电阻抗有何含义？
“电阻抗”可以界说为对电路中电流活动的表观反抗。从定量视点描绘，阻抗是电路两头的电压与流进该电路电流之比（欧姆定律的广义方法）：
式中，Z为阻抗（Ω）；V为Z两头的电压；I为经过Z的电流。
深化了解阻抗的概念关于正确运用简直悉数的电子仪器和正确解说丈量数据是十分重要的。只要将一台丈量仪器衔接到另一器材，就应当重视额定的负载（即衔接在器材上的总阻抗的改动）对器材的作业特别是对丈量数值精确度的影响。
固然，丈量仪器接到被测器材上要是不搅扰被测器材的作业状况，那么，测得值与不衔接丈量仪器时之值彻底相同。惋惜的是，丈量仪器需求从被测器材（经过抽取电流）罗致能量，所以，依据丈量仪器和被测器材两者阻抗巨细的不同，将在必定程度上改动器材的作业状况。例如，运用一般的低阻抗指针式多用表丈量电压，简直悉数电子电路都要遭到影响。在晶体管电路中的电压读数低10%～20%是很典型的。另一方面，高阻抗式电阻多用表（DMM）的读数并不显着低于悉数未受搅扰电路的读数。不过，像场效应管电路这样的极高阻抗电路在外。
在包括信号源，如信号发作器和脉冲发作器的状况下，丈量仪器输出信号的起伏仅仅是在其输出端衔接指定阻抗时校准的。除非对相关的阻抗电平进行校对，不然，任何其它的阻抗值都将导致起伏差错。不仅如此，除非使信号源的输出端阻抗等于衔接电缆和负载的阻抗（完成这一条件叫做“阻抗匹配”），不然，会发作令人讨厌的信号反射，然后导致校准差错并在许多状况中引起虚伪信号。在衔接喇叭、指示外表（如表头、记录仪）和瓦特计等输出设备时，作相似的考虑是很重要的。
鉴于阻抗电平与信号的频率和波形有关，故凡与阻抗相关的丈量问题都是很杂乱的。一般，在低的音频波段对测验器材影响不大的仪器，到了几百千赫就彻底不能运用，其原因在于这样高的频率下仪器加载效应十分严峻。
二、阻抗的概念
流进电路的电流作为外加电压的成果，由电路的阻抗决议。阻抗越高，电路“阻止”电流活动越激烈，因而电流之值越小。将电气体系的电流模仿为水经过管道体系而活动，对没有入门的读者树立概念是有协助的。流过一根管道体系的水量决议于两个要素：进口的水压以及水管的根本特性，如尺度、形状和润滑度等。水的流量模仿经过电路的电子流即电流；水的逼迫压力模仿外加电压；而约束和阻止水流的水管特性模仿电路阻抗。这样一来，关于给定的压力，可以选用设备阀门改动水管体系阻力的办法来改动水的活动。相同，当电压给守时，可以选用改动电路阻抗的办法来操控电流。
关于直流电源状况，电路的阻抗简略的是等效串联电阻R（单位：欧姆）。电阻R的界说是外加电压V（单位：伏特）与得到的电流I（单位：安培）之比。正如电路中因外加直流电压而活动的电流是由直流电阻决议相同，因时变电压引起的电流由对时变信号呈现的电路阻抗（包括电路的电感、电容加电阻）决议。因而阻抗Z遍及适用的界说是电路两头的电压V与流进该电路的电流I之比。这个界说包括时变效应。像直流电路电阻的状况相同，公认的阻抗单位是欧姆。
关于正弦改动的电压（沟通信号）这一遍及而重要的状况，电路的阻抗Z可以是一个复数。它是串联电阻R和电抗X之和：
Z=R+JX
式中j指出电流与电压在电抗中的时刻相位差90°。
1、串联电路的阻抗
具有电阻R和电抗X的简略串联电路
如上图，外加总电压V有必要呈现在两个串联器材R和X上。因为电流I只要一条通路，它有必要流经R和X两者，所以，这个简略的电路标明为串联电路。依据欧姆定律，R两头的电压VR有必要是IR，X两头的电压VX有必要是IX。可是，跨接在R和X两头的总电压不是两个起伏的简略相加∣VR∣+∣VX∣。尽管电阻两头的电压与电流同相，但电抗两头的电压与电流不同相。
如下图，电压和电流曲线标明，在电抗上存在90°的相位联系。如图中所见，电路两头的电压不单单是两个电压重量之和，并且还依靠两者的相位联系。电路任何时刻的瞬时电压等于同一时刻两个瞬时电压重量（VR和VX）之和。
简略串联电路电流I、电阻两头电压VR、电抗两头电压VX和电路总电压V随时刻改动的曲线
所以，可以将阻抗联系Z=R+JX以为是两个阻抗重量的根本界说：电阻R的电压与电流同相，而电抗X两头的电压超前于电流90°（假如电抗为负数，那么电压滞后于流过该电抗的电流）。可以经过作图将阻抗Z=R+JX形象化。
串联电路的复阻抗图
箭头符号的长度标明起伏，单位为欧姆，视点θ是阻抗的相位角
如上图，沿水平轴（实轴）画R，沿笔直轴（虚轴）画X。X相关于R画成90°，以表现X前的j所标明的90°相位联系。总阻抗为R与X两个重量之和，它们是笔直的。因而，两者不仅仅构成代数和，而是有必要构成上图所示的复数之和。
选用组成箭头的长度与相位角θ标明该复数和，可以将这种极坐标方法的阻抗写成：
Z=∣Z∣∠θ
式中，∣Z∣为V对I的起伏之比；∠θ为电流滞后于电压的电视点。
关于无源电路，θ介于-90°和+90°之间。电抗可以为正或为负，负视点意味着电流超前于电压，这是负电抗的成果。阻抗的这两种方法等效并可以经过复函数的初等运算进行转化：
假如将电抗标明成极坐标方法（∣Z∣∠θ），转化为电阻和电抗的逆运算是：
R=∣Z∣cosθ
X=∣Z∣sinθ
无源电路元件只要三种根本类型：电阻，电容和电感。电阻天然选用电压与电流同相（θ=0）加以区分，而电容是负电抗（θ=-90°），电感为正电抗（θ=+90°）。电路的总电抗X与整个等效串联电感L和电容C经过下列联系式相联系：
式中，f为外加正弦电压的频率（赫兹）；L为电感（亨利）；C为电容（法拉）。
2、并联电路的阻抗
简略并联电路
如上图，同电流流过电路元件的串联电路相反，并联电路或分流电路以悉数元件都衔接一个一起电压为其特征。这种并联电路的阻抗可以找到等效的串联方法，或许像常说的那样，并联电路的阻抗可以选用下面标明式组合而成：
式中，Zp是两个阻抗Z1和Z2相并联的等效阻抗
三、输入阻抗和输出阻抗
1、输入阻抗
电路器材的“输入阻抗”是输入端的外加电压与流进输入端的电流之比（如下图）
式中Zin为输入阻抗；Vin为输入端的外加电压；Iin为流进输入端的电流。
器材的输入阻抗
在外加直流电压状况下，输入阻抗是一个电阻；可是，关于沟通信号状况，有必要选用包括相位联系的一般阻抗。仅仅是在输入电流恰巧与外加电压相位相一起，输入阻抗才是纯电阻（电抗等于0）。低输入阻抗器材比高输入阻抗器材从给定的外加电压源吸收更多电流，或许说低阻抗器材比高阻抗器材对源“加载”更重。所以得出结论：丈量仪器的输入阻抗将决议任何一个器材的作业状况被外加丈量仪器改动的程度。因而任何一台丈量仪器衔接之前，都应当首要考虑该仪器的输入阻抗是否适宜，然后才将它接上电路。
2、输出阻抗
器材的“输出阻抗”是负载所看到的等效源阻抗。只要把一对端子处的有源器材当作一个信号源时，输出阻抗才有含义（如图）。
为了确认电流和电压，仪器可以用等效电路替代
“等效阻抗”这个术语意味着该器材可以用一等效电路（戴维宁等效电路）替代。在图中，电压源是无负载时的输出电压，Zout是悉数有源器材都用它们的内阻抗替代时向器材看回去的阻抗。
输出阻抗可借助于器材无负载时的输出电压表达：
式中Zout为输出阻抗；Voc为源的开路电压；VL为负载电压；IL为负载电流。
这个标明式表达了一个思维：当器材衔接负载时，输出电压（Voc-VL）由输出阻抗直接确认。
可以将输出阻抗当作为器材对加载的活络程度，即输出阻抗越低，负载对输出电压的影响越小。当电流给定，较低输出阻抗两头的电压降较低，所以输出电压较高。
3、输入阻抗和输出阻抗的确认
在电子器材的输入阻抗和输出阻抗可以经过丈量相应的电压对电流之比由试验确认，或许，假如已知仪器的内部参数则可由核算确认。不过，一般都不用如此，因为仪器手册上的丈量运用说明书会列出输入阻抗和输出阻抗。在规划频率上，这两个阻抗近似为一个纯电阻。阻抗“50Ω”和“50Ω输出阻抗”之类的声明意味着，在正常的作业频率规模内电抗根本上等于零。
在某些运用中，可以不用切当知道输入阻抗和输出阻抗。一般这两个参数可以选用相应的仪器测得。依据输入阻抗界说，假如可以测定输入电压、输入电流及各自的相位角，那么输入阻抗就确认下来。最便利的办法便是运用阻抗电桥或其它阻抗丈量仪器在期望的频率加电直接实践丈量。
输出阻抗还可以运用阻抗电桥在器材处于作业状况的状况下丈量，但这时要按捺其输出，使其不影响电桥。假如输出阻抗简直是纯电阻，那么先测得开路电压，再用一个已知的电阻作负载，然后丈量有负载时的输出电压，则可选用简略的核算法确认输出阻抗：
式中Rout为输出电阻值，RL为负载电阻值；Voc为开路电压；VL为负载电压。
运用这个办法，应当当心，不要超越仪器的输出才能。
四、仪器输入阻抗和输出阻抗对丈量的影响
在大多数丈量场合，期望丈量仪器不从被测器材罗致任何可观的功率。
1、并联衔接的仪器（电压表、示波器、逻辑探头号）
如下图，为了丈量和显现电路中的电压，一般将电压表或示波器之类的丈量仪器与元件并联（平行）衔接。在这种状况下，有必要考虑丈量仪器因其输入阻抗有限的加载影响。A点相关于B点的电压应由电压表罗致的电流IV批改。只要这个电流与电路电流IC比较可以疏忽不计，电压表读出的值才和电压表衔接之前在A点的值相同。关于这些仪器，抱负状况应当是输入阻抗无限大。也便是表现为开路，不罗致电流，因而对电路不呈现加载。尽管这个条件不或许完成，可是，假如确认丈量仪器的输入阻抗比待测器材的输出阻抗高许多（一般为20倍或更高，视要求的精确度而定），那么，该仪器的加载效应可以疏忽不计。不然，有必要对加载效应进行校对。依照“分压器”效果，电压将从被测件的无负载输出电压下降。
无负载输出电压与指示电压的联系式为：
式中，Vind为指示电压；Voc为开路（无负载）电压；Zin为丈量仪器的输入阻抗；Zout为待测电路的等效输出阻抗。
（a）电压表跨接电路AB两点并联衔接；（b）丈量设备（a）的等效电路
应该记住，Zin和Zout一般与频率有关，因为它们带电抗，所以，指示的电压也与频率有关。总的说来，Zin的并联影响（因为仪器的输入电容）在较高频率下变得更严峻，发作“高频滚降”或阻抗减小，然后在较高频率加载较重（见下图）：
（a）丈量设备的等效电路，其间Zin包括有并联电容；（b）Zin的起伏对频率的改动
此外，因为并联电容的影响，改动急剧的非正弦波形将变得油滑，这是因为对电容充电的时刻不等于零所造成的。下图用方波信号源说明晰这个概念。
（a）仪器衔接前电路上的方波；（b）因为仪器的并联电容而使电压波形变得油滑
除了因为丈量仪器加载导致的起伏减小外，假如因丈量仪器的并联而使加载剧烈，还可导致被测电路或被测件永久损坏。
以选用分压器探头献身活络度为价值可以下降丈量仪器的加载效应。下图中通用的10：1探头，进步阻抗电平10倍，但也衰减信号10倍。
10：1分压器探头进步并联仪器的输入阻抗
2、串联衔接的仪器（电流表等）
在少量丈量作业中，不是将仪器同电路并联衔接，而是有必要断开电路串联接入仪器。一个明显的比方如下图。
断开AB两点之间的电路，串联刺进电流表丈量
在这种状况下，仪器输入阻抗ZA的抱负化数值与前述的并联衔接仪器相反，即电流表应呈现短路（ZA=0）。当电流表接入时，为了不搅扰该电路，电流I和电压Vin应当与上图（a）中的相同。这意味着电流表两头的电压降VA有必要疏忽不计，而这又意味着电流表引进的串联阻抗有必要疏忽不计。当然，悉数实践电流表的输入阻抗并不等于零，所以在丈量中有必要细心坚持电流表的阻抗远远低于电路阻抗（比方20倍）。实践需求的倍数与要求的精确度有关。应当记住，关于大多数状况下遇到的阻抗之值都是可以进行批改的。
在这里应该说到，许多电流表归于“钳形”式电流表。这种电流表的探头先打开钳夹。然后盘绕紧贴电线丈量电流。这些仪器起着改换器的效果，经过感应耦合介入被测电路，而不是像上面描绘的那样直接插进被测阻抗中。
五、阻抗匹配
1、使输出阻抗与负载匹配
大多数触及波形发作器（脉冲发作器，射频发射机等）的场合均需运用传输线，一般是经过同轴电缆把能量从信号源传输至被鼓励器材的输入端口。这些都是考虑阻抗匹配的重要典型状况。此外，还有许多频率较低的场合，如音频放大器驱动扬声器和其它的一些机电改换器，也都需求运用阻抗匹配完成高效率的功率传输、得到适宜的阻尼等等。
假如信号源具有RΩ的纯电阻输出阻抗，那么，使负载或后接设备的输入阻抗也等于RΩ就完成了阻抗匹配（暂时疏忽以下行将评论的衔接电缆影响）。可以证明，这个匹配条件关于向负载传输最大功率是有必要的。
假如信号源的输出阻抗包括电抗（Zout=R0+jX0），那么可界说两种所谓的匹配条件。第一种匹配条件是镜像匹配，这种状况在负载阻抗也等于R0+jX0，时发作；第二种匹配条件是完成最大功率传输，也便是所谓的共轭匹配或功率匹配，这种匹配往往愈加需求。
共轭匹配如下图所示，使负载电阻等于源电阻、负载电抗起伏等于源电抗起伏但符号相反，即ZL=R0-jX0），电路总阻抗相加，X0和XL抵消为零，只留下R0。这个条件等效于令电路串联谐振，因而，电阻R0和RL匹配，得到最大功率传输。
从发作器到负载RL的最大功率传输条件
2、仪器的互连
当衔接射频信号或其它沟通信号时很少运用打开的导线。因为它发作辐射，然后丢失能量，发作边际场，体系也发作捡拾搅扰。导线之间和周围物体之间的电容效应也或许发作一些严峻的晦气影响。一般，运用固定阻抗的衔接器和同轴电缆或波导之类的传输线来传输能量愈加有用和可以猜测。为了正确运用仪器，有必要考虑这些传输线对阻抗的影响。
在音频运用中，不用运用上述传输线，一般选用扭绞线对。在如此低的频率，导线对阻抗的影响十分小，因而可以以为输出阻抗和负载阻抗匹配杰出而疏忽互连导线的影响。
3、传输线的影响
悉数传输线都有一个称为“特性阻抗”Z0的根本参数，特性阻抗决议了传输线的阻抗电平。这个特性阻抗可以界说为一根抱负无限长传输线的输入阻抗。了解此概念的一个有利办法是考虑将信号馈入延伸至无穷远的传输线的一端。因为电信号具有有限的传达时刻，从传输线输入端动身的任何信号永久达不到另一端。这样发作器决不“知道”传输线另一端的负载等于多少。这样便提出一个问题，即“假如发作器输出电压已知，那么，传输线开始处的电流为多大？”这个电流由该传输线的串联电感和并联电容确认。决议这个电压、电流联系的阻抗称为“特性阻抗”。在传输线最有用的频率规模，这个阻抗十分挨近于一个数值较小的安稳电阻，其值一般在25Ω～600Ω。
最常用的传输线具有50Ω的特性阻抗，因而叫做“50Ω体系”。还常常遇到75Ω体系，偶然碰到93Ω体系。特性阻抗为Z0的传输线假如端接以阻抗Z0，则它的输入阻抗也将为Z0。例如50Ω的传输线在别的一端衔接50Ω的电阻，不管传输线多长，它的输入阻抗都将是50Ω。
大多数带有高频重量的信号源输出阻抗都近似等于50Ω电阻。假如将这种信号源衔接到50Ω负载，只需运用一根50Ω的衔接电缆就可简略的完成体系匹配。在其它状况下，可望选用串联电抗、阻抗改换器或其它阻抗匹配技能将负载和源阻抗改换到与常用传输线阻抗相匹配的数值。
电信号在传输线上传输需花费时刻，所以，有必要考虑信号传达的延迟时刻。关于大多数同轴电缆，传达速度近似为在自由空间中光速的三分之二，其值大约是2x108m/s。这意味着每100英尺电缆的传达时刻大约为160ns（信号在这根电缆上传达100英尺费时160ns）。
六、阻抗失配的影响
体系不匹配带来许多问题。终端阻抗不等于特性阻抗的传输线，其输入阻抗一般与该终端阻抗相差很大。传输线以杂乱的方法改换着阻抗，它与传输线长度、作业频率以及传输线失配程度有联系。阻抗改换依据这样一个现实，即入射到负载的悉数能量不像匹配状况那样被悉数吸收，部分能量将在传输线上向着信号源的方向反射，然后在传输线上构成驻波。成果，如不经丈量或核算就不知道对发作器呈现的负载有多大。传给负载的功率将小于最大功率，一起传输线上的驻波将增大传输线的损耗。对脉冲源来说，失配传输体系上的来回反射或许成为特别令人烦恼的问题。
反射是因信号在传输线上的传输时刻有限所引起的。当发作器宣布一个脉冲到传输线时，发作器是将脉冲发给传输线的特性阻抗。因而，发送到传输线的功率与传输线结尾上的负载无关。当脉冲抵达传输线的结尾时，假如失配，部分功率将被反射，所以，脉冲将沿传输线反向传达。在发作器也适配的极点状况下，传输线大将存在很多的反射脉冲或屡次来回反射的脉冲，输入的每一个单脉冲都引起输出端处的多重脉冲。
与不匹配体系相关联的最终一个问题是信号发作器输出的校准。正常状况下，信号发作器的输出在指定的匹配负载状况，也便是把一个等于发作器输出阻抗的电阻衔接到输出端的状况下进行校准。在这种匹配状况下，负载两头和发作器内阻抗呈现的电压持平，校准将是精确的。这意味着，假如发作器实质上没有加载，那么它的输出电压将是列出的匹配输出值之两倍。假如等效负载的起伏小于Z0，则输出端的电压将低于校准值。此外，极点的负载（挨近短路）或许使波形畸变。
气敏电阻的运用及其作业原理：
一、气敏电阻的作业原理及其特性
气敏电阻是一种半导体活络器材，它是运用气体的吸附而使半导体自身的电导率发作改动这一机理来进行检测的。人们发现某些氧化物半导体资料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTIO3等都具有气敏效应。
常用的主要有触摸焚烧式气体传感器、电化学气敏传感器和半导体气敏传感器等。触摸焚烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝（也可外表涂铂、钯等稀有金属催化层），运用时对铂丝通以电流，坚持300℃～400℃的高温，此刻若与可燃性气体触摸，可燃性气体就会在稀有金属催化层上焚烧，因而，铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；经过丈量铂丝的电阻值改动的巨细，就知道可燃性气体的浓度。电化学气敏传感器一般运用液体（或固体、有机凝胶等）电解质，其输出方法可以是气体 直接氧化或复原发作的电流，也可以是离子效果于离子电极发作的电动势。半导体气敏传感器具有活络度高、呼应快、安稳性好、运用简略的特色，运用极端广泛；半导体气敏元件有N型和P型之分。
N型在检测时阻值随气体浓度的增大而减小；P型阻值随气体浓度的增大而增大。象SnO2金属氧化物半导体气敏资料，归于 N型半导体，在200～300℃温度它吸附空气中的氧，构成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度削减，然后使其电阻值添加。当遇到有能供应电子的可燃气 体（如CO等）时，本来吸附的氧脱附，而由可燃气体以正离子状况吸附在金属氧化物半导体外表；氧脱附放出电子，可燃行气体以正离子状况吸附也要放出电子， 然后使氧化物半导体导带电子密度添加，电阻值下降。可燃性气体不存在了，金属氧化物半导体又会主动康复氧的负离子吸附，使电阻值升高到初始状况。这便是半 导体气敏元件检测可燃气体的根本原理。
现在国产的气敏元件有2种。一种是直热式，加热丝和丈量电极一起烧结在金属氧化物半导体管芯内；另一种是旁热式，这种气敏元件以陶瓷管为基底，管内穿加热丝，管外侧有两个丈量极，丈量极之间为金属氧化物气敏资料，经高温烧结而成。
以SnO2气敏元件为例，它是由0.1–10um的晶体调集而成，这种晶体是作为N型半导体而作业的。在正常状况下，是处于氧离子缺位的状况。当遇到离解能较小且易于失掉电子的可燃性气体分子时，电子从气体分子向半导体搬迁，半导体的载流子浓度添加，因而电导率添加。而关于P型半导体来说，它的晶格是阳离子缺位状况，当遇到可燃性气体时其电导率则减小。
气敏电阻的温度特性所示，图中纵坐标为活络度，即因为电导率的改动所引起在负载上所得到的值号电压。由曲线可以看出，SnO2在室温下虽能吸附气体，但其电导率改动不大。但当温度添加后，电导率就发作较大的改动，因而气敏元件在运用时需求加温。
气敏电阻活络度与温度的联系
此外，在气敏元件的资料中加入微量的铅、铂、金、银等元素以及一些金属盐类催化剂可以取得低温时的活络度，也可增强对气体品种的选择性。
气敏电阻依据加热的方法可分为直热式和旁热式两种，直热式耗费功率大，安稳性较差，故运用逐步削减。旁热式功能安稳，耗费功率小，其结构上往往加有封压双层的不锈钢丝网防爆，因而安全可靠，其运用面较广。
1、氧化锌系气敏电阻
ZnO是归于N型金属氧化物半导体，也是一种运用较广泛的气敏器材。经过掺杂而取得不同气体的选择性，如掺铂可对异丁烷、丙烷、乙烷等气体有较高的活络度，而掺钯则对氢、一氧化碳、甲烷，烟雾等有较高的活络度。这种气敏元件的结构特色是：在圆形基板上涂敷ZnO主体成分，傍边加以隔阂层与催化剂分红两层而制成。例如生活环境中的一氧化碳浓度达0.8～1.15 ml/L时，就会呈现呼吸短促，脉息加速，乃至昏厥等状况，达1.84ml/L时则有在几分钟内逝世的风险，因而对一氧化碳检测有必要快而准。运用SnO2 金属氧化物半导体气敏资料，经过颗粒超微细化和掺杂工艺制备SnO2纳米颗粒，并以此为基体掺杂必定催化剂，经恰当烧结工艺进行外表润饰，制成旁热式烧结 型CO活络元件，可以勘探0.005%～0.5%规模的CO气体。
2、氧化铁系气敏电阻
当复原性气体与多孔的触摸时，气敏电阻的晶粒外表遭到复原效果转变为，其电阻串敏捷下降。这种活络元件用于检测烷类气体特别活络。
