关于输入阻抗和输出阻抗的理解

输入阻抗

输入阻抗（input impedance)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。

在同样的输入电压的情况下，如果输入阻抗很低，就需要流过较大电流，这就要考验前级的电流输出能力了;而如果输入阻抗很高，那么只需要很小的电流，这就为前级的电流输出能力减少了很大负担。所以电路设计中尽量提高输入阻抗。

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。

电压源驱动的电路

所谓电压源驱动，可以理解为没有内阻且总是充满能量的恒压电池作为能量源，给负载供电。

一个类似于能量源的电压源U，加到负载的两端，产生的电流I，那么负载的阻抗Rin就是U/I。负载上消耗的功率P=UI=U/Rin，由公式可知，这里的Rin总是起到减少电流I的作用，Rin越大，负载消耗的能量就越小；这里负载的阻抗就是负载的输入阻抗。

电流源驱动的电路

与电压源驱动的电路正好相反，电流源驱动可以理解为一个电流恒定的能量源I，给负载供电。

由欧姆定律可知，产生的电压为U=I*Rin，负载消耗的功率为P=U*I=I*I*Rin，由公式可知，这里负载输入阻抗Rin起到增大功率的作用，恒流源驱动的电路，电阻越大，负载两端电压越高，消耗的功率越大。

输出阻抗

输出阻抗（output impedance) 含独立电源网络输出端口的等效电压源(戴维南等效电路）或等效电流源(诺顿等效电路）的内阻抗。其值等于独立电源置零时，从输出端口视入的输入阻抗。

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。

现实中的电压源，则做不到这一点，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I×r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。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。

输出阻抗，是指电路负载从电路输出端口反着看进电路时电路所等效的阻抗，其实主要是针对能量源或者输出电路来说的，是能量源在输出端测到的阻抗，俗称内阻。

电压源驱动的电路

电压源在加到负载上时，除了在负载端消耗能量，自身也会产生能量的消耗，这里是因为电压源在输出能量的时候，内部存在阻碍能量输出的阻抗，比如电池的内阻。比如恒压源U，输出阻抗为Rout，负载端电压为Ur，负载R，电流为I=U/(Rout+R)，负载端电压Ur=I*R=U*R/(Rout+R)，负载产生的功率为P=Ur*I=U2*R/(Rout+R)2。由此公式可知，输出阻抗越小，驱动负载的能力越大。

电流源驱动的电路

对于电流源驱动的电路，也存在输出阻抗，输出阻抗并联在恒流源两端。

电流源输出恒定电流I，一部分In消耗在内阻Rout上，剩余的电流Ir消耗在负载R上，由此可知，负载R上电压为Ur=Ir*R，和内阻Rout两端电压一致，即Ur=Ir*R=In*Rout，又因为I=Ir+In通过推导可知Ur=I* Rout * R /( Rout+R)，负载端功率：

P=Ur*Ir=Ur2/Rout=I2*Rout*R2/( Rout+R)2= I2 *R2/( Rout+R2/Rout+2R)

由此可知，在Rout=R时，外端负载P最大。因此，对于恒流源负载，要想获得最大功率，需要将负载的电阻值和电流源的内阻匹配一致，即尽量趋近同一个值。

作者：杭州卿萃科技ALIFPGA

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