KA_IX

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MOS管的输入阻抗和输出阻抗求解

2021-8-24 15:41:59 显示全部楼层
MOSFET理解与应用:输入阻抗和输出阻抗的概念

1、为什么要引入输入阻抗和输出阻抗这两个参数?
一个放大器像之前介绍的那样如图Fig. 1,V_s,in 是我们要来放大的小信号,通过小信号模型就可以求出放大倍数,得到V_s,out,用一个放大倍数不就能说明这个器件的作用了吗?那为什么还要引入输入阻抗和输出阻抗这个概念呢?有什么用呢?
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Fig. 1
这是因为实际的信号源V_s,in是有内阻的,输出端V_out的负载阻抗也不是无穷大,需要挂一个负载阻抗。内阻和负载阻抗都会影响放大器的原有放大倍数,使原有的放大倍数打了折扣,这个折扣就需要用这个放大器本身的输入阻抗和输出阻抗来评估。
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Fig. 2
如图Fig. 2为一个抽象的放大器原理图,作用是放大麦克风的信号给扬声器输出,原本的放大倍数是A_v=10。当考虑麦克风的内阻,和扬声器的负载阻抗时,放大倍数又是多少呢?假设图中参数Rin = 2komhs,Ramp=10omhs。
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2、输入阻抗和输出阻抗的概念
这里有以下几点需要记住:
① 输入阻抗就是从输入端口看进去的放大器的阻抗,可以认为是前级电路的负载。输出阻抗就是从输出端口看进去的放大器的阻抗,可以认为是后级电路的内阻。(这句话请重点理解)
② 从图Fig.2和我们推导的公式可以看出,对于电压信号来说,输入阻抗越大越好,输出阻抗越小越好。但是对于电流信号而言,恰恰相反,因为阻抗表示对电流的阻碍,输入阻抗越大,流入放大器的电流就越小,输出端也是同样的道理(这里需要用诺顿等效电路来代替Fig. 2中的输出电路)
③对于感知电压信号的电路而言,既然输入阻抗越大越好,那我们把输入阻抗设计的无限大,岂不是最好?当然不是,因为当输入阻抗很大时,输入电流就非常小,那么这个路径上的电流就非常容易受到干扰(串扰,辐射)。所以输入输出阻抗都需要设计一个合适的值。
3、输入阻抗和输出阻抗的求解方法
① 输入阻抗:将输入端口后面的电路用黑盒子表示,黑盒子内部的所用独立源置零(电压源短路,电流源开路),输出端断开,输入端口两端加电压源,求出Vx和Ix的比值,就是R_in
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Fig. 3
① 输出阻抗:讲输出端口前面的电路用黑盒子表示,黑盒子内部的所用独立源置零(电压源短路,电流源开路),输入端短路,输出端口两端加电压源,求出Vx和Ix的比值,就是R_out
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Fig. 4
为什么在求R_in时要将输出端口断开呢?因为输出端是测试端,我们需要测试输出端的电压,理想情况下负载阻抗无穷大。为什么在求R_out时要将输出端口短路呢?因为实际电路中输入端是要加电压源的,根据戴维南等效定理,求等效阻抗时电压源要短路。
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