一,、輸入阻抗

輸入阻抗是指一個(gè)電路輸入端的等效阻抗,。在輸入端上加上一個(gè)電壓源U,，測(cè)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(gè)電阻的兩端,，這個(gè)電阻的阻值,，就是輸入阻抗,。

輸入阻抗跟一個(gè)普通的電抗元件沒(méi)什么兩樣，它反映了對(duì)電流阻礙作用的大小,。對(duì)于電壓驅(qū)動(dòng)的電路,，輸入阻抗越大，則對(duì)電壓源的負(fù)載就越輕,，因而就越容易驅(qū)動(dòng),，也不會(huì)對(duì)信號(hào)源有影響；而對(duì)于電流驅(qū)動(dòng)型的電路,，輸入阻抗越小,，則對(duì)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(lái)驅(qū)動(dòng)的,，則輸入阻抗越大越好；如果是用電流源來(lái)驅(qū)動(dòng)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(wèn)題,。另外如果要獲取zui大輸出功率時(shí),，也要考慮　阻抗匹配問(wèn)題

二、輸出阻抗

無(wú)論信號(hào)源或放大器還有電源,，都有輸出阻抗的問(wèn)題,。輸出阻抗就是一個(gè)信號(hào)源的內(nèi)阻,。本來(lái)，對(duì)于一個(gè)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(wú)窮大。輸出阻抗在電路設(shè)計(jì)zui特別需要注意

但現(xiàn)實(shí)中的電壓源,，則不能做到這一點(diǎn),。我們常用一個(gè)理想電壓源串聯(lián)一個(gè)電阻r的方式來(lái)等效一個(gè)實(shí)際的電壓源。這個(gè)跟理想電壓源串聯(lián)的電阻r,，就是（信號(hào)源/放大器輸出/電源）的內(nèi)阻了,。當(dāng)這個(gè)電壓源給負(fù)載供電時(shí)，就會(huì)有電流I從這個(gè)負(fù)載上流過(guò),，并在這個(gè)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zui大輸出功率（關(guān)于為什么會(huì)限制zui大輸出功率,，請(qǐng)看后面的“阻抗匹配”一問(wèn)）,。同樣的，一個(gè)理想的電流源,，輸出阻抗應(yīng)該是無(wú)窮大,，但實(shí)際的電路是不可能的

三、阻抗匹配

阻抗匹配是指信號(hào)源或者傳輸線跟負(fù)載之間的一種合適的搭配方式,。阻抗匹配分為低頻和高頻兩種情況討論,。我們先從直流電壓源驅(qū)動(dòng)一個(gè)負(fù)載入手。由于實(shí)際的電壓源,，總是有內(nèi)阻的（請(qǐng)參看輸出阻抗一問(wèn)）,，我們可以把一個(gè)實(shí)際電壓源，等效成一個(gè)理想的電壓源跟一個(gè)電阻r串聯(lián)的模型,。假設(shè)負(fù)載電阻為R,，電源電動(dòng)勢(shì)為U，內(nèi)阻為r,，那么我們可以計(jì)算出流過(guò)電阻R的電流為：I=U/(R+r)，可以看出,，負(fù)載電阻R越小,，則輸出電流越大。負(fù)載R上的電壓為：Uo=IR=U/[1+(r/R)],，可以看出,，負(fù)載電阻R越大，則輸出電壓Uo越高,。再來(lái)計(jì)算一下電阻R消耗的功率為：

P=I2×R=[U/(R+r)]2×R=U2×R/(R2+2×R×r+r2)=U2×R/[(R-r)2+4×R×r]

  =U2/{[(R-r)2/R]+4×r}

對(duì)于一個(gè)給定的信號(hào)源,，其內(nèi)阻r是固定的,，而負(fù)載電阻R則是由我們來(lái)選擇的。注意式中[(R-r)2/R],，當(dāng)R=r時(shí),，[(R-r)2/R]可取得zui小值0，這時(shí)負(fù)載電阻R上可獲得zui大輸出功率Pmax=U2/(4×r),。即,，當(dāng)負(fù)載電阻跟信號(hào)源內(nèi)阻相等時(shí)，負(fù)載可獲得zui大輸出功率,，這就是我們常說(shuō)的阻抗匹配之一,。對(duì)于純電阻電路，此結(jié)論同樣適用于低頻電路及高頻電路,。當(dāng)交流電路中含有容性或感性阻抗時(shí),，結(jié)論有所改變，就是需要信號(hào)源與負(fù)載阻抗的的實(shí)部相等,，虛部互為相反數(shù),，這叫做共扼匹配。在低頻電路中,，我們一般不考慮傳輸線的匹配問(wèn)題,，只考慮信號(hào)源跟負(fù)載之間的情況，因?yàn)榈皖l信號(hào)的波長(zhǎng)相對(duì)于傳輸線來(lái)說(shuō)很長(zhǎng),，傳輸線可以看成是“短線”,，反射可以不考慮（可以這么理解：因?yàn)榫€短，即使反射回來(lái),，跟原信號(hào)還是一樣的）,。從以上分析我們可以得出結(jié)論：如果我們需要輸出電流大，則選擇小的負(fù)載R,；如果我們需要輸出電壓大,，則選擇大的負(fù)載R；如果我們需要輸出功率zui大,，則選擇跟信號(hào)源內(nèi)阻匹配的電阻R,。有時(shí)阻抗不匹配還有另外一層意思，例如一些儀器輸出端是在特定的負(fù)載條件下設(shè)計(jì)的,，如果負(fù)載條件改變了,，則可能達(dá)不到原來(lái)的性能，這時(shí)我們也會(huì)叫做阻抗失配,。

在高頻電路中,，我們還必須考慮反射的問(wèn)題。當(dāng)信號(hào)的頻率很高時(shí),，則信號(hào)的波長(zhǎng)就很短,，當(dāng)波長(zhǎng)短得跟傳輸線長(zhǎng)度可以比擬時(shí),，反射信號(hào)疊加在原信號(hào)上將會(huì)改變?cè)盘?hào)的形狀。如果傳輸線的特征阻抗跟負(fù)載阻抗不相等（即不匹配）時(shí),，在負(fù)載端就會(huì)產(chǎn)生反射,。為什么阻抗不匹配時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射以及特征阻抗的求解方法，牽涉到二階偏微分方程的求解,，在這里我們不細(xì)說(shuō)了,，有興趣的可參看電磁場(chǎng)與微波方面書籍中的傳輸線理論。傳輸線的特征阻抗（也叫做特性阻抗）是由傳輸線的結(jié)構(gòu)以及材料決定的,，而與傳輸線的長(zhǎng)度,，以及信號(hào)的幅度、頻率等均無(wú)關(guān),。

例如,，常用的閉路電視同軸電纜特性阻抗為75Ω，而一些射頻設(shè)備上則常用特征阻抗為50Ω的同軸電纜,。另外還有一種常見(jiàn)的傳輸線是特性阻抗為300Ω的扁平平行線,，這在農(nóng)村使用的電視天線架上比較常見(jiàn)，用來(lái)做八木天線的饋線,。因?yàn)殡娨暀C(jī)的射頻輸入端輸入阻抗為75Ω,，所以300Ω的饋線將與其不能匹配。實(shí)際中是如何解決這個(gè)問(wèn)題的呢,？不知道大家有沒(méi)有留意到,，電視機(jī)的附件中，有一個(gè)300Ω到75Ω的阻抗轉(zhuǎn)換器（一個(gè)塑料封裝的,，一端有一個(gè)圓形的插頭的那個(gè)東東,，大概有兩個(gè)大拇指那么大）。它里面其實(shí)就是一個(gè)傳輸線變壓器,，將300Ω的阻抗,，變換成75Ω的，這樣就可以匹配起來(lái)了,。這里需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)的是,，特性阻抗跟我們通常理解的電阻不是一個(gè)概念，它與傳輸線的長(zhǎng)度無(wú)關(guān),，也不能通過(guò)使用歐姆表來(lái)測(cè)量,。為了不產(chǎn)生反射，負(fù)載阻抗跟傳輸線的特征阻抗應(yīng)該相等,，這就是傳輸線的阻抗匹配，如果阻抗不匹配會(huì)有什么不良后果呢,？如果不匹配,，則會(huì)形成反射,，能量傳遞不過(guò)去，降低效率,；會(huì)在傳輸線上形成駐波（簡(jiǎn)單的理解,，就是有些地方信號(hào)強(qiáng)，有些地方信號(hào)弱）,，導(dǎo)致傳輸線的有效功率容量降低,；功率發(fā)射不出去，甚至?xí)p壞發(fā)射設(shè)備,。如果是電路板上的高速信號(hào)線與負(fù)載阻抗不匹配時(shí),，會(huì)產(chǎn)生震蕩，輻射干擾等,。

當(dāng)阻抗不匹配時(shí),，有哪些辦法讓它匹配呢？*,，可以考慮使用變壓器來(lái)做阻抗轉(zhuǎn)換,，就像上面所說(shuō)的電視機(jī)中的那個(gè)例子那樣。第二,，可以考慮使用串聯(lián)/并聯(lián)電容或電感的辦法,，這在調(diào)試射頻電路時(shí)常使用。第三,，可以考慮使用串聯(lián)/并聯(lián)電阻的辦法,。一些驅(qū)動(dòng)器的阻抗比較低，可以串聯(lián)一個(gè)合適的電阻來(lái)跟傳輸線匹配,，例如高速信號(hào)線,，有時(shí)會(huì)串聯(lián)一個(gè)幾十歐的電阻。而一些接收器的輸入阻抗則比較高,，可以使用并聯(lián)電阻的方法,，來(lái)跟傳輸線匹配，例如,，485總線接收器,，常在數(shù)據(jù)線終端并聯(lián)120歐的匹配電阻。

    為了幫助大家理解阻抗不匹配時(shí)的反射問(wèn)題,，我來(lái)舉兩個(gè)例子：假設(shè)你在練習(xí)拳擊——打沙包,。如果是一個(gè)重量合適的、硬度合適的沙包,，你打上去會(huì)感覺(jué)很舒服,。但是，如果哪一天我把沙包做了手腳,，例如,，里面換成了鐵沙,，你還是用以前的力打上去，你的手可能就會(huì)*了——這就是負(fù)載過(guò)重的情況,，會(huì)產(chǎn)生很大的反彈力,。相反，如果我把里面換成了很輕很輕的東西,，你一出拳,，則可能會(huì)撲空，手也可能會(huì)*——這就是負(fù)載過(guò)輕的情況,。另一個(gè)例子,，不知道大家有沒(méi)有過(guò)這樣的經(jīng)歷：就是看不清樓梯時(shí)上/下樓梯，當(dāng)你以為還有樓梯時(shí),，就會(huì)出現(xiàn)“負(fù)載不匹配”這樣的感覺(jué)了,。當(dāng)然，也許這樣的例子不太恰當(dāng),，但我們可以拿它來(lái)理解負(fù)載不匹配時(shí)的反射情況