输入阻抗、输出阻抗和阻抗匹配

面包板社区 2022-03-21 20:00

网友问了一个问题:“集总参数电路中,阻抗匹配(内阻=外阻)可以使负载得到最大的功率输出”这句话怎么理解?

这里涉及到几个概念:输入阻抗、输出阻抗、阻抗匹配,今天简单的聊一聊。
先了解一下阻抗的概念。
我们都知道电阻是有阻碍电流作用的,那电容电感有吗?答案是肯定的。
在百度词条中,给阻抗的定义是:在具有电阻、电感和电容的电路里,对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。
阻抗一般用Z表示,是一个复数,实部称为电阻,虚部称为电抗,电抗由容抗和感抗组成。
所以在R、C、L的电路中,很容易得到阻抗Z为:
其中,是电阻,是虚数单位,是感抗,是容抗。
之前写过一篇文章,关于阻容感的等效模型,可以看看:眼见不一定为实!电阻、电容和电感的实际等效模型
回到正题。

输出阻抗

很多电路都有输出阻抗的概念,以电源举例,我们从输出这个点看进去,把电源当做一个整体,示波器测量的正负极电阻,即可得到电源电路的输出阻抗
对电源来说,输出阻抗是电源的内阻,可以将图画成下面这种形式。
我们在电源上加一个负载
可以得出负载上的电压为:
从公式可以看出是成反比的,越大,越小;可以理解的上拉电阻,是上拉源,上拉电阻越小,上拉能力越强,越接近
所以一般情况下,对输出电路来说,输出阻抗是越小越好

输入阻抗

输出阻抗是针对输出电路来说的,输入阻抗是针对输入电路来说的。
下面这个图,红框内的为输入电路,为输入电压,我们将万用表接在和GND上,测量得出的电阻即为输入电路的输入阻抗,记为
那输入阻抗是越大越好,还是越小越好呢?看下面这个图。
作为输入,进入输入电路的点为,我们希望是无限接近的,但会受到输入阻抗的影响。
越接近0Ω,可以理解为的下拉能力越强,电压会越接近于0,这当然不是我们想要的。反之越大,的下拉能力越弱,会越接近于
所以很容易得出:一般情况下,输入电路的输入阻抗是越大越好。

阻抗匹配

聊完了输出阻抗和输入阻抗,那什么是阻抗匹配呢?
还是前面这个图,我们已经知道,越小,越大,那什么情况下上的功率是最大的呢?
首先负载电流为:
负载上的功率为:
其中都是定值,即的函数,我们利用导数来求
令这个导数为0,即可得出,当时,功率达到最大,带入功率公式可得:
上面就很好解答了球友的问题。
这里讨论的是信号源与负载之间的阻抗匹配,当然还有如传输线特性阻抗,后面有机会再写篇文章聊一聊。


END
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