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一、阻抗

在具有电阻、电感和电容的电路里,对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示。阻抗由电阻、感抗和容抗三者组成,但不是三者简单相加。阻抗的单位是欧。在直流电中,物体对电流阻碍的作用叫做电阻,世界上所有的物质都有电阻,只是电阻值的大小差异而已。电阻很小的物质称作良导体,如金属等;电阻极大的物质称作绝缘体,如木头和塑料等。还有一种介于两者之间的导体叫做半导体,而超导体则是一种电阻值几近于零的物质。但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外,电容及电感也会阻碍电流的流动,这种作用就称之为电抗,意即抵抗电流的作用。电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗,简称容抗及感抗。它们的计量单位与电阻一样是欧姆,而其值的大小则和交流电的频率有关系,频率愈高则容抗愈小感抗愈大,频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题,具有向量上的关系式,因此才会说:阻抗是电阻与电抗在向量上的和。对于一个具体电路,阻抗不是不变的,而是随着频率变化而变化。在电阻、电感和电容串联电路中,电路的阻抗一般来说比电阻大。也就是阻抗减小到最小值。在电感和电容并联电路中,谐振的时候阻抗增加到最大值,这和串联电路相反。

二、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。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。

既然输入阻抗越大越好,那么我们想办法把它设计得很大很大,岂不是最好?当输入阻抗很大的时候,回路电流就会很小很小,而实际电路中,电流路径是容易被干扰的(来自其他信号的串扰,或来自空中的电磁辐射),这时只要一个很小的扰动叠加到回路电流上就会严重的干扰到信号质量。所以除非能够保证信号被很好的屏蔽,不受外界干扰,否则也不要把输入阻抗设计得过大。据说,据说啊~输入阻抗一般设计成47K,当然在这个值附近的几十K应该都可以吧~

三、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。

但现实中的电压源,则不能做到这一点。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”一问)。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。

如果选用的器件,输入阻抗就是很小,或者输出阻抗就是很大,怎么办?这个简单,在输入之前或者输出之后加一级电压跟随器就解决了。

1、在什么情况下输入阻抗应尽量大或尽量小?而输出阻抗为什么尽量小?输出阻抗与功率存在什么关系?

输入输出阻抗的确定是有前提的,无前提的说其是否应该尽量的大或尽量的小没有意义。一般而言,如果强调的是电压特性的话,通常要求具有较高的输入阻抗和较低的输出阻抗;而相对应的,如果强调的是电流特性的话,则通常要求具有较低的输入阻抗和较高的输出阻抗。另要注意的是,通常讨论的是动态阻抗,而忽略直流偏置。

2、输入输出阻抗与阻抗匹配有什么关系?是否应考虑高低频的情况?

电路中的电流和电压是“左膀右臂”,缺了谁都不行。这个概念在电尺寸(波长)和电路尺寸相近的情况下特别重要。如在高频电路中,孤立的电流和电压通常被一个貌似特别的“功率波”替代就是例证。阻抗匹配原则上就是针对“功率波”提出的。虽然阻抗匹配在电尺寸(波长)和电路尺寸相近的情况下(一般定为波长小于电路尺寸的十倍)必须予以考虑,但通常也只是考虑电路中的“走线”——传输线。因此,匹配只考虑器件间的连接上,即器件输出和输入的阻抗匹配,而将器件还是看成一个集总参数的东西。当然到了微波段时,情况可能变得更为复杂。输出阻抗越小,带负载能力越强,输入阻抗越大,与外部电路的隔离效果越好,阻抗匹配感觉就是为了消除各个电路功能模块之间的影响。简单的说在射频电路中,因为要获得最大功率,所以负载阻抗和源的戴维南等效阻抗成共轭关系就行了。这样电路电抗为零,实部相等,获得最大功率。输入输出阻抗,通常我们容易获得的是电压源,比如音频功放电路,这样就要求输入阻抗大,输出阻抗小,所以电路全局负反馈清一色的是电压串联负反馈。当然在光通信应用中很多时候是电流型的,这时情况就不一样了。总之,采用何种形式的负反馈始终与输入输出阻抗有关。