我常用的分析方法——輸入輸出阻抗，是怎么玩的？你會(huì)不？

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這篇文章并非是現(xiàn)在寫(xiě)的，而是三年前，文章中的方法是我常用的，再次分享給兄弟們。

輸入阻抗，輸出阻抗，這兩個(gè)參數(shù)似乎沒(méi)那么重要，但事實(shí)并非如此。下面說(shuō)下我的看法吧。

一個(gè)問(wèn)題

音頻中的耦合電容從0.1uF-220uF都有，這是有病嗎？都是用作隔離直流的，怎么就不能統(tǒng)一呢？

明白這個(gè)問(wèn)題其實(shí)很簡(jiǎn)單，我們看信號(hào)是如何傳輸就容易明白了。這里就講一個(gè)電路的分析方法，或者說(shuō)是思維方式。

電路分析方法

我們經(jīng)常會(huì)看到各種復(fù)雜的電路，如果是新手，可能就蒙了。其實(shí)化繁為簡(jiǎn)非常簡(jiǎn)單：

只需要把電路分兩塊，一邊輸出信號(hào)，另外一邊接收信號(hào)。姑且把輸出信號(hào)的叫輸出模塊，接收信號(hào)的叫接收模塊吧。

我們?nèi)绻闱宄@個(gè)信號(hào)在傳輸過(guò)程中發(fā)生了什么變化，那就什么都明白了。

輸出模塊

對(duì)于左邊輸出模塊，我們通常知道輸出的信號(hào)是什么，頻率在什么范圍，另外有一個(gè)重要的參數(shù)就是輸出阻抗，所以電路模型是下面這個(gè)

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這個(gè)很容易看出來(lái)，輸出阻抗Zout非常重要了，它衡量了這個(gè)模塊的輸出能力。假如輸出模塊是個(gè)電源，那么Zout就是電源內(nèi)阻，必定很小。不然的話，假如Zout=100Ω，接個(gè)10Ω負(fù)載，結(jié)果負(fù)載分得的電壓只有電源電壓的十分之一還不到，那還能叫電源嗎？

所以呢，一般對(duì)于輸出模塊來(lái)說(shuō)，這個(gè)輸出阻抗越小越好。

接收模塊

接收信號(hào)的電路太多了，花里胡哨。有的信號(hào)輸入到IC芯片，有的信號(hào)接到MOS管上面驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)，有的接喇叭，等等很多很多類。

我們不管它到底是什么，就用一個(gè)Zin來(lái)表示，也就是輸入阻抗。應(yīng)該很容易知道，這個(gè)輸入阻抗比較大是有好處的。

我們極端一點(diǎn)，假如輸入阻抗無(wú)窮大，也就是開(kāi)路了，那么不管前面的輸出信號(hào)模塊的輸出阻抗是多大，信號(hào)都能很好的接收，跟輸出的信號(hào)一樣。而往小極端一點(diǎn)，如果輸入無(wú)窮小，為0，其實(shí)就是接地短路了，那還傳個(gè)球的信號(hào)。

我們把輸入和輸出接起來(lái)，就是下面這個(gè)。

總的來(lái)說(shuō)，我們看信號(hào)傳輸時(shí)會(huì)發(fā)生哪些變化，只需要在頭腦中將電路等效成這個(gè)樣子就好了。

這樣一等效，是不是簡(jiǎn)單多了？運(yùn)用歐姆定律，接收端接收到的信號(hào)就出來(lái)啦。當(dāng)然了，有時(shí)電路中間串聯(lián)有電阻，電容，或者是電感，我們只需在中間加上這些器件即可。

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如何分析

舉例1：拿開(kāi)篇的音頻耦合電容來(lái)舉例。

這個(gè)是某音頻codec典型電路，音頻輸入MIC管腳串聯(lián)的是0.1uF電容，這個(gè)電容這么小可以嗎？

我們按照前面的方法來(lái)分析。

先看輸出模塊

咪頭mic拾取音頻，輸出模擬信號(hào)，所以它是前面說(shuō)的模型中的輸出模塊，它的輸出阻抗是多少呢？

我們隨便找個(gè)咪頭規(guī)格書(shū)看下，說(shuō)是2.2KΩ，一般咪頭的輸出阻抗也都是差不多的的。

如圖，芯片規(guī)格書(shū)也提供了咪頭的內(nèi)部電路，其實(shí)就是個(gè)FET管放大電路。如果好好學(xué)習(xí)的話（論大學(xué)好好學(xué)習(xí)的重要性），就知道這個(gè)FET管放大電路的輸出阻抗就是那個(gè)RL，廠家這個(gè)RL是2.2KΩ，所以它就標(biāo)注輸出阻抗是2.2KΩ。

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而我們前面貼出的codec電路用的是1KΩ的電阻，所以實(shí)際輸出阻抗是1KΩ，我們就用1KΩ吧。

我們?cè)賮?lái)看接收模塊。

接收模塊是codec芯片，管腳是它的輸入阻抗是多少呢？我們查看規(guī)格，輸入阻抗是20KΩ或者是80KΩ（與配置有關(guān)），我們?nèi)〔焕闹担簿褪亲钚〉闹担?0KΩ

輸出模塊和輸入模塊中間有個(gè)隔直電容，我們加上這個(gè)電容。所以，電路化簡(jiǎn)完后就是這樣的了。

其實(shí)，這就是個(gè)RC高通濾波器，截止頻率為1/2π(Zin+Zout)C。

現(xiàn)在Zin+Zout =20KΩ+1KΩ，C=0.1uF，所以3dB截止頻率為75.8Hz。我們知道，人的聲音頻率范圍是300Hz-3.4Khz，所以可以判斷，這個(gè)音頻信號(hào)可以很好的傳輸過(guò)去了，也就是說(shuō)電容0.1uF的大小就夠了，如果增大到1uF，截止頻率變?yōu)?.58Hz，也沒(méi)有問(wèn)題。不過(guò)1uF電容肯定要比0.1uF電容要貴些，選0.1uF更經(jīng)濟(jì)。

這個(gè)codec圖中還有個(gè)耳機(jī)輸出端口，串聯(lián)的是220uF的電容，為什么接這么大呢？

對(duì)于這個(gè)電路，是芯片輸出信號(hào)送到耳機(jī)。輸出模塊是芯片，接收模塊是耳機(jī)

我們先看輸出模塊codec芯片，查看規(guī)格書(shū)，芯片對(duì)應(yīng)管腳輸出阻抗是16Ω。在看接收端——耳機(jī)，耳機(jī)的阻抗有16Ω，32Ω，64Ω。我們?nèi)∽畈畹模ú焕谛盘?hào)接收），也就是16Ω，電路簡(jiǎn)化之后電路跟上面是一樣的，我就不畫(huà)了

也是個(gè)高通濾波器，截止頻率為1/2π(Zin+Zout)C。現(xiàn)在Zin+Zout=16+16=32Ω，C=220uF，所以3dB截止頻率為22.6Hz。同樣，人聲的300Hz-3.4Khz可以很好的傳過(guò)去。如果我們選用10uF電容，那么截止頻率就變?yōu)榱?97.6Hz，顯然，低頻就被衰減了，音頻就不能很好的傳輸了，出現(xiàn)失真。

估計(jì)有人會(huì)問(wèn)，220uF太大了，我選用22uF行不行呢？22uF帶入進(jìn)去，截至頻率是226Hz，也在人的聲音頻率300Hz之外啊，應(yīng)該可以吧。

這個(gè)我想說(shuō)看自己應(yīng)用吧，看你放的聲音是什么頻率段的。麥克風(fēng)拾音一般是人的聲音，在200Hz-3.4K范圍。但是放音就不一定只有人的聲音了，人耳的聽(tīng)力范圍是20Hz-20Khz，所以最低可以到達(dá)20Hz。如果你要求高，一定要最低的頻率也不能衰減，那么就需要220uF的電容。

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如果就是為了聽(tīng)個(gè)響，低頻失不失真的無(wú)所謂，你搞個(gè)22uF也行，甚至10uF也湊合，就是低頻分量被削弱了。

除了這個(gè)音頻的例子，我們?cè)倏戳硗庖粋€(gè)例子。

舉例2：MOS管柵極串聯(lián)電阻的分析

分析方法跟前面說(shuō)的是一樣的，接收模塊是MOS管，MOS管的輸入電阻可以看成無(wú)窮大，但是寄生電容較大，所以它作為接收模塊時(shí)，寄生電容站輸入阻抗的主要部分，其輸入阻抗就是電容的阻抗，為1/jwC。

我之所以把這個(gè)放到這里，其實(shí)主要是想說(shuō)明一點(diǎn)。輸入阻抗，輸出阻抗，它倆是復(fù)阻抗，不僅僅包括電阻，還包括電容和電感。

很多芯片也會(huì)給出相關(guān)端口的寄生電容大小，我們要根據(jù)實(shí)際情況考慮。前面舉的音頻的例子，因?yàn)轭l率較低，而相關(guān)端口的寄生電容也就10pF左右，這個(gè)影響是相當(dāng)小的，所以自然就可以忽略掉電容了。

結(jié)尾

本文主要的目的不在于講一個(gè)音頻耦合電容的問(wèn)題，重點(diǎn)在于分析方法。

如果你碰到一個(gè)新的電路，不知道如何下手的時(shí)候，不妨按照這個(gè)方法試一試。頭腦中簡(jiǎn)單建個(gè)模，代入輸出阻抗，輸入阻抗。再思索一下所處理的信號(hào)是什么，其包含了哪些頻率分量（傅里葉變換）。也許答案就出來(lái)了，不用其他人告訴你。

另外，我們現(xiàn)在應(yīng)該知道，為什么廠家會(huì)給出輸入阻抗，輸出阻抗參數(shù)了吧。學(xué)習(xí)模電的時(shí)候，為什么要去算那個(gè)輸入阻抗，輸出阻抗。因?yàn)樗鼈兌际怯杏玫摹?/p>

看完了這個(gè)文章，至少應(yīng)該不會(huì)再有耦合電容取多大這種問(wèn)題了吧…

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