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擔。所以電路設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；而對于電流驅動型的電路，輸入阻抗越小，則對電流源的負載就越輕。

因此，我們可以這樣認為：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。

電壓源驅動的電路

所謂電壓源驅動，可以理解為沒有內阻且總是充滿能量的恒壓電池作為能量源，給負載供電。

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

負載上消耗的功率P=UI=U/Rin，由公式可知，這里的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；這里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為一個電流恒定的能量源I，給負載供電。

由歐姆定律可知，產生的電壓為U=I*Rin，負載消耗的功率為P=U*I=I*I*Rin，由公式可知，這里負載輸入阻抗Rin起到增大功率的作用，恒流源驅動的電路，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阻。本來，對于一個理想的電壓源(包括電源)，內阻應該為0，或理想電流源的阻抗應當為無窮大。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，并在這個電阻上產生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著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，這里是因為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。

比如恒壓源U，輸出阻抗為Rout，負載端電壓為Ur，負載R，電流為I=U/(Rout+R)，負載端電壓Ur=I*R=U*R/(Rout+R)，負載產生的功率為P=Ur*I=U2*R/(Rout+R)2。由此公式可知，輸出阻抗越小，驅動負載的能力越大。

電流源驅動的電路

對于電流源驅動的電路，也存在輸出阻抗，輸出阻抗并聯在恒流源兩端。

電流源輸出恒定電流I，一部分In消耗在內阻Rout上，剩余的電流Ir消耗在負載R上，由此可知，負載R上電壓為Ur=Ir*R，和內阻Rout兩端電壓一致，即Ur=Ir*R=In*Rout，又因為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，對于恒流源負載，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，即盡量趨近同一個值。

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