输入阻抗和输出阻抗小结一、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但现实中的电压源，则不能做到这一点我们常用一个理想电压源串联一个电阻r的方式来 等效一个实际的电压源这个跟理想电压源串联的电阻r,就是(信号源/放大器输出/电源) 的内阻了。
当这个电压源给负载供电时，就会有电流I从这个负载上流过，并在这个电阻上 产生IXr的电压降这将导致电源输出电压的下降，从而限制了最大输出功率(关于为什 么会限制最大输出功率，请看后面的“阻抗匹配”一问)同样的，一个理想的电流源，输 出阻抗应该是无穷大，但实际的电路是不可能的三、阻抗匹配阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式 阻抗匹配分为低频和高频两种情况讨论我们先从直流电压源驱动一个负载入手由于实际的电压源，总是有内阻的(请参看输出阻 抗一问)，我们可以把一个实际电压源，等效成一个理想的电压源跟一个电阻r串联的模型 假设负载电阻为R，电源电动势为U,内阻为r，那么我们可以计算出流过电阻R的电流为： I=U/(R+r)，可以看出，负载电阻 R越小，则输出电流越大负载 R上的电压为：Uo=IR=U/[l+(r/R)],可以看出，负载电阻R越大，则输出电压Uo越高再来计算一下电阻 R 消耗的功率为：P=I2xR=[U/(R+r)]2xR=U2xR/(R2+2xRxr+r2)=U2xR/[(R-r)2+4xRxr]=U2/{[(R-r)2/R]+4xr}对于一个给定的信号源，其内阻r是固定的，而负载电阻R则是由我们来选择的。
注意式中 [(R-r)2/R]，当R=r时，[(R-r)2/R]可取得最小值0这时负载电阻R上可获得最大输出功率Pmax=U2/（4Xr）即，当负载电阻跟信号源内阻相等时，负载可获得最大输出功率，这就是 我们常说的阻抗匹配之一对于纯电阻电路，此结论同样适用于低频电路及高频电路当交流电路中含有容性或感性阻抗时，结论有所改变，就是需要信号源与负载阻抗的的 实部相等，虚部互为相反数，这叫做共扼匹配在低频电路中，我们一般不考虑传输线的匹配问题，只考虑信号源跟负载之间的情况， 因为低频信号的波长相对于传输线来说很长，传输线可以看成是“短线”，反射可以不考虑 （可以这么理解：因为线短，即使反射回来，跟原信号还是一样的）从以上分析我们可以 得出结论：如果我们需要输出电流大，贝U选择小的负载R；如果我们需要输出电压大，则 选择大的负载R；如果我们需要输出功率最大，则选择跟信号源内阻匹配的电阻Ro有时 阻抗不匹配还有另外一层意思，例如一些仪器输出端是在特定的负载条件下设计的，如果负 载条件改变了，则可能达不到原来的性能，这时我们也会叫做阻抗失配在高频电路中，我们还必须考虑反射的问题当信号的频率很高时，则信号的波长就很 短A= v/f，当波长短得跟传输线长度可以比拟时，反射信号叠加在原信号上将会改变原信 号的形状。
如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不相等（即不匹配）时，在负载端就会产生反 射为什么阻抗不匹配时会产生反射以及特征阻抗的求解方法，牵涉到二阶偏微分方程的求 解，在这里我们不细说了，有兴趣的可参看电磁场与微波方面书籍中的传输线理论传输线 的特征阻抗（也叫做特性阻抗）是由传输线的结构以及材料决定的，而与传输线的长度，以 及信号的幅度、频率等均无关例如，常用的闭路电视同轴电缆特性阻抗为75Q，而一些射频设备上则常用特征阻抗 为50Q的同轴电缆另外还有一种常见的传输线是特性阻抗为300Q的扁平平行线，这在农 村使用的电视天线架上比较常见，用来做八木天线的馈线因为电视机的射频输入端输入阻 抗为75Q，所以300Q的馈线将与其不能匹配实际中是如何解决这个问题的呢？不知道大家有没有留意到，电视机的附件中，有一个300Q到75Q的阻抗转换器（一个 塑料封装的，一端有一个圆形的插头的那个东东，大概有两个大拇指那么大）它里面其实 就是一个传输线变压器，将300Q的阻抗，变换成75Q的，这样就可以匹配起来了这里需 要强调一点的是，特性阻抗跟我们通常理解的电阻不是一个概念，它与传输线的长度无关， 也不能通过使用欧姆表来测量。
为了不产生反射，负载阻抗跟传输线的特征阻抗应该相等， 这就是传输线的阻抗匹配，如果阻抗不匹配会有什么不良后果呢？如果不匹配，则会形成反 射，能量传递不过去，降低效率；会在传输线上形成驻波（简单的理解，就是有些地方信号 强，有些地方信号弱），导致传输线的有效功率容量降低；功率发射不出去，甚至会损坏发 射设备如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时，会产生震荡，辐射干扰等当阻抗不匹配时，有哪些办法让它匹配呢？第一， 可以考虑使用变压器来做阻抗转换，就像上面所说的电视机中的那个例子那样 第二，可以考虑使用串联/并联电容或电感的办法，这在调试射频电路时常使用第三，可以考虑使用串联/并联电阻的办法一些驱动器的阻抗比较低，可以串联一个合 适的电阻来跟传输线匹配，例如高速信号线，有时会串联一个几十欧的电阻而一些接收器 的输入阻抗则比较高，可以使用并联电阻的方法，来跟传输线匹配，例如， 485总线接收器， 常在数据线终端并联120欧的匹配电阻为了帮助大家理解阻抗不匹配时的反射问题，我来举两个例子：假设你在练习拳击—— 打沙包如果是一个重量合适的、硬度合适的沙包，你打上去会感觉很舒服但是，如果哪 一天我把沙包做了手脚，例如，里面换成了铁沙，你还是用以前的力打上去，你的手可能就 会受不了了——这就是负载过重的情况，会产生很大的反弹力。
相反，如果我把里面换成了 很轻很轻的东西，你一出拳，则可能会扑空，手也可能会受不了——这就是负载过轻的情况 另一个例子，不知道大家有没有过这样的经历：就是看不清楼梯时上/下楼梯，当你以为还 有楼梯时，就会出现“负载不匹配”这样的感觉了当然，也许这样的例子不太恰当，但我 们可以拿它来理解负载不匹配时的反射情况用纯电阻来略加解释 一个放大器的输入信号源和这个放大器的输出电压，都可以用图中虚线框起的部分来等 效，即一个电压源和一个内阻的串联；而图中的电阻 R 可以是这个放大器的输入电阻或放 大器所要接的等效负载若输入信号源的电压和内阻是不变的，则放大器的输入电阻越大（即高输入阻抗），从 信号源取得的电流就越小，而在信号源内阻上的压降也就越小，信号电压就能以尽可能小的 损失加到放大器的输入端，放大器获得大电压当输入电阻很小时，情况正好相反当然，一般情况下我们需要前者相同的分析思路，若放大器的输出电阻越小（即低输出阻抗），信号源电压（放大器的 输出电压）在内阻上的损失也越小，负载就会获得尽可能高的输出电压，常称之为“ 负载 能力强”这里不包括负载需要获得最大功率的情况因此在需要电压放大的场合，需要输入电阻高而输出电阻低的放大器。