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murata村田

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一文加深对电路中高输入阻抗和低输出阻抗的理解

2017-09-29
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高输入阻抗和低输出阻抗


一、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)


二、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。


输入阻抗指器件作为前级电路的负载时呈现的阻抗,输入阻抗越大的器件对前级电路的影响越小,所以输入阻抗是大一点好。


输出阻抗指器件驱动后级电路时呈现的阻抗,相当于电源的“内阻”,输出阻抗大了会削弱器件的带载能力,所以它是小一点好。


简单的说运放的输入阻抗一个是1M(欧姆)另一个是100M,当前级输出为1uA电流时在1M上的电压为1V,在100M上为100V。这就是输入阻抗高的好处。当然这是在前级输出阻抗为0的情况下。这就说明前级有微小的变化后级都可以分辩。如果输出阻抗不为0而是1M(1M的可能性是不存在的)可以计算一下运放输入的分压比就会了解为什么输出阻抗要低。


某位高手对高输入阻抗和低输出阻抗的解释


一般我们常耳闻的说法是:扩大机的输入阻抗是愈高愈好,而输出阻抗是愈低愈好。为什么呢?


因为输入阻抗高了,从讯号源来的讯号功率强度就可以不必那么大。 这么说也许还有读者不甚了解,让我们再回想一下欧姆定律;假设讯源输出一个固定电压,传送往下一级,如果这一级的输入阻抗高,是不是由讯源所提供的讯号电流就可以降低?如果输入阻抗非常非常的高,则几乎不会消耗讯号电流(当然还是会有)就可以驱动这一级电路工作,换句话说就是几乎只要有讯号电压,电路就可以正常工作;但是对于低输入阻抗的电路呢?就正好相反了,它必须要求讯号能源能提供较为大量的讯号电流,因为在同一个电压下,低输入阻抗会流进较大的讯号电流,如果讯源提供的电流强度不足以满足下一级电路的需求,它就不能完美地驱动下一级电路。而讯源的电压和电流的乘积就是讯源的功率了。


另外何谓低输出阻抗呢?它有什么好处呢?


通常低输出阻抗被提到地方大半是指前级扩大机的输出阻抗,后级通常是称作输出内阻的。前级的低输出阻抗有几个好处:


一.一般会强调低输出阻抗即表示了它有较大的电流输出能力,容易搭配一些低输入阻抗的器材(后级)。


二.低输出阻抗可以驱动长的讯号线及电容量较大的负载,以音响用前级为例;前级的输出阻抗在与讯号线结合后,输出阻抗加上讯号线本身固有的电阻与电容会形成一个RC滤波的网路,当输出阻抗愈高时,则经过讯号线后的讯号,其高频端的滚降点就会越低,反之则愈高。


你应该不会希望高频滚降点移进耳朵听得到的音频范围吧?所以遇上电容量大的讯号线,你还是选一部输出阻抗低一点的前级较为保险。这也是为什么每一种讯号线会有不同声音部份原因。


有了以上大略的说明,你应该可以明白;所谓扩大机输入阻抗愈高愈好,输出阻抗愈低愈好,其主要理由即在此一在与其它器材互相搭配时,其匹配性比较高。


那么照此说来,我们就把每一部扩大机不论是前级或是后级的输入阻抗都设计得很高,输出阻抗都设计得很低,不是就完美无缺了吗?


让我们再从输入阻抗看起,由于高输入阻抗所需的讯号电流较少,可知连接其上的讯号线中流动的电流必较小,因此对于讯号线品质的要求就可以不必那么高,因为少了一个电流的干扰因素在内,这也是高输入阻抗带来的另一个优点。但是高输入阻抗的优点既然这么多,为什么市面上找得到的高输入阻抗前级或后级竟寥寥可数呢?


让我偷偷问你,你有没有用过收音机?你知道收音机的讯号是从哪儿来的吗?


从空中来,你答对了。


从空中来,你可知道空中存在有多少的电磁波?多到集合你全家老小的手指头加脚指头都数不完,这些可都不是你想要的音乐讯号哦!当空中的这些电磁波被作用有点像天线的讯号线拾取后,虽然只是一点点的杂讯电压,但是一个高输入阻抗电路却能轻易地将其放大(正是其优点),于是乎,当有人抓了一把沙子放进你热腾腾的大卤面时,你还以为是黑胡椒粉呢!


易感染杂讯,就是音响器材在设计输入阻抗时,明知高输入阻抗的诸多优点,但也不能任意设计得很高的主要原因,胆敢设计成高输入阻抗者,必有其对抗杂讯干扰的过人之处。


后级的输入阻抗则大部份是47K,高一个的有100K,20K,10K的也所在多有。


输入阻抗是在入口处测得的阻抗。高输入阻抗能够减小电路连接时信号的变化,因而也是最理想的。在给定电压下最小的阻抗就是最小输入阻抗。作为输入电流的替代或补充,它确定输入功率要求。


输出阻抗是在出口处测得的阻抗。与模拟输出串联表示的等价阻抗。阻抗越小,驱动更大负载的能力就越高。


输出输入阻抗是指在特定条件下电路输出、输入端的等效电阻,只有阻抗匹配才能发挥最大传输效率,也就是说输出、 输入端所接设备或元件的阻抗最好和输出、输入阻抗一致。比如:一功放机话筒接口的输入阻抗是600欧就最好用600欧的话筒; 输出阻抗8欧就最好接8欧的音箱。一般希望电路的输出阻抗小、输入阻抗大些,这样带负载能力强。


输入阻抗高,表示该电路吸收的电源(或前一级电路的输出)功率小,电源或前级就能带动更多的负荷。对于测量电路,如电子电压表、示波器等,就要求很高的输入阻抗,以便接入仪表后,对被测电路的影响尽可能地小。


输出阻抗小一些当然好,这样输出功率在信号源的内阻上消耗的功率小,或者说能带动功率更大的负荷。


总结


输入阻抗高,表示该电路吸收的电源(或前一级电路的输出)功率小,电源或前级就能带动更多的负荷。对于测量电路,如电子电压表、示波器等,就要求很高的输入阻抗,以便接入仪表后,对被测电路的影响尽可能地小。


输出阻抗小一些当然好,这样输出功率在信号源的内阻上消耗的功率小,或者说能带动功率更大的负荷。


当然在信号的传输中,要求“阻抗匹配”,即前一级的输出阻抗等于下一级的输入阻抗,这样在级间就不会产生信号反射。


例如电视机的天线与电视机的天线输入阻抗应该是75欧匹配。以前用扁馈线(300欧)作引入线,就得加一个阻抗转换器来匹配。


文/在路上的旁观者
来源:EDN博客


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