轉發:關於輸入阻抗和輸出阻抗的理解

輸入阻抗

輸入阻抗(input impedance)是指一個電路輸入端的等效阻抗。在輸入端上加上一個電壓源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電阻的兩端,這個電阻的阻值,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,那麼只需要很小的電流,這就爲前級的電流輸出能力減少了很大負擔。所以電路設計中儘量提高輸入阻抗。

輸入阻抗跟一個普通的電抗元件沒什麼兩樣,它反映了對電流阻礙作用的大小。對於電壓驅動的電路,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,也不會對信號源有影響;而對於電流驅動型的電路,輸入阻抗越小,則對電流源的負載就越輕。因此,我們可以這樣認爲:如果是用電壓源來驅動的,則輸入阻抗越大越好;如果是用電流源來驅動的,則阻抗越小越好(注:只適合於低頻電路,在高頻電路中,還要考慮阻抗匹配問題。)另外如果要獲取最大輸出功率時,也要考慮 阻抗匹配問題。

    • 電壓源驅動的電路

所謂電壓源驅動,可以理解爲沒有內阻且總是充滿能量的恆壓電池作爲能量源,給負載供電。

一個類似於能量源的電壓源U,加到負載的兩端,產生的電流I,那麼負載的阻抗Rin就是U/I。負載上消耗的功率P=UI=U/Rin,由公式可知,這裏的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;這裏負載的阻抗就是負載的輸入阻抗。

    • 電流源驅動的電路

與電壓源驅動的電路正好相反,電流源驅動可以理解爲一個電流恆定的能量源I,給負載供電。

由歐姆定律可知,產生的電壓爲U=I*Rin,負載消耗的功率爲P=U*I=I*I*Rin,由公式可知,這裏負載輸入阻抗Rin起到增大功率的作用,恆流源驅動的電路,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) 含獨立電源網絡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。其值等於獨立電源置零時,從輸出端口視入的輸入阻抗。

無論信號源或放大器還有電源,都有輸出阻抗的問題。輸出阻抗就是一個信號源的內阻。本來,對於一個理想的電壓源(包括電源),內阻應該爲0,或理想電流源的阻抗應當爲無窮大。輸出阻抗在電路設計最特別需要注意。

現實中的電壓源,則做不到這一點,常用一個理想電壓源串聯一個電阻r的方式來等效一個實際的電壓源。這個跟理想電壓源串聯的電阻r就是信號源/放大器輸出/電源的內阻了。當這個電壓源給負載供電時,就會有電流I從這個負載上流過,並在這個電阻上產生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,一個理想的電流源,輸出阻抗應該是無窮大,但實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着看進電路時電路所等效的阻抗,其實主要是針對能量源或者輸出電路來說的,是能量源在輸出端測到的阻抗,俗稱內阻。

    • 電壓源驅動的電路

 

電壓源在加到負載上時,除了在負載端消耗能量,自身也會產生能量的消耗,這裏是因爲電壓源在輸出能量的時候,內部存在阻礙能量輸出的阻抗,比如電池的內阻。比如恆壓源U,輸出阻抗爲Rout,負載端電壓爲Ur,負載R,電流爲I=U/(Rout+R),負載端電壓Ur=I*R=U*R/(Rout+R),負載產生的功率爲P=Ur*I=U2*R/(Rout+R)2。由此公式可知,輸出阻抗越小,驅動負載的能力越大。

    • 電流源驅動的電路

對於電流源驅動的電路,也存在輸出阻抗,輸出阻抗並聯在恆流源兩端。

電流源輸出恆定電流I,一部分In消耗在內阻Rout上,剩餘的電流Ir消耗在負載R上,由此可知,負載R上電壓爲Ur=Ir*R,和內阻Rout兩端電壓一致,即Ur=Ir*R=In*Rout,又因爲I=Ir+In通過推導可知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,外端負載P最大。因此,對於恆流源負載,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,即儘量趨近同一個值。

原文地址:https://www.cnblogs.com/alifpga/p/7998693.html

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