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(fù)擔(dān)。所以電路設(shè)計中盡量提高輸入阻抗。

輸入阻抗跟一個普通的電抗元件沒什么兩樣，它反映了對電流阻礙作用的大小。

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

因此，我們可以這樣認(rèn)為：如果是用電壓源來驅(qū)動的，則輸入阻抗越大越好；如果是用電流源來驅(qū)動的，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(qū)動的電路

所謂電壓源驅(qū)動，可以理解為沒有內(nèi)阻且總是充滿能量的恒壓電池作為能量源，給負(fù)載供電。

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

負(fù)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(fù)載消耗的能量就越??；這里負(fù)載的阻抗就是負(fù)載的輸入阻抗。

電流源驅(qū)動的電路

與電壓源驅(qū)動的電路正好相反，電流源驅(qū)動可以理解為一個電流恒定的能量源I，給負(fù)載供電。

由歐姆定律可知，產(chǎn)生的電壓為U=I*Rin，負(fù)載消耗的功率為P=U*I=I*I*Rin，由公式可知，這里負(fù)載輸入阻抗Rin起到增大功率的作用，恒流源驅(qū)動的電路，電阻越大，負(fù)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(nèi)阻抗。其值等于獨立電源置零時，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(nèi)阻。本來，對于一個理想的電壓源(包括電源)，內(nèi)阻應(yīng)該為0，或理想電流源的阻抗應(yīng)當(dāng)為無窮大。輸出阻抗在電路設(shè)計最特別需要注意。

現(xiàn)實中的電壓源，則做不到這一點，常用一個理想電壓源串聯(lián)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(lián)的電阻r就是信號源/放大器輸出/電源的內(nèi)阻了。

當(dāng)這個電壓源給負(fù)載供電時，就會有電流I從這個負(fù)載上流過，并在這個電阻上產(chǎn)生I×r的電壓降。這將導(dǎo)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(yīng)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(fù)載從電路輸出端口反著看進(jìn)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(nèi)阻。

電壓源驅(qū)動的電路

電壓源在加到負(fù)載上時，除了在負(fù)載端消耗能量，自身也會產(chǎn)生能量的消耗，這里是因為電壓源在輸出能量的時候，內(nèi)部存在阻礙能量輸出的阻抗，比如電池的內(nèi)阻。

比如恒壓源U，輸出阻抗為Rout，負(fù)載端電壓為Ur，負(fù)載R，電流為I=U/(Rout+R)，負(fù)載端電壓Ur=I*R=U*R/(Rout+R)，負(fù)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(qū)動負(fù)載的能力越大。

電流源驅(qū)動的電路

對于電流源驅(qū)動的電路，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(nèi)阻Rout上，剩余的電流Ir消耗在負(fù)載R上，由此可知，負(fù)載R上電壓為Ur=Ir*R，和內(nèi)阻Rout兩端電壓一致，即Ur=Ir*R=In*Rout，又因為I=Ir+In通過推導(dǎo)可知Ur=I* Rout * R /( Rout+R)，負(fù)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(fù)載P最大。因此，對于恒流源負(fù)載，要想獲得最大功率，需要將負(fù)載的電阻值和電流源的內(nèi)阻匹配一致，即盡量趨近同一個值。

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