一、输入阻抗和输出阻抗

1.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=IRin，负载消耗的功率为P=UI=IIRin，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。

2.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。
非理想常规：理想电压源串联内阻或理想电流源并联内阻

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=IR=UR/(Rout+R)，负载产生的功率为P=UrI=U2R/(Rout+R)2。由此公式可知，输出阻抗越小，驱动负载的能力越大，继续推导可知R=Rout时，负载获得最大输出功率。

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=IrR，和内阻Rout两端电压一致，即Ur=IrR=InRout，又因为I=Ir+In通过推导可知Ur=I Rout * R /( Rout+R)，负载端功率：

P=UrIr=Ur2/Rout=I2Rout*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。

二、阻抗匹配

阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式.阻抗匹配分为低频和高频两种情况讨论.
对于直流电路和低频电路来说阻抗匹配都是为了负载获得最大的输出功率，对于高频信号阻抗匹配也可以得到最大输出功率，主要目的是防止信号反射。

1.低频

阻抗匹配（R负载=R内阻）可以保证负载获得最大功率，无论是戴维南等效还是诺顿等效。
对于纯电阻电路,此结论同样适用于低频电路及高频电路.当交流电路中含有容性或感性阻抗时,结论有所改变,就是需要信号源与负载阻抗的的实部相等,虚部互为相反数,这叫做共扼匹配.
在低频电路中,我们一般不考虑传输线的匹配问题,只考虑信号源跟负载之间的情况,因为低频信号的波长相对于传输线来说很长,传输线可以看成是“短线”,反射可以不考虑(可以这么理解:因为线短,即使反射回来,跟原信号还是一样的).
如下图，并不是纯阻性，喇叭的标注8欧姆为标准测试条件下比如1k郑相波下测试的阻抗

在这里插入图片描述

结论:

如果我们需要输出电流大,则选择小的负载R;如果我们需要输出电压大,则选择大的负载R;如果我们需要输出功率最大,则选择跟信号源内阻匹配的电阻R.有时阻抗不匹配还有另外一层意思,例如一些仪器输出端是在特定的负载条件下设计的,如果负载条件改变了,则可能达不到原来的性能,这时我们也会叫做阻抗失配.

2.高频：

对于高频信号，发射端与传输线要阻抗匹配，传输线要与接收端阻抗匹配，也就是发射端输出阻抗=传输线特征阻抗=接收端输入阻抗，这样信号传输不会有反射信号，就比如光沿着均匀介质传播才不会有反射。传输线有阻抗是因为比如闭路电视线同轴线缆，存在分布电容、分布电感等，就存在阻抗。
当信号的频率很高时,则信号的波长就很短,当波长短得跟传输线长度可以比拟时,反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状.如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不相等(即不匹配)时,在负载端就会产生反射.

传输线的特征阻抗(也叫做特性阻抗)是由传输线的结构以及材料决定的,而与传输线的长度,以及信号的幅度、频率等均无关。
比如下图所示，这些都是不同的特征阻抗对用的不同的线传输特性，这些和阻抗匹不匹配无关，单纯线径和线传输特性关系。下图中线芯是黄色的线不是白色的线套
例如,常用的闭路电视同轴电缆特性阻抗为75Ω(接近最小损耗传输线的尺寸),而一些射频设备上则常用特征阻抗为50Ω的同轴电缆.另外还有一种常见的传输线是特性阻抗为300Ω的扁平平行线,这在农村使用的电视天线架上比较常见,用来做八木天线的馈线.因为电视机的射频输入端输入阻抗为75Ω,所以300Ω的馈线将与其不能匹配.实际中是如何解决这个问题的呢?不知道大家有没有留意到,电视机的附件中,有一个300Ω到75Ω的阻抗转换器(一个塑料封装的,一端有一个圆形的插头的那个东东,大概有两个大拇指那么大).它里面其实就是一个传输线变压器,将300Ω的阻抗,变换成75Ω的,这样就可以匹配起来了.这里需要强调一点的是,特性阻抗跟我们通常理解的电阻不是一个概念,它与传输线的长度无关,也不能通过使用欧姆表来测量.为了不产生反射,负载阻抗跟传输线的特征阻抗应该相等,这就是传输线的阻抗匹配,如果阻抗不匹配会有什么不良后果呢?如果不匹配,则会形成反射,能量传递不过去,降低效率;会在传输线上形成驻波(简单的理解,就是有些地方信号强,有些地方信号弱),导致传输线的有效功率容量降低;功率发射不出去,甚至会损坏发射设备.如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时,会产生震荡,辐射干扰等.
当阻抗不匹配时,有哪些办法让它匹配呢?第一,可以考虑使用变压器来做阻抗转换,就像上面所说的电视机中的那个例子那样.第二,可以考虑使用串联/并联电容或电感的办法,这在调试射频电路时常使用.第三,可以考虑使用串联/并联电阻的办法.一些驱动器的阻抗比较低,可以串联一个合适的电阻来跟传输线匹配,例如高速信号线,有时会串联一个几十欧的电阻.而一些接收器的输入阻抗则比较高,可以使用并联电阻的方法,来跟传输线匹配,例如,485总线接收器,常在数据线终端并联120欧的匹配电阻.
阻抗不匹配的例子如下：
信号发生器输出阻抗、信号发生器与示波器连接线、示波器输入阻抗都是50欧姆，如果不用三通链接一段10米断头的线缆，示波器就1个脉冲，使用三通链接一段10米断头线缆以后示波器多了一个反射波，是信号通过断头线缆到头后反射回来给了示波器显示，断头处可以认为缆头和地一个无穷大电阻。
但是如果把断头处接不通阻值电阻，比如500欧姆 5000欧姆 50欧姆电阻到地，发现只有50欧姆时候发射波形没有了，因为阻抗匹配了。（如果信号发生器输出脉冲频率更高一些，断头线缆不用那么长，只要短一点就可以看到反射波形）

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3.阻抗匹配对画高速板的知道

画高速板时，信号端和接收端阻抗可以通过查芯片手册等看到，要做的就是画一根相同阻抗的走线将他们连接起来，如果阻抗不匹配会反射，影响信号质量，具体类似于光穿过界面分隔处，除了会折射进去还会有段信号反射回去，反射回去对原信号形成干扰（或者信号强弱不同）形成驻波效应，信号频率越高，波长越短，如果阻抗不匹配越短的导线越会观察处反射现象。
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