一文解析输入输出阻抗和MOS管栅极串联电阻

输入阻抗，输出阻抗，这两个参数似乎没那么重要，但事实并非如此。下面说下我的看法吧。       

一个问题

音频中的耦合电容从0.1uF-220uF都有，这是有病吗？都是用作隔离直流的，怎么就不能统一呢？

明白这个问题其实很简单，我们看信号是如何传输就容易明白了。这里就讲一个电路的分析方法，或者说是思维方式。  

电路分析方法

我们经常会看到各种复杂的电路，如果是新手，可能就蒙了。其实化繁为简非常简单： 只需要把电路分两块，一边输出信号，另外一边接收信号。姑且把输出信号的叫输出模块，接收信号的叫接收模块吧。

我们如果搞清楚这个信号在传输过程中发生了什么变化，那就什么都明白了。

输出模块

对于左边输出模块，我们通常知道输出的信号是什么，频率在什么范围，另外有一个重要的参数就是输出阻抗，所以电路模型是下面这个

这个很容易看出来，输出阻抗Zout非常重要了，它衡量了这个模块的输出能力。假如输出模块是个电源，那么Zout就是电源内阻，必定很小。不然的话，假如Zout=100Ω，接个10Ω负载，结果负载分得的电压只有电源电压的十分之一还不到，那还能叫电源吗？

所以呢，一般对于输出模块来说，这个输出阻抗越小越好。

接收模块

接收信号的电路太多了，花里胡哨。有的信号输入到IC芯片，有的信号接到MOS管上面驱动开关，有的接喇叭，等等很多很多类。 我们不管它到底是什么，就用一个Zin来表示，也就是输入阻抗。应该很容易知道，这个输入阻抗比较大是有好处的。

我们极端一点，假如输入阻抗无穷大，也就是开路了，那么不管前面的输出信号模块的输出阻抗是多大，信号都能很好的接收，跟输出的信号一样。而往小极端一点，如果输入无穷小，为0，其实就是接地短路了，那还传个球的信号。 我们把输入和输出接起来，就是下面这个。

总的来说，我们看信号传输时会发生哪些变化，只需要在头脑中将电路等效成这个样子就好了。 这样一等效，是不是简单多了？运用欧姆定律，接收端接收到的信号就出来啦。当然了，有时电路中间串联有电阻，电容，或者是电感，我们只需在中间加上这些器件即可。  

如何分析 举例1：拿开篇的音频耦合电容来举例。

这个是某音频codec典型电路，音频输入MIC管脚串联的是0.1uF电容，这个电容这么小可以吗？ 我们按照前面的方法来分析。

先看输出模块

咪头mic拾取音频，输出模拟信号，所以它是前面说的模型中的输出模块，它的输出阻抗是多少呢？ 我们随便找个咪头规格书看下，说是2.2KΩ，一般咪头的输出阻抗也都是差不多的的。

如图，芯片规格书也提供了咪头的内部电路，其实就是个FET管放大电路。如果好好学习的话（论大学好好学习的重要性），就知道这个FET管放大电路的输出阻抗就是那个RL，厂家这个RL是2.2KΩ，所以它就标注输出阻抗是2.2KΩ。 而我们前面贴出的codec电路用的是1KΩ的电阻，所以实际输出阻抗是1KΩ，我们就用1KΩ吧。 我们再来看接收模块。 接收模块是codec芯片，管脚是它的输入阻抗是多少呢？我们查看规格，输入阻抗是20KΩ或者是80KΩ（与配置有关），我们取不利的值，也就是最小的值，20KΩ

输出模块和输入模块中间有个隔直电容，我们加上这个电容。所以，电路化简完后就是这样的了。

其实，这就是个RC高通滤波器，截止频率为1/2π(Zin+Zout)C。 现在Zin+Zout =20KΩ+1KΩ，C=0.1uF，所以3dB截止频率为75.8Hz。我们知道，人的声音频率范围是300Hz-3.4Khz，所以可以判断，这个音频信号可以很好的传输过去了，也就是说电容0.1uF的大小就够了，如果增大到1uF，截止频率变为7.58Hz，也没有问题。不过1uF电容肯定要比0.1uF电容要贵些，选0.1uF更经济。 这个codec图中还有个耳机输出端口，串联的是220uF的电容，为什么接这么大呢？

对于这个电路，是芯片输出信号送到耳机。输出模块是芯片，接收模块是耳机 我们先看输出模块codec芯片，查看规格书，芯片对应管脚输出阻抗是16Ω。在看接收端——耳机，耳机的阻抗有16Ω，32Ω，64Ω。我们取最差的（不利于信号接收），也就是16Ω，电路简化之后电路跟上面是一样的，我就不画了 也是个高通滤波器，截止频率为1/2π(Zin+Zout)C。现在Zin+Zout=16+16=32Ω，C=220uF，所以3dB截止频率为22.6Hz。同样，人声的300Hz-3.4Khz可以很好的传过去。如果我们选用10uF电容，那么截止频率就变为了497.6Hz，显然，低频就被衰减了，音频就不能很好的传输了，出现失真。

估计有人会问，220uF太大了，我选用22uF行不行呢？22uF带入进去，截至频率是226Hz，也在人的声音频率300Hz之外啊，应该可以吧。 这个我想说看自己应用吧，看你放的声音是什么频率段的。麦克风拾音一般是人的声音，在200Hz-3.4K范围。但是放音就不一定只有人的声音了，人耳的听力范围是20Hz-20Khz，所以最低可以到达20Hz。如果你要求高，一定要最低的频率也不能衰减，那么就需要220uF的电容。 如果就是为了听个响，低频失不失真的无所谓，你搞个22uF也行，甚至10uF也凑合，就是低频分量被削弱了。 除了这个音频的例子，我们再看另外一个例子。  

举例2：MOS管栅极串联电阻的分析

分析方法跟前面说的是一样的，接收模块是MOS管，MOS管的输入电阻可以看成无穷大，但是寄生电容较大，所以它作为接收模块时，寄生电容站输入阻抗的主要部分，其输入阻抗就是电容的阻抗，为1/jwC。 我之所以把这个放到这里，其实主要是想说明一点。输入阻抗，输出阻抗，它俩是复阻抗，不仅仅包括电阻，还包括电容和电感。 这个电路以前详细分析过，就不再说了。   很多芯片也会给出相关端口的寄生电容大小，我们要根据实际情况考虑。前面举的音频的例子，因为频率较低，而相关端口的寄生电容也就10pF左右，这个影响是相当小的，所以自然就可以忽略掉电容了。

  结尾

本文主要的目的不在于讲一个音频耦合电容的问题，重点在于分析方法。 如果你碰到一个新的电路，不知道如何下手的时候，不妨按照这个方法试一试。头脑中简单建个模，代入输出阻抗，输入阻抗。再思索一下所处理的信号是什么，其包含了哪些频率分量（傅里叶变换）。也许答案就出来了，不用其他人告诉你。 另外，我们现在应该知道，为什么厂家会给出输入阻抗，输出阻抗参数了吧。学习模电的时候，为什么要去算那个输入阻抗，输出阻抗。因为它们都是有用的。  

编辑：黄飞