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驱动电路、输入阻抗及输出阻抗

1.驱动电路(Drive Circuit),位于主电路和控制电路之间,用来对控制电路的信号进行放大的中间电路(即放大控制电路的信号使其能够驱动功率晶体管),称为驱动电路。

功率驱动电路:一般情况下,无论是数字电路还是模拟电路,为了减小功耗,那么在内部信号处理和计算的时候,电压、电流比较小,那么这些信号对外部的驱动能力也就很小。

但是比如电机等一些外部设备,他们的功率比较高,如果直接用这些内部计算得到的信号去驱动它们显然是不行的,那么就需要有功率驱动电路了,由这些控制信号来控制功率驱动电路,再由功率驱动电路产生大功率信号,来驱动外部设备(如:电机)。

NPN三极管驱动继电器电路
注:当三极管由导通变为截止时,继电器产生一个较大的自感电压,二极管的作用是消除这个感生电动势,吸收改电动势(反向续流)。

※注:输入、输出阻抗与带负载能力(驱动能力)
对于带负载能力,可以理解为输出功率的大小。

一般大功率的功放用MOSFET管,因为它的内阻更小。

一般地,运算放大器输入阻抗越大越好,输出阻抗越小越好。

若输入信号源的电压和内阻是不变的,则放大器的输入电阻越大(即高输入阻抗),从信号源取得的电流就越小,而在信号源内阻上的压降也就越小,信号电压就能以尽可能小的损失加到放大器的输入端;若放大器的输出电阻越小(即低输出阻抗),根据电阻串联分压原理,信号源电压(放大器的输出电压)在内阻Rs(输出阻抗)上的损失也越小,负载就会获得尽可能高的输出电压,常称之为“负载能力强”,即放大器可以带动功率更大,内阻更小的负载。

2.输入阻抗和输出阻抗小结
(1)输入阻抗
输入阻抗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。

输入阻抗跟一个普通的电抗元件一样,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。

(2)输出阻抗
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,但现实中的电压源,则不能做到这一点。

我们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,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。

低输出阻抗还意味着放大器本身会有更低的功耗。

在驱动低阻抗负载时,大电流输出也是一种有用的特性。

(3)阻抗匹配
3.上拉和下拉电阻
上拉电阻就是把不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平,此电阻还起到限流的作用。

同理,下拉电阻是把不确定的信号钳位在低电平。

上拉电阻是指器件的输入电流,而下拉指的是输出电流。

拉电阻的作用:
(1)防止输入端悬空,在引脚悬空时有确定的状态
(2)通过上拉或下拉来增加或减小驱动电流
(3)增加高电平输出时的驱动能力;为加大输出引脚的驱动能力,有的单片机管脚上也常使用上拉电阻。

(4)改变电平的电位,常用在TTL-CMOS匹配;当TTL电路驱动COMS电路时,如果TTL电路输出的高电平低于COMS电路的最低高电平(一般为3~5V),这时就需要在TTL的输出端接上拉电阻,以提高输出高电平的值。

(5)为OC门提供电流;OC门电路必须加上拉电阻才能使用。

(6)长线传输中电阻不匹配容易引起反射波干扰,加上下拉电阻是电阻匹配,有效的抑制反射波干扰。

一般地说,上拉电阻越小,驱动能力越强,但功耗越大。

三极管上拉电阻三极管下拉电阻
4.W=VA×功率因数(其中,W是有功功率,VA是视在功率)
——陈宇栋 2014/3/14。

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