如何理解輸出阻抗與帶負(fù)載能力的關(guān)系

什么是輸出阻抗？

阻抗是電路或設(shè)備對(duì)電流的阻力，輸出阻抗是在出口處測(cè)得的阻抗。阻抗越小，驅(qū)動(dòng)更大負(fù)載的能力就越高。

輸出阻抗（outputimpedance）含獨(dú)立電源網(wǎng)絡(luò)輸出端口的等效電壓源（戴維南等效電路）或等效電流源（諾頓等效電路）的內(nèi)阻抗。其值等于獨(dú)立電源置零時(shí)，從輸出端口視入的輸入阻抗。

輸出阻抗

與輸入阻抗相對(duì)應(yīng)的，是輸出阻抗。

輸出阻抗，是指電路負(fù)載從電路輸出端口反著看進(jìn)電路時(shí)電路所等效的阻抗，其實(shí)主要是針對(duì)能量源或者輸出電路來(lái)說(shuō)的，是能量源在輸出端測(cè)到的阻抗，俗稱內(nèi)阻。

電壓源驅(qū)動(dòng)的電路

電壓源在加到負(fù)載上時(shí)，除了在負(fù)載端消耗能量，自身也會(huì)產(chǎn)生能量的消耗，這里是因?yàn)殡妷涸丛谳敵瞿芰康臅r(shí)候，內(nèi)部存在阻礙能量輸出的阻抗，比如電池的內(nèi)阻。比如恒壓源U，輸出阻抗為Rout，負(fù)載端電壓為Ur，負(fù)載R，電流為I=U/（Rout+R），負(fù)載端電壓Ur=I*R=U*R/（Rout+R），負(fù)載產(chǎn)生的功率為P=Ur*I=U2*R/（Rout+R）2。由此公式可知，輸出阻抗越小，驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力越大。

電流源驅(qū)動(dòng)的電路

對(duì)于電流源驅(qū)動(dòng)的電路，也存在輸出阻抗，輸出阻抗并聯(lián)在恒流源兩端。

電流源輸出恒定電流I，一部分In消耗在內(nèi)阻Rout上，剩余的電流Ir消耗在負(fù)載R上，由此可知，負(fù)載R上電壓為Ur=Ir*R，和內(nèi)阻Rout兩端電壓一致，即Ur=Ir*R=In*Rout，又因?yàn)镮=Ir+In通過(guò)推導(dǎo)可知Ur=I*Rout*R/（Rout+R），負(fù)載端功率：

P=Ur*Ir=Ur2/Rout=I2*Rout*R2/（Rout+R）2=I2*R2/（Rout+R2/Rout+2R）

由此可知，在Rout=R時(shí)，外端負(fù)載P最大。因此，對(duì)于恒流源負(fù)載，要想獲得最大功率，需要將負(fù)載的電阻值和電流源的內(nèi)阻匹配一致，即盡量趨近同一個(gè)值。

什么是帶負(fù)載能力？

帶負(fù)載能力就是代表器件的輸出電流的大小。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)TTL器件，輸出負(fù)載能力的高電平為0.4mA，而作為下級(jí)負(fù)載的TTL器件的輸入高電平電流為0.04mA（40uA），這樣一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)TTL器件最大可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)以上標(biāo)準(zhǔn)TTL負(fù)載。

帶負(fù)載能力是指，外接器件后，輸出的電壓或電流大小不受影響的能力。比如，如果一個(gè)單片機(jī)的引腳輸出5伏電壓信號(hào)，如果接上一個(gè)負(fù)載后，它的5伏保持不變，那么，它就可以帶動(dòng)這個(gè)負(fù)載，如果變小，那就說(shuō)明帶不動(dòng)負(fù)載。同樣，如果輸出的電流能夠滿足負(fù)載的需要，那就說(shuō)明帶負(fù)載能力滿足要求，反之亦然。

輸出阻抗與帶負(fù)載能力的關(guān)系

輸出阻抗就是一個(gè)信號(hào)源的內(nèi)阻。

對(duì)于一個(gè)理想的電壓源（包括電源），內(nèi)阻應(yīng)該為0，或理想電流源的阻抗應(yīng)當(dāng)為無(wú)窮大。

現(xiàn)實(shí)中的電壓源，則不能做到這一點(diǎn)。我們常用一個(gè)理想電壓源串聯(lián)一個(gè)電阻r的方式來(lái)等效一個(gè)實(shí)際的電壓源。這個(gè)跟理想電壓源串聯(lián)的電阻r，就是（信號(hào)源/放大器輸出/電源）的內(nèi)阻了。當(dāng)這個(gè)電壓源給負(fù)載供電時(shí)，就會(huì)有電流I從這個(gè)負(fù)載上流過(guò)，并在這個(gè)電阻上產(chǎn)生I×r的電壓降。這將導(dǎo)致電源輸出電壓的下降，從而限制了最大輸出功率。

同樣的，一個(gè)理想的電流源，輸出阻抗應(yīng)該是無(wú)窮大，但實(shí)際的電路是不可能的。電流源實(shí)際上等效為理想的電流源并聯(lián)一個(gè)電阻，這個(gè)電阻就是輸出阻抗R，R越大則越接近斷路，對(duì)后面的電路的影響就越小，因?yàn)楹竺娴碾娐返淖柚挡⒙?lián)這個(gè)無(wú)窮大還是它本身。

對(duì)于帶載能力，可以理解為輸出功率的大小。具體打個(gè)比方：帶負(fù)載能力越強(qiáng)就是原來(lái)可以帶動(dòng)一個(gè)自行車，現(xiàn)在可以帶動(dòng)一輛汽車前進(jìn)。負(fù)載可以是燈泡、揚(yáng)聲器、電機(jī)等

按照電阻分壓原理，串聯(lián)電路中的分壓與阻值成正比，電阻值越大的分得的電壓越多，所以電壓放大電路的輸出電阻越小，那么它在同樣的電源消耗條件下對(duì)于相同阻抗的負(fù)載來(lái)說(shuō)所分走并消耗在自身上的電壓越低，而負(fù)載上的電壓越高，所以相對(duì)于高輸出電阻的放大器來(lái)說(shuō)，低輸出電阻的放大器可以帶起功率更大，內(nèi)阻更小的負(fù)載來(lái)。

“更大的功率”和“更小的內(nèi)阻”之間的聯(lián)系是指同等條件下，如果管子的功率都不一樣了就沒有可比性了。

負(fù)載的功率是和供電電壓以及末級(jí)驅(qū)動(dòng)管的輸出電流有關(guān)的，但是如果所選的管子內(nèi)阻小的話，就可以使電能盡可能多的被送到負(fù)載上而不是消耗在功率管上，這樣在同樣多的電能輸入時(shí)，就可以提到“更大的功率”了，其實(shí)是更高的效率。

一般大功率的功放用MOSFET管，因?yàn)樗膬?nèi)阻更小。

一般來(lái)說(shuō)，電壓源的輸出阻抗越小越好，而電流源的輸出阻抗越大越好（注：只適合于低頻電路，在高頻電路中，還要考慮阻抗匹配問題。另外，要求限流或限壓保護(hù)的信號(hào)源除外）。