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电路阻抗的理解

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sinasun|  楼主 | 2023-5-14 17:07 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
在使用运放跟随器的时候,得到的结果是输入和输出电压相同。看似没有起到什么作用,但是有阻抗匹配的作用,运放跟随器的作用是输入阻抗很高,达到几百兆欧姆,输出阻抗很小,只有几个欧姆。这样就能保证信号源的输出能力有限的情况下,也能驱动负载,保证输出电压的稳定。这种阻抗的概念和电阻的概念是不一样的,在电路中,不仅仅只有纯电阻,还有电感,电容的感性容性器件,也有二极管,晶体管之类的半导体器件,需要用交流等效模型来分析其阻抗。举一个简单的例子,下图仿真是一个分压电路,二极管具有理想二极管特性。当输入电压低于5V的时候,输入和输出电压是相同的,传递函数是1。当输入电压高于5V的时候,二极管就导通,此时基准源V3是理想电压源,其对GND阻抗是近似为0,此时传递函数是R2/(R2+R1), 仿真结果也是如此的。
但是实际电路中,基准源V3一般都是电压源Vcc通过分压得到的,下图的仿真电压V3的电压随着D2的导通而变化,这是由于从V3看进去的对GND阻抗是R3//(R4+R5),这个阻抗显然不是低阻,就会随着输入电压的变化而变化。
这个时候,只要降低R3R5的电阻值,就能降低从V3看进去的对GND阻抗是R3//(R4+R5),下图仿真将其阻值缩小1000倍,确实就降低了对GND阻抗,但这个时候也增加了功耗,在实际电路中设计也困难。硬件设计也不能一直通过降低电阻阻值的方式来实现功能。
所以这个时候,三极管电路的交流阻抗特性就可以发挥作用,从三极管的发射极看进去的阻抗是1/β,这个值和三极管电路的直流集电极电流有关,一般也是很小的,都只有几十个欧姆,要是有基极电阻,就是RB/β。要是将两个射极跟随器串联使用,得到的阻抗RB/β2,显然就能实现基准源对GND的低阻抗。
该仿真就是利用阻抗匹配的改善电路,由于增加三极管了,就不再需要用于截止的二极管。这样做还有一个好处,对于实际的二极管,也是存在交流阻抗的。三极管Q2BE会将R3,R4,R5的分压5V电源降低VBE,但是Q1EB又会增加这个电压,也就能保证Q2Q3工作之后V3的电压恒定是5V。这个时候就和最开始的仿真,使用理想电压源V3得到一样的输出电压。将两个仿真放在一起比较,就能很清晰的看到,得到的输出电压曲线是近似一直的。
V3看进去的阻抗就很低,是RB/β,假设Q1Q2的放大倍数β是一样。此时RBR7=33K1/β的并联值,这个地方的1/β是Q2发射极看进去的阻抗,查看规格书β一般取值200,所以1/β=0.005,此时的阻抗是(33k//0.005)/0.005,近似等于0。因此V3处得到的电压可以近似看作理想电压源。
这种设计方式,在需要电阻分压电路做基准电压源的时候,经常使用。也是阻抗变化的典型应用。阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间达到一种适合的搭配。在高频信号应用中,阻抗匹配可以有效阻止反射串扰等现象。在常规信号应用中,也是需要进行阻抗匹配,尤其是有源器件的应用,比如晶体管之类的,这种阻抗计算的场合就更多了。

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