電路設(shè)計(jì)：輸入輸出阻抗定義詳解

輸入阻抗即輸入電壓與電流之比，即Ri=U/I。在同樣的輸入電壓的情況下，如果輸入阻抗很低，就需要流過(guò)較大電流，這就要考驗(yàn)前級(jí)的電流輸出能力了;而如果輸入阻抗很高，那么只需要很小的電流，這就為前級(jí)的電流輸出能力減少了很大負(fù)擔(dān)。所以電路設(shè)計(jì)中盡量提高輸入阻抗。

再說(shuō)輸出阻抗，它可以看做輸出端內(nèi)阻r，可以等效為一個(gè)理想信號(hào)源(電源)和這個(gè)內(nèi)阻r的串聯(lián)。把它和下級(jí)電路的輸入阻抗結(jié)合起來(lái)看，就相當(dāng)于一個(gè)理想信號(hào)源(電源)和內(nèi)阻r還有下級(jí)輸入阻抗Ri組成的回路，內(nèi)阻r在回路中會(huì)起到分壓的作用，r越大，就會(huì)有更大的電壓分配給它，而更小的分配給下級(jí)電路;反之，r越小，則分配給下級(jí)電路的電壓越大，電路的效率越高。所以，當(dāng)然把輸出阻抗r設(shè)計(jì)得越小越好了。

回過(guò)頭來(lái)再說(shuō)，既然輸入阻抗越大越好，那么我們想辦法把它設(shè)計(jì)得很大很大，豈不是最好?不然，當(dāng)輸入阻抗很大的時(shí)候，回路電流就會(huì)很小很小，而實(shí)際電路中，電流路徑是容易被干擾的(來(lái)自其他信號(hào)的串?dāng)_，或來(lái)自空中的電磁輻射)，這時(shí)只要一個(gè)很小的擾動(dòng)疊加到回路電流上就會(huì)嚴(yán)重的干擾到信號(hào)質(zhì)量。所以除非能夠保證信號(hào)被很好的屏蔽，不受外界干擾，否則也不要把輸入阻抗設(shè)計(jì)得過(guò)大。據(jù)說(shuō)，據(jù)說(shuō)啊~輸入阻抗一般設(shè)計(jì)成47K，當(dāng)然在這個(gè)值附近的幾十K應(yīng)該都可以吧~

那位說(shuō)了，我選用的器件，輸入阻抗就是很小，或者輸出阻抗就是很大，我怎么辦啊?這個(gè)簡(jiǎn)單，在輸入之前或者輸出之后加一級(jí)電壓跟隨器就解決了。

還得補(bǔ)充一句，前邊說(shuō)的，都是指電壓信號(hào)，電流信號(hào)則要反過(guò)來(lái)看。如果是電流信號(hào)(電流源)，那么下一級(jí)的輸入阻抗越小，前一級(jí)的負(fù)載就越小;而前一級(jí)的輸出阻抗則越大，就會(huì)有越多的電流進(jìn)入下一級(jí)而不是消耗在本級(jí)內(nèi)。對(duì)于電流信號(hào)(電流源)的輸出阻抗r，應(yīng)該等效為理想電流源與之并聯(lián)吧，下一級(jí)的輸入阻抗再并聯(lián)到上邊去，基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)了，應(yīng)該翻書(shū)考證一下。

要求輸出電壓不因負(fù)載變化而變化，輸出阻抗應(yīng)盡量小，要求輸出電流不因負(fù)載變化而變化，輸出阻抗應(yīng)盡量大。不是所有情況都要求輸出阻抗盡量小。

輸出阻抗與功率無(wú)關(guān)。

“阻抗匹配”是電路中搞得非常混亂的一個(gè)概念，最好不用這個(gè)概念。

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1、在什么情況下輸入阻抗應(yīng)盡量大或盡量小?而輸出阻抗為什么盡量小?輸出阻抗與功率存在什么關(guān)系?

輸入輸出阻抗的確定是有前提的，無(wú)前提的說(shuō)其是否應(yīng)該盡量的大或盡量的小沒(méi)有意義。一般而言，如果強(qiáng)調(diào)的是電壓特性的話(huà)，通常要求具有較高的輸入阻抗和較低的輸出阻抗;而相對(duì)應(yīng)的，如果強(qiáng)調(diào)的是電流特性的話(huà)，則通常要求具有較低的輸入阻抗和較高的輸出阻抗。另要注意的是，通常討論的是動(dòng)態(tài)阻抗，而忽略直流偏置。

2、輸入輸出阻抗與阻抗匹配有什么關(guān)系?是否應(yīng)考慮高低頻的情況?

電路中的電流和電壓是“左膀右臂”，缺了誰(shuí)都不行。這個(gè)概念在電尺寸(波長(zhǎng))和電路尺寸相近的情況下特別重要。如在高頻電路中，孤立的電流和電壓通常被一個(gè)貌似特別的“功率波”替代就是例證。阻抗匹配原則上就是針對(duì)“功率波”提出的。

雖然阻抗匹配在電尺寸(波長(zhǎng))和電路尺寸相近的情況下(一般定為波長(zhǎng)小于電路尺寸的十倍)必須予以考慮，但通常也只是考慮電路中的“走線”——傳輸線。因此，匹配只考慮器件間的連接上，即器件輸出和輸入的阻抗匹配，而將器件還是看成一個(gè)集總參數(shù)的東西。當(dāng)然到了微波段時(shí)，情況可能變得更為復(fù)雜。

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輸出阻抗越小，帶負(fù)載能力越強(qiáng)，輸入阻抗越大，與外部電路的隔離效果越好，阻抗匹配感覺(jué)就是為了消除各個(gè)電路功能模塊之間的影響。

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簡(jiǎn)單的說(shuō)在射頻電路中，因?yàn)橐�獲得最大功率，所以負(fù)載阻抗和源的戴維南等效阻抗成共軛關(guān)系就行了。這樣電路電抗為零，實(shí)部相等，獲得最大功率。

輸入輸出阻抗，通常我們?nèi)菀撰@得的是電壓源，比如音頻功放電路，這樣就要求輸入阻抗大，輸出阻抗小，所以電路全局負(fù)反饋清一色的是電壓串聯(lián)負(fù)反饋。當(dāng)然在光通信應(yīng)用中很多時(shí)候是電流型的，這時(shí)情況就不一樣了�？傊�，采用何種形式的負(fù)反饋始終與輸入輸出阻抗有關(guān)。

阻抗定義

在具有電阻、電感和電容的電路里，對(duì)交流電所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示。阻抗由電阻、感抗和容抗三者組成，但不是三者簡(jiǎn)單相加。阻抗的單位是歐。在直流電中，物體對(duì)電流阻礙的作用叫做電阻，世界上所有的物質(zhì)都有電阻，只是電阻值的大小差異而已。電阻很小的物質(zhì)稱(chēng)作良導(dǎo)體，如金屬等;電阻極大的物質(zhì)稱(chēng)作絕緣體，如木頭和塑料等。還有一種介于兩者之間的導(dǎo)體叫做半導(dǎo)體，而超導(dǎo)體則是一種電阻值幾近于零的物質(zhì)。但是在交流電的領(lǐng)域中則除了電阻會(huì)阻礙電流以外，電容及電感也會(huì)阻礙電流的流動(dòng)，這種作用就稱(chēng)之為電抗，意即抵抗電流的作用。電容及電感的電抗分別稱(chēng)作電容抗及電感抗，簡(jiǎn)稱(chēng)容抗及感抗。它們的計(jì)量單位與電阻一樣是歐姆，而其值的大小則和交流電的頻率有關(guān)系，頻率愈高則容抗愈小感抗愈大，頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。此外電容抗和電感抗還有相位角度的問(wèn)題，具有向量上的關(guān)系式，因此才會(huì)說(shuō)：阻抗是電阻與電抗在向量上的和。對(duì)于一個(gè)具體電路，阻抗不是不變的，而是隨著頻率變化而變化。在電阻、電感和電容串聯(lián)電路中，電路的阻抗一般來(lái)說(shuō)比電阻大。也就是阻抗減小到最小值。在電感和電容并聯(lián)電路中，諧振的時(shí)候阻抗增加到最大值，這和串聯(lián)電路相反。

一、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(cè)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。

輸入阻抗跟一個(gè)普通的電抗元件沒(méi)什么兩樣，它反映了對(duì)電流阻礙作用的大小。對(duì)于電壓驅(qū)動(dòng)的電路，輸入阻抗越大，則對(duì)電壓源的負(fù)載就越輕，因而就越容易驅(qū)動(dòng)，也不會(huì)對(duì)信號(hào)源有影響;而對(duì)于電流驅(qū)動(dòng)型的電路，輸入阻抗越小，則對(duì)電流源的負(fù)載就越輕。因此，我們可以這樣認(rèn)為：如果是用電壓源來(lái)驅(qū)動(dòng)的，則輸入阻抗越大越好;如果是用電流源來(lái)驅(qū)動(dòng)的，則阻抗越小越好(注：只適合于低頻電路，在高頻電路中，還要考慮阻抗匹配問(wèn)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(wèn)題。

二、輸出阻抗

無(wú)論信號(hào)源或放大器還有電源，都有輸出阻抗的問(wèn)題。輸出阻抗就是一個(gè)信號(hào)源的內(nèi)阻。本來(lái)，對(duì)于一個(gè)理想的電壓源(包括電源)，內(nèi)阻應(yīng)該為0，或理想電流源的阻抗應(yīng)當(dāng)為無(wú)窮大。輸出阻抗在電路設(shè)計(jì)最特別需要注意。

但現(xiàn)實(shí)中的電壓源，則不能做到這一點(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(lái)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(hào)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(huì)有電流I從這個(gè)負(fù)載上流過(guò)，并在這個(gè)電阻上產(chǎn)生I×r的電壓降。這將導(dǎo)致電源輸出電壓的下降，從而限制了最大輸出功率(關(guān)于為什么會(huì)限制最大輸出功率，請(qǐng)看后面的“阻抗匹配”一問(wèn))。同樣的，一個(gè)理想的電流源，輸出阻抗應(yīng)該是無(wú)窮大，但實(shí)際的電路是不可能的。