了解运放的输入输出阻抗
一、概念
1.1输入阻抗（Input Resistance）也被称为差模输入阻抗：Z ID。

差模输入阻抗的定义为：运放工作在线性区时，两输入端的电压变化量与对应的输入端电流变化量的比值。

差模输入阻抗中包含输入电阻和输入电容。

在低频时它仅指输入电阻。

一般产品的数据手册也仅仅给出输入电阻。

采用双极型晶体管做输入级的运放的输入电阻不大于10兆欧；场效应管做输入级的运放的输入电阻一般大于109欧。

Z ID愈大，从信号源索取的电流愈小，放大电路所得到的输入电压Ui就越接近信号源电压Us。

在TI的数据手册中，运放TLC27L4的输入电阻为：“”，但并未给出输入电容的值。

1.2输出阻抗定义为，运放工作在线性区时，在运放的输出端加信号电压，这个电压变化量与对应的电流变化量的比值。

在低频时仅指运放的输出电阻。

二、仿真
2.1输入电阻的仿真
图一输入电阻的仿真
根据：R=U/I，可得：Ri≈1×109Ω。

较手册给出的典型值（1012Ω）差了好多。

首先测试100Hz时运放的输出值，Vo1=42.426mV。

如图二示：
图二输入电容的仿真1
然后测试输出-3dB（0.707Vo1=29.995182mV）时的频率值：119.4608kHz。

图三输入电容的仿真2
根据：C=（2πRf）-1，将R=2MΩ、f=119.4608kHz代入，则得Ci≈0.666pF。

图四输出电阻的仿真
在图四中，运放不接负载电阻R2时的输出电压为：V1=141.419mV，接上负载电阻后的输出为：V2=141.413mV。

则：Ro=（V1-V2)×R2÷V2≈4.6mΩ。

三、实测
3.1输入电阻的测试
根据图一电路原理，对TLC27L4CN进行输入电阻的实测。

其输入、输出波形如下图：
图五输入电阻实测图1
图中：绿色线为输入信号，黄色线为输出信号。

输入、输出二线重合且没有失真，用福
禄克“289C”数字表测外接电阻R1二端电压，情况如下图：
图六输入电阻实测图2
信号源输出电压为141.77mV，电阻二端的电压为6.762mV，则可得：Ri≈4×107Ω。

约40MΩ的输入电阻与手册给出的1TΩ存在不小的差距。

这跟测试设备的测量精度和输入阻抗等有直接的关系。

3.2输入电容测试
根据图二电路原理，对TLC27L4CN进行输入电容的实测。

输入、输出波形如下图：
图七输入电容实测图
100Hz时，输出为141.96mV，-3dB时（100.3657mV）的信号频率为：25.324kHz。

则可算得输入电容为：Ci≈3.14pF。

3.3输出电阻的测试
根据图四电路原理，对TLC27L4CN进行输出电阻的实测。

实测时波形记录如下图八：
图八输出电阻实测图
当输出端空载时，输出电压V1=78.36mV，当接R2=1892.6Ω时，输出电压V2=78.08mV。

则输出电阻为：Ro≈6.8Ω。

四、小结
4.1输入阻抗
4.1.1在低频电路中，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。

对于一般的放大电路来说，输入阻抗当然是越大越好。

输入电抗越大，表明放大器从信号源取的电流越小，放大器输入端得到的信号电压也越大，即信号源电压衰减的少。

4.1.2输入端的输入电容
运放的输入电容会引起信号的损失、畸变、相移、电路不稳等，是造成放大器工作频带变窄的主要原因。

在高频、大增益的情况下影响会较明显，此时应尽量选用输入电容小的运放；一般情况下的应用输入电容不会造成明显的影响。

4.2输出阻抗
无论信号源或者放大器还是电源，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，内阻应该为0，但现实中的电压源，则做不到这一点。

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）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。

这将导致电压源输出电压的下降，从而限制了最大输出功率。

从另一角度说，输出电阻被用来衡量放大器在不同负载条件下维持输出信号电压（或电流）恒定的一种能力，称为其带负载能力。

当放大器将放大了的信号输出给负载电阻R L时，对负载R L来说，放大器可以等效为具有内阻Ro的信号源，由这个信号源向R L提供输出信号电压和输出信号电流（Ro称为放大器的输出电阻，它是从放大器输出端向放大器本身看入的交流等效电阻）。

如果输出电阻Ro很小，满足Ro<<R L条件，则当R L在较大范围内变化时，就可维持输出信号电压和电流的恒定。