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朋友問了一個問題:“集總參數電路中,阻抗比對(内阻=外阻)可以使負載得到最大的功率輸出”這句話怎麼了解?
這裡涉及到幾個概念:輸入阻抗、輸出阻抗、阻抗比對,今天簡單的聊一聊。
先了解一下阻抗的概念。
我們都知道電阻是有阻礙電流作用的,那電容電感有嗎?答案是肯定的。
在百度詞條中,給阻抗的定義是:在具有電阻、電感和電容的電路裡,對電路中的電流所起的阻礙作用叫做阻抗。
阻抗一般用Z表示,是一個複數,實部稱為電阻,虛部稱為電抗,電抗由容抗和感抗組成。
是以在R、C、L的電路中,很容易得到阻抗Z為:
其中,是電阻,是虛數機關,是感抗,是容抗。
回到正題。
輸出阻抗
很多電路都有輸出阻抗的概念,以電源舉例,我們從輸出這個點看進去,把電源當做一個整體,示波器測量的正負極電阻,即可得到電源電路的輸出阻抗。
對電源來說,輸出阻抗是電源的内阻,可以将圖畫成下面這種形式。
我們在電源上加一個負載。
可以得出負載上的電壓為:
從公式可以看出和是成反比的,越大,越小;可以了解為的上拉電阻,是上拉源,上拉電阻越小,上拉能力越強,越接近。
是以一般情況下,對輸出電路來說,輸出阻抗是越小越好。
輸入阻抗
輸出阻抗是針對輸出電路來說的,輸入阻抗是針對輸入電路來說的。
下面這個圖,紅框内的為輸入電路,為輸入電壓,我們将萬用表接在和GND上,測量得出的電阻即為輸入電路的輸入阻抗,記為。
那輸入阻抗是越大越好,還是越小越好呢?看下面這個圖。
作為輸入,進入輸入電路的點為,我們希望是無限接近的,但會受到輸入阻抗的影響。
越接近0Ω,可以了解為的下拉能力越強,電壓會越接近于0,這當然不是我們想要的。反之越大,的下拉能力越弱,會越接近于。
是以很容易得出:一般情況下,輸入電路的輸入阻抗是越大越好。
阻抗比對
聊完了輸出阻抗和輸入阻抗,那什麼是阻抗比對呢?
還是前面這個圖,我們已經知道,越小,越大,那什麼情況下上的功率是最大的呢?
首先負載電流為:
負載上的功率為:
其中、都是定值,即是的函數,我們利用導數來求。
令這個導數為0,即可得出,當時,功率達到最大,帶入功率公式可得:
上面就很好解答了球友的問題。