输入阻抗与输出阻抗的功能及区别详解
|
有关输入阻抗与输出阻抗的功能及区别，输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗，输出阻抗就是一个信号源的内阻，阻抗匹配是指信号源或传输线跟负载间的一种合适的搭配方式。 一、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就是U/I。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，可以认为：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，在获取最大输出功率时，也要考虑阻抗匹配的问题。 二、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时，需要特别注意。但现实中的电压源，则不能做到这一点。 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”一问)。同样，一个理想的电流源，输出阻抗应是无穷大，但实际的电路是不可能的。 三、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，将阻抗匹配分为低频和高频二种情况分开讨论。 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(请参看输出阻抗一问)，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： P=I2×R=[U/(R r)]2×R=U2×R/(R2 2×R×r r2) =U2×R/[(R-r)2 4×R×r] =U2/{[(R-r)2/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.注意式中[(R-r)2/R]，当R=r时，[(R-r)2/R]可取得最小值0，这时负载电阻R上可获得最大输出功率Pmax=U2/(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，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，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，结论：如果我们需要输出电流大，则选择小的负载R;如果需要输出电压大，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。 |
