輸入阻抗和輸出阻抗的分析-KIA MOS管

輸入阻抗、輸出阻抗

輸入阻抗（input impedance)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。

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，這就要考驗前級的電流輸出能力了;而如果輸入阻抗很高，那么只需要很小的電流，這就為前級的電流輸出能力減少了很大負擔。所以電路設計中盡量提高輸入阻抗。

輸入阻抗跟一個(gè)普通的電抗元件沒(méi)什么兩樣，它反映了對電流阻礙作用的大小。

對于電壓驅動(dòng)的電路，輸入阻抗越大，則對電壓源的負載就越輕，因而就越容易驅動(dòng)，也不會(huì )對信號源有影響；而對于電流驅動(dòng)型的電路，輸入阻抗越小，則對電流源的負載就越輕。

因此，我們可以這樣認為：如果是用電壓源來(lái)驅動(dòng)的，則輸入阻抗越大越好；如果是用電流源來(lái)驅動(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。

電壓源驅動(dòng)的電路

所謂電壓源驅動(dòng)，可以理解為沒(méi)有內阻且總是充滿(mǎn)能量的恒壓電池作為能量源，給負載供電。

一個(gè)類(lèi)似于能量源的電壓源U，加到負載的兩端，產(chǎn)生的電流I，那么負載的阻抗Rin就是U/I。

負載上消耗的功率P=UI=U/Rin，由公式可知，這里的Rin總是起到減少電流I的作用，Rin越大，負載消耗的能量就越小；這里負載的阻抗就是負載的輸入阻抗。

電流源驅動(dòng)的電路

與電壓源驅動(dòng)的電路正好相反，電流源驅動(dòng)可以理解為一個(gè)電流恒定的能量源I，給負載供電。

由歐姆定律可知，產(chǎn)生的電壓為U=I*Rin，負載消耗的功率為P=U*I=I*I*Rin，由公式可知，這里負載輸入阻抗Rin起到增大功率的作用，恒流源驅動(dòng)的電路，電阻越大，負載兩端電壓越高，消耗的功率越大。

輸出阻抗

輸出阻抗（output impedance) 含獨立電源網(wǎng)絡(luò )輸出端口的等效電壓源(戴維南等效電路）或等效電流源(諾頓等效電路）的內阻抗。其值等于獨立電源置零時(shí)，從輸出端口視入的輸入阻抗。

無(wú)論信號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)信號源的內阻。本來(lái)，對于一個(gè)理想的電壓源(包括電源)，內阻應該為0，或理想電流源的阻抗應當為無(wú)窮大。輸出阻抗在電路設計最特別需要注意。

現實(shí)中的電壓源，則做不到這一點(diǎn)，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就是信號源/放大器輸出/電源的內阻了。

當這個(gè)電壓源給負載供電時(shí)，就會(huì )有電流I從這個(gè)負載上流過(guò)，并在這個(gè)電阻上產(chǎn)生I×r的電壓降。這將導致電源輸出電壓的下降，從而限制了最大輸出功率。

同樣的，一個(gè)理想的電流源，輸出阻抗應該是無(wú)窮大，但實(shí)際的電路是不可能的。

輸出阻抗，是指電路負載從電路輸出端口反著(zhù)看進(jìn)電路時(shí)電路所等效的阻抗，其實(shí)主要是針對能量源或者輸出電路來(lái)說(shuō)的，是能量源在輸出端測到的阻抗，俗稱(chēng)內阻。

電壓源驅動(dòng)的電路

電壓源在加到負載上時(shí)，除了在負載端消耗能量，自身也會(huì )產(chǎn)生能量的消耗，這里是因為電壓源在輸出能量的時(shí)候，內部存在阻礙能量輸出的阻抗，比如電池的內阻。

比如恒壓源U，輸出阻抗為Rout，負載端電壓為Ur，負載R，電流為I=U/(Rout+R)，負載端電壓Ur=I*R=U*R/(Rout+R)，負載產(chǎn)生的功率為P=Ur*I=U2*R/(Rout+R)2。由此公式可知，輸出阻抗越小，驅動(dòng)負載的能力越大。

電流源驅動(dòng)的電路

對于電流源驅動(dòng)的電路，也存在輸出阻抗，輸出阻抗并聯(lián)在恒流源兩端。

電流源輸出恒定電流I，一部分In消耗在內阻Rout上，剩余的電流Ir消耗在負載R上，由此可知，負載R上電壓為Ur=Ir*R，和內阻Rout兩端電壓一致，即Ur=Ir*R=In*Rout，又因為I=Ir+In通過(guò)推導可知Ur=I* Rout * R /( Rout+R)，負載端功率：

P=Ur*Ir=Ur2/Rout=I2*Rout*R2/( Rout+R)2= I2 *R2/( Rout+R2/Rout+2R)

由此可知，在Rout=R時(shí)，外端負載P最大。因此，對于恒流源負載，要想獲得最大功率，需要將負載的電阻值和電流源的內阻匹配一致，即盡量趨近同一個(gè)值。

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