输入电阻和输出电阻的意义&定量测量

输入电阻和输出电阻的意义&定量测量

输入电阻和输出电阻的意义&定量测量（看过就全懂了）

2009-07-06 01:14

输入电阻是用来衡量放大器对信号源的影响的一个性能指标。输入电阻越大，表明放大器从信号源取的电流越小，放大器输入端得到的信号电压也越大，即信号源电压衰减的少。理论基础：Us=（Rs+Ri）×I。Rs为信号源内阻，Ri为放大器输入电阻。因此作为测量信号电压的示波器、电压表等仪器的放大电路应当具有较大的输入电阻。对于一般的放大电路来说，输入电阻当然是越大越好。如果想从信号源取得较大的电流，则应该使放大器具有较小的输入电阻。

输出电阻用来衡量放大器在不同负载条件下维持输出信号电压（或电流）恒定能力的强弱，称为其带负载能力。当放大器将放大了的信号输出给负载电阻RL时，对负载RL来说，放大器可以等效为具有内阻Ro的信号源，由这个信号源向RL提供输出信号电压和输出信号电流。Ro称为放大器的输出电阻，它是从放大器输出端向放大器本身看入的交流等效电阻。如果输出电阻Ro很小，满足Ro<>RL条件，则当RL在较大范围内变化时，就可维持输出信号电流的恒定。如手机电池，它的内阻可以等效看作输出电阻，用了几年后，内阻高了，也就要报废了，因为带不动外面的东西了。

电压放大和互阻放大电路，即输出为电压信号的放大电路，Ro 越小，负载RL对的变化对输出信号Vo的影响越小。而且只要负载RL 足够大，信号输出功率一般较低，能耗也较低。多用于信号的前置放大

和中间级放大。对于一般的放大电路来说，输出电阻当然越小越好。

电流放大和互导放大电路，即输出为电流信号的放大电路，与受控电流源并联的Ro越大，负载RL的变化对输出电流Io的影响越小。则与前两种相比当供电电源相同时，可得到较大输出电流信号，所以功率可能到达较大的值，对供电电源的能耗较大。通常用于电子系统的输出级，可作为各种输出物理变量变换器（如音响系统的扬声器，动力系统的电动机等）的驱动电路。

无功功率终极解释

2009-07-06 01:26

容性电流：流过电容的电流，电容使电流超前90度。

感性电流：流过电感的电流，电感使电流超前-90度，即滞后90度。

为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的“无功”并不是“无用”的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。无功功率单位为乏(Var)。无功功率和功率因数是直接有关联的。在交流电路中，针对电网中某个原件来说，其电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即

λ=cosΦ=P/S ，S=√(P^2+Q^2 ) (阻抗为电感性时Φ＞0)。在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，若功率因数低,电网的电压下降,电压质量也就降低，所以我们希望功率因数越大越好，这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。

电力系统中的负载大多是电感性电气设备（有电磁线圈结构），线圈内要建立磁场，就要消耗滞后（感性）无功功率。如40W的日光灯，除了需要40多瓦（镇流器也需要消耗部分有功功率）的有功功率来发光外，还需要40乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场，这就使得负载电流相位滞后于电压，相角差越大，对滞后无功功率需求越大。虽然无功功率不消耗电能，但要供给固定的有功功率时，无功功率越大，视在功率也越大，供电线路和变压器的容量也就越大，势必要提高电流而增加线路损耗。所谓提高功率因数，是指提高电源或电网的功

率因数，而不是指提高某个电感性负载的功率因数。所以电业局供电时，无功功率对民用不收费，工业使用时若功率因数达不到0.9就要罚款，增收这部分费用作为线路损耗和其他因此造成的费用。

对于变压器，由于二次侧输出的无功功率可以是滞后性的，也可以是超前性的，视负载性质而定，但变压器内部吸收的无功功率都是滞后性的。

无功功率从电力网络中哪个地方获得？显然，若果要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的。合理方法是在需要无功功率的地方产生无功功率。怎样产生？工程上认为电容发出无功功率，电感吸收无功功率。由于电容器这个用电设备本身并不消耗电能，然而它却有功率（直流电路的功率等于电压乘以电流强度，交流电路的平均功率

P=VIcosΦ,当电压与电流之间有相位差时，电路中发生能量交换，出现无功功率Q= VIsinΦ），这就是无功功率。电路系统中，电感和电容的无功功率有互补作用。因此在配电系统里几乎都使用补偿电容器，即采用无功就地补偿法提高用电设备的功率因数。无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。接入电容后不会改变原负载的工作状态，感性负荷所需要的无功功率也可由容性负荷输出的无功功率补偿，从而减轻电源和传输系统的无功功率负担。无功补偿的意义：

1、补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。

2、减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW；反之，

增加0.52KW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。

3、降低线损，由降低线损百分数公式

ΔP%=[1-(cosΦ1/cosΦ2 )^2]×100%得出其中cosΦ2为补偿后的功率因数，cosΦ1为补偿前的功率因数，因为cosΦ2>cosΦ1，所以提高功率因数后，线损率也下降了。

减少设计容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以，功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补偿势在必行。

超前功率因数：电流相位超前电压相位。

滞后功率因数：电压相位超前电流相位。（区分滞后功率）功率因数不论超前还是滞后都是小于1的，都有损耗，只是形式不同而已。线性电阻负载的功率因数为1。

常用的异步电机是感性负载，功率因数滞后；同步电机通过控制励磁电流，使它呈现容性负载特性。当超前与滞后相等时，功率因数为1。同步电机作为同步调相机（或称同步补偿机），实际上就是一台并联在电网上空转的同步电机，向电网发出或吸收无功功率，对电网无功功率进行调节

关于滤波电容、去耦电容、旁路电容作用

2009-07-06 01:35

电容在减小同步开关噪声起重要作用，而电源完整性设计的重

点也在如何合理地选择和放置这些电容上。各种各样的电容种类繁杂，但无论再怎么分类，其基本原理都是利用电容对交变信号呈低阻状态。交变电流的频率f越高，电容的阻抗就越低。旁路电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路；去耦电容的主要功能是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地，加入去耦电容后电压的纹波干扰会明显减小；滤波电容常用于滤波电路中。

对于理想的电容器来说，不考虑寄生电感和电阻的影响，那么在电容设计上就没有任何顾虑，电容的值越大越好。但实际情况却相差很远，并不是电容越大对高速电路越有利，反而小电容才能被应用于高频。

滤波电容用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。旁路电容用在有电阻连接时，接在电阻两端使交流信号顺利通过。

1.关于去耦电容蓄能作用的理解

（1）去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰，干扰的进入方式是通过电磁辐射。而实际上，芯片附近的电容还有蓄能的作用，这是第二位的。你可以把总电源看作水库，我们大楼内的家家户户都需要供水，这时候，水不是直接来自于水库，那样距离太远了，等水过来，我们已经

渴的不行了。实际水是来自于大楼顶上的水塔,水塔其实是一个buffer 的作用。如果微观来看，高频器件在工作的时候，其电流是不连续的，而且频率很高，而器件VCC到总电源有一段距离，即便距离不长，在频率很高的情况下，阻抗Z＝i*wL+R，线路的电感影响也会非常大，会导致器件在需要电流的时候，不能被及时供给。而去耦电容可以弥补此不足。这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一（在Vcc引脚上通常并联一个去耦电容，这样交流分量就从这个电容接地。

（2）有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。

2.旁路电容和去耦电容的区别

去耦：去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量。去耦电容还可以为器件提供局部化的DC电压源，它在减少跨板浪涌电流方面特别有用。

旁路：从元件或电缆中转移出不想要的共模RF能量。这主要是通过产生AC旁路消除无意的能量进入敏感的部分，另外还可以提供基带滤波功能（带宽受限）。

我们经常可以看到，在电源和地之间连接着去耦电容，它有三个方面的作用：一是作为本集成电路的蓄能电容；二是滤除该器件产生

的高频噪声，切断其通过供电回路进行传播的通路；三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。

在电子电路中，去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用，电容所处的位置不同，称呼就不一样了。对于同一个电路来说，旁路（bypass）电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，而去耦（decoupling）电容也称退耦电容，是把输出信号的干扰作为滤除对象。

从电路来说，总是存在驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作，这就是耦合。

去耦电容就是起到一个电池的作用，满足驱动电路电流的变化，

避免相互间的耦合干扰。

旁路电容实际也是去耦合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合电容一般比较大，是10u或者更大，依据电路中分布参数，以及驱动电流的变化大小来确定。

去耦和旁路都可以看作滤波。去耦电容相当于电池，避免由于电流的突变而使电压下降，相当于滤纹波。具体容值可以根据电流的大小、期望的纹波大小、作用时间的大小来计算。去耦电容一般都很大，对更高频率的噪声，基本无效。旁路电容就是针对高频来的，也就是利用了电容的频率阻抗特性。电容一般都可以看成一个RLC串联模型。在某个频率，会发生谐振，此时电容的阻抗就等于其ESR。如果看电容的频率阻抗曲线图，就会发现一般都是一个V形的曲线。具体曲线与电容的介质有关，所以选择旁路电容还要考虑电容的介质，一个比较保险的方法就是多并几个电容。

去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容值是0.1μF。这个电容的分布电感的典型值是5μH。

0.1μF的去耦电容有5μH的分布电感，它的并行共振频率大约在7MHz 左右，也就是说，对于10MHz以下的噪声有较好的去耦效果，对40MHz 以上的噪声几乎不起作用。1μF、10μF的电容，并行共振频率在20MHz 以上，去除高频噪声的效果要好一些。每10片左右集成电路要加一片

充放电电容，或1个蓄能电容，可选10μF左右。最好不用电解电容，电解电容是两层薄膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格，可按C=1/F，即10MHz取0.1μF，100MHz取0.01μF。

多级放大电路的耦合方式

电压跟随器与功率放大器

2009-07-06 02:00

电压跟随器，顾名思义，就是输出电压与输入电压是相同的，就是说，电压跟随器的电压放大倍数恒小于且接近1。电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低，一般来说，输入阻抗要达到几兆欧姆是很容易做到的。输出阻抗低，通常可以到几欧姆。

在电路中，电压跟随器一般做缓冲级及隔离级。因为，电压放大器的输出阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输入阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。在这个时候，就需要电压跟随器来从中进行缓冲。起到承上启下的作用。

应用电压跟随器的另外一个好处就是，提高了输入阻抗，这样，输入电容的容量可以大幅度减小，为应用高品质的电容提供了前提保证。比如电吉他的信号输出属于高阻，接入录音设备或者音箱时，在音色处理电路之前加入电压跟随器，会使得阻抗配匹，音色更加完美。很多电吉他效果器的输入部分设计都用到了这个电路。

电压跟随器的另外一个作用就是隔离，在HI-FI（高保真

High-Fidelity）电路中，关于负反馈的争议已经很久了，其实，如果真的没有负反馈的作用，相信绝大多数的放大电路是不能很好的工作的。但是由于引入了大环路负反馈电路，扬声器的反电动势就会通过反馈电路，与输入信号叠加。造成音质模糊，清晰度下降，所以，有一部分功放的末级采用了无大环路负反馈的电路，试图通过断开负反馈回路来消除大环路负反馈的带来的弊端。但是，由于放大器的末级的工作电流变化很大，其失真度很难保证。在这里，电压跟随器的作用正好达到应用，把电路置于前级和功放之间，可以切断扬声器的反电动势对前级的干扰作用，使音质的清晰度得到大幅度提高。