R越大，則輸出電壓 U。越高。再來訃算一下電阻 R消耗的功率為：P = I*I*R = (U/(+r)2*R=U2/(R-r)2/R)+4*R)對于一個(gè)給定的信號源，其內(nèi)阻 R是固定的，而負(fù)載電阻 R則是山我們來選擇 的。注意式中(R-r) 2/R),當(dāng)R二r時(shí)， 取最小值0,這是負(fù)載電阻R上可獲得最大 輸出功率Pmax= U2/4/Ro即，當(dāng)負(fù)載電阻跟信號源內(nèi)阻相等時(shí)，負(fù)載可以獲得最 大輸出功率，這就是我們常說的阻抗匹配之一。對于純電阻電路，此結(jié)論同樣適用 于低頻及高頻電路。當(dāng)交流電路中含有容性或感性阻抗時(shí)，結(jié)論有所改變，就是需 要信號源

5、與負(fù)載阻抗的實(shí)部相等，虛部互為相反數(shù)，這叫做阻抗匹配。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(fù)載之間的情況，因?yàn)榈?頻信號的波長相對于傳輸線來說很長，傳輸線可以看成是短路，反射可以不考慮 (可以這么理解:因?yàn)榫€短，即使反射回來，跟原信號還是一樣的)。從以上分析我 們可以得出結(jié)論:如果我們需要輸出電流大，則選擇小的負(fù)載 R;如果我們需要輸出 電壓大，則選擇大的負(fù)載 R;如果我們需要輸出功率大，則選擇跟信號源內(nèi)阻匹配 的電阻 R。有時(shí)阻抗不匹配還有另外一層意思，例如一些儀器輸出斷時(shí)在特定的負(fù) 載條件下設(shè)訃的， 如果負(fù)載條件改變了， 則可能達(dá)不到原來的性能，這是我們也會 叫做

6、阻抗不匹配。在高頻電路中，我們還必須考慮反射的問題。當(dāng)信號的頻率很 高時(shí)，則信號的波長就很短，當(dāng)波長短得和傳輸線長度可以比擬時(shí)，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(fù)載阻抗不相等(不 匹配）時(shí)，會在負(fù)載端產(chǎn)生反射。為什么阻抗不匹配會產(chǎn)生反射以及特征阻抗的求 解方法，牽涉到二階偏微分方程的求解，在這里我們也不細(xì)說了，有興趣的可以參 考電磁場與微波方面書籍中的傳輸線理論。傳輸線的特征阻抗（也叫做特性阻抗）是 曲傳輸線的結(jié)構(gòu)及材料決定的，而與傳輸線的長度、以及信號的幅度、頻率無關(guān)。例如，常用閉路電視同軸電纜特性阻抗為 75歐，而一些射頻設(shè)備上則常用特 征阻抗為 50歐

7、的同軸電纜。另外還有一種常見的傳輸線是特性阻抗為 300歐德扁 平平行線，這在農(nóng)村實(shí)用的電視天線架上比較長見，用來做八木天線的饋線。因?yàn)?電視機(jī)的射頻輸入端輸入阻抗為 75歐，所以 300歐德饋線將與其不匹配。實(shí)際中 是如何解決這個(gè)問題的呢,不知道大家有沒有留意到，電視機(jī)的附件中，有一個(gè) 300歐到 73歐的阻抗轉(zhuǎn)換器。它里面就是一個(gè)傳輸線變壓器，將 300歐德阻抗， 變換成 75歐的，這樣就可以匹配起來了。這里需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，特性阻抗跟我 們理解的電阻不是一個(gè)概念，它與傳輸線的長度無關(guān)，也不能使用歐姆表來測量， 為了不產(chǎn)生反射，負(fù)載阻抗跟傳輸線的特性阻抗應(yīng)該相等，這就是傳輸線的阻抗匹 配，

8、如果阻抗不匹配會有什么不良后果呢,如果不匹配，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(qiáng)，有 些地方信號弱），導(dǎo)致傳輸線的有效功率容量降低;功率發(fā)射不出去，設(shè)置損壞發(fā)射 設(shè)備。如果是電路板上的高速信號與負(fù)載阻抗不匹配時(shí)，會產(chǎn)生振蕩、輻射干擾 等。當(dāng)阻抗不匹配時(shí)， 有哪些辦法讓它匹配呢,笫一， 可以考慮使用變壓器來做阻 抗轉(zhuǎn)換，就像上面所說的電視機(jī)中的那個(gè)例子那樣。第二可以考慮使用串聯(lián)/并聯(lián) 電容或電感的辦法，這在調(diào)試射頻電路時(shí)常使用。第三，可以考慮使用穿梁/并聯(lián)電阻的辦法。一些 驅(qū)動器的阻抗比較低，可以吊聯(lián)一個(gè)合適的電阻來跟傳輸線匹配，例如高速信號 線，有時(shí)會串聯(lián)一個(gè)兒十歐的電阻。而一些接收器的輸入阻抗比較高，可以使用并 聯(lián)電阻的方法，來跟傳輸線匹配，例如 485總線接收器，常在數(shù)據(jù)線終端并聯(lián) 120 歐德匹配電阻。為了幫助大家理解阻抗不匹配時(shí)的反射問題，我來舉兩個(gè)例子:假設(shè)你在練習(xí) 拳擊一打沙包。如果是一個(gè)重量合適的、硬度合適的沙包，你打上去會感覺很舒 服。但是，如果哪一天我把沙包做了手腳，例如，里面換成了鐵砂，你還是用以前 的力氣打上去，你的手可能就受不了了一這就是負(fù)載過重的情況，會產(chǎn)生很大的反 彈力。相反，如果我把里面換成了