放大器的阻抗匹配，是在匹配什么？

放大器的阻抗模型

放大器可以认为有两个阻抗，一个在输入端，称之为输入阻抗；一个在输出端，称之为输出阻抗。

通常希望输入阻抗越大越好，而输出阻抗越小越好。现代化的运算放大器具有MΩ甚至GΩ级别的输入阻抗，以及Ω级别的输出阻抗：

上述是LM358B的输入、输出阻抗情况。

电压放大器的阻抗匹配

输入和输出的阻抗匹配是必要的。因为放大器作为信号放大的中间环节，如果阻抗不匹配，信号放大的效率就会降低。

比如，以下是一种由多个放大器级联的电路，也就是将一个放大器的输出，作为另一个放大器的输入：

如图可见，第一个放大器的输出阻抗 Zout (A) 和第二个放大器的输入阻抗 Zin (B) 形成一个分压器。可以将这部分绘制成右边阴影部分的等效电路。

两个阻抗连接处的电压 (X) 取决于 Zin (B) 与 Zout (A) 的相对值。假设 Zout (A) 比 Zin (B) 小得多，则点 X 处的大部分电压将产生在 Zin (B) 上，即，电压产生在第二个放大器的输入阻抗上，而不是第一个放大器的输出阻抗上。

上述这种“ Zout (A) 比 Zin (B) 小得多 ”的情况，就是一种阻抗匹配，符合“电压放大器”的需要。因为电压放大器的目的是电压增益大于电流或功率增益，电压波形从前级耦合到后级，电压幅度的降低尽可能小。此类电路的分析原则采用了电阻分压原理。

然而，无论Zout (A) 比 Zin (B) 小多少，阻值依旧存在，级联耦合之间的信号幅度总会有损失，所以在计算多级放大器的总增益时，总增益将小于每个放大器各个增益的乘积。比如，图中两级放大器的每一个增益都为 10，那么总增益可能被认为是 10 x 10 = 100，但实际的总增益肯定是比 100 更小。

功率放大器的阻抗匹配

如果信号源内阻、信号是恒定的，只有负载阻抗是变量，则负载上电流与电压波形变化趋势相反。只有在负载阻抗与信号源内阻相等时，负载上能得到最大功率（V x I）：

对于功率放大器来说也一样，在功率放大器输出阻抗与负载阻抗不匹配时，需要增加匹配网络：

上述“匹配网络”在驱动射频信号时很常见，它一方面作为放大器的负载，另一方面作为负载（如天线）的信号源，做到了两方面的阻抗匹配。

放大器的阻抗如何测量？

我们知道万用表只能测量直流电阻。而如果要测阻抗，则需要用到信号发生器、示波器和可变电阻。

比如，对于测量放大器的输入阻抗，可以构建以下测量环境：

图中，在信号发生器和放大器输入之间连接一个可变电阻器，初始状态其电阻设置为零欧姆。在放大器负载上连接一个示波器。

然后，信号发生器设置为以 1kHz 的频率提供正弦波输出。在示波器上可以看到输出信号，调整示波器参数，使其无噪声、无失真显示信号，并且显示的信号幅度足够大。

现在，调整可变电阻，逐渐增大，基于分压原理，放大器输入阻抗上分得的电压逐渐变小，输出信号应该也会逐渐变小。当输出信号的幅度减少为初始状态的一半时，说明可变电阻的阻值与放大器的输入阻抗相等。

最后，取下可变电阻，用万用表测量其阻值，即是放大器的在激励信号为 1kHz 时的输入阻抗。整个过程假设了信号源的内阻很小，可忽略。当然，这种环境只是测量阻抗的大小，并没有测量其导致的相位变化。

对于测量放大器的输出阻抗，测量环境是将可变电阻连接在输出端：

测量原理一样，通过调节可变电阻，当输出信号幅度减半，即为可变电阻与输出阻抗相等的时候。

参考资料

参考资料，主要来自：

• http://www.learnabout-electronics.org/ac_theory/
• TI LM358或LM358B的spec

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