电路分析方法--阻抗概念

2023-03-07 百战团队

任何电路在经过“等效处理”之后，都会被简化成“电源+阻容感”的模型，研究清楚它的阻抗特性，再结合串联和并联定理结合欧姆定律，我们就知道电路在给什么样的激励，会得到什么样的输出。阻抗是电阻和电抗的统称，电阻和电抗最大的差异在于电阻限流（欧姆定律）的同时会消耗电能。而电抗只限流，不消耗电能（不做功）。电阻在直流电和交流电下都有限流作用，而电抗只在交流电环境中有限流作用。阻抗思维分析开关电路如下图，V1持续向R1在输送电流，图中电流回路如绿色箭头所示。如果想控制电流流向R1，我们有哪些办法？

最常见的方法是，断开V1和R1之间的连接，切断电流回路。如下图所示。

或者我们可以通过短路的方式，把R1旁路，如下图所示。将R1前面加一条导线，把电流引向阻抗低的通路上，R1上将获得忽略不计的电流。

上述两种方法，都很直截了当，要么将V1到R1的通路彻底断开，要么短路R1，处理的干脆利落。但是在工程的世界里，我们无法做的这么干脆利落，往往讲究个“差不多”就行。所以，“短路模型”我们只能做到“低阻抗”，“开路模型”我们只能做到“高阻抗”，交流成分幅值被大幅度“衰减”，我们就认为达标了。如下图所示，下图为实际的电源-负载模型。我们看如何通过调整阻抗来达到开关效果。实际电路中的电源都有输出能力限制和内阻，输出电流越大，输出电压也会越低。如下内阻为0.1Ω，负载为1KΩ的电路。在当前情况下，负载两端获得的电压为内阻和R2分压而成。我们可以计算出V=5V*(1K/(1K+0.1))=4.9999V，I=5V/1000.1Ω=4.9mA。

如果我们用“开路模型”的方法来调整阻抗，断开电路，该怎么调整呢？就是在电源和负载之间串接远大于1K的电阻，进行串联分压，使得R2上获得的电压更小。如下图，若串联的1M电阻与负载分压。我们可以计算出负载两端最终分配的电压：

V=5V*（1K/（0.1+1000K+1K））=0.00499V，I=5V/1001000.1Ω=0.0049mA。幅值削弱了接近1000倍，在工程思维上，R2近似于被“断开”了。如果我们用“短路模型”的方法来断开R2，该怎么调整呢？就是在负载前端并联远小于0.1Ω的电阻，与内阻进行串联分压，使得R2上获得的电压更小。如下图，若滤波措施等效为并联的0.005Ω电阻与内阻分压。我们可以计算出负载R2两端最终分配的电压：

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