電路知識-阻抗概念分析-KIA MOS管

阻抗概念

阻抗是電阻和電抗的統稱(chēng)，電阻和電抗最大的差異在于電阻限流（歐姆定律）的同時(shí)會(huì )消耗電能。而電抗只限流，不消耗電能（不做功）。電阻在直流電和交流電下都有限流作用，而電抗只在交流電環(huán)境中有限流作用。

阻抗思維分析開(kāi)關(guān)電路

如下圖，V1持續向R1在輸送電流，圖中電流回路如綠色箭頭所示。如果想控制電流流向R1，有哪些辦法？

最常見(jiàn)的方法是，斷開(kāi)V1和R1之間的連接，切斷電流回路。如下圖所示。

或者我們可以把R1旁路，如下圖所示。將R1前面加一條導線(xiàn)，把電流引向阻抗低的通路上，R1上將獲得忽略不計的電流。

上述兩種方法，都很直截了當，要么將V1到R1的通路徹底斷開(kāi)，要么短路R1，解決的很徹底。但是在工程的世界里，我們無(wú)法做的這么干脆利落，往往講究個(gè)“差不多”就行。所以，“短路模型”只能做到“低阻抗”，“開(kāi)路模型”只能做到“高阻抗”，能量被大幅度“衰減”，就認為達標了。

如下圖所示，下圖為實(shí)際的電源-負載模型。我們看如何通過(guò)調整阻抗來(lái)達到開(kāi)關(guān)效果。實(shí)際電路中的電源都有輸出能力限制和內阻，輸出電流越大，輸出電壓也會(huì )越低。

如下內阻為0.1Ω，負載為1KΩ的電路。在當前情況下，負載兩端獲得的電壓為內阻和R2分壓而成。我們可以計算出V=5V*(1K/(1K+0.1))=4.9999V，I=5V/1000.1Ω=4.9mA。

如果用“開(kāi)路模型”的方法來(lái)斷開(kāi)電路，該怎么調整阻抗呢？就是在電源和負載之間串接遠大于1K的電阻，進(jìn)行串聯(lián)分壓，使得R2上獲得的電壓更小。如下圖，若串聯(lián)的1M電阻與負載分壓。可以計算出負載兩端最終分配的電壓：

V=5V*（1K/（0.1+1000K+1K））=0.00499V，I=5V/1001000.1Ω=0.0049mA。幅值削弱了接近1000倍，在工程思維上，R2近似于被“斷開(kāi)”了。

如果用“短路模型”的方法來(lái)斷開(kāi)R2，該怎么調整呢？就是在負載前端并聯(lián)遠小于0.1Ω的電阻，與內阻進(jìn)行串聯(lián)分壓，使得R2上獲得的電壓更小。如下圖，若濾波措施等效為并聯(lián)的0.005Ω電阻與內阻分壓。我們可以計算出負載R2兩端最終分配的電壓：

V=5V*（0.0049/（0.1+0.0049）=0.233V。幅值削弱了接近20倍，在工程思維上，R2同樣近似于被“斷開(kāi)”了。

如上就是半導體開(kāi)關(guān)電路的理論模型，以反相器電路為例：

當IN端加高電平時(shí)，我們會(huì )說(shuō)MOS管Q1導通。此時(shí)的導通狀態(tài)相當于Q1變成了一個(gè)阻抗為幾十毫歐的電阻，然后與R1電阻進(jìn)行分壓。假如上拉電阻R1太小，也為幾十毫歐，那即使IN為高，Q1導通，OUT端也無(wú)法輸出低電平。

當IN端加低電平時(shí)，我們會(huì )說(shuō)MOS管Q1截止。此時(shí)的截止狀態(tài)相當于Q1變成了一個(gè)阻抗為幾兆歐的電阻，與R1電阻進(jìn)行分壓。假如上拉電阻R1太大，也為幾兆歐，那即使IN為低，Q1截止，OUT端也無(wú)法輸出高電平。所以深入理解開(kāi)關(guān)電路時(shí)，要以阻抗的思維去分析。

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