如何理解输出阻抗与带负载能力的关系

什么是输出阻抗？

阻抗是电路或设备对电流的阻力，输出阻抗是在出口处测得的阻抗。阻抗越小，驱动更大负载的能力就越高。

输出阻抗（outputimpedance）含独立电源网络输出端口的等效电压源（戴维南等效电路）或等效电流源（诺顿等效电路）的内阻抗。其值等于独立电源置零时，从输出端口视入的输入阻抗。

输出阻抗

与输入阻抗相对应的，是输出阻抗。

输出阻抗，是指电路负载从电路输出端口反着看进电路时电路所等效的阻抗，其实主要是针对能量源或者输出电路来说的，是能量源在输出端测到的阻抗，俗称内阻。

电压源驱动的电路

电压源在加到负载上时，除了在负载端消耗能量，自身也会产生能量的消耗，这里是因为电压源在输出能量的时候，内部存在阻碍能量输出的阻抗，比如电池的内阻。比如恒压源U，输出阻抗为Rout，负载端电压为Ur，负载R，电流为I=U/（Rout+R），负载端电压Ur=I*R=U*R/（Rout+R），负载产生的功率为P=Ur*I=U2*R/（Rout+R）2。由此公式可知，输出阻抗越小，驱动负载的能力越大。

电流源驱动的电路

对于电流源驱动的电路，也存在输出阻抗，输出阻抗并联在恒流源两端。

电流源输出恒定电流I，一部分In消耗在内阻Rout上，剩余的电流Ir消耗在负载R上，由此可知，负载R上电压为Ur=Ir*R，和内阻Rout两端电压一致，即Ur=Ir*R=In*Rout，又因为I=Ir+In通过推导可知Ur=I*Rout*R/（Rout+R），负载端功率：

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

由此可知，在Rout=R时，外端负载P最大。因此，对于恒流源负载，要想获得最大功率，需要将负载的电阻值和电流源的内阻匹配一致，即尽量趋近同一个值。

什么是带负载能力？

带负载能力就是代表器件的输出电流的大小。对于标准TTL器件，输出负载能力的高电平为0.4mA，而作为下级负载的TTL器件的输入高电平电流为0.04mA（40uA），这样一个标准TTL器件最大可以驱动8个以上标准TTL负载。

带负载能力是指，外接器件后，输出的电压或电流大小不受影响的能力。比如，如果一个单片机的引脚输出5伏电压信号，如果接上一个负载后，它的5伏保持不变，那么，它就可以带动这个负载，如果变小，那就说明带不动负载。同样，如果输出的电流能够满足负载的需要，那就说明带负载能力满足要求，反之亦然。

输出阻抗与带负载能力的关系

输出阻抗就是一个信号源的内阻。

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。

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。

同样的，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。电流源实际上等效为理想的电流源并联一个电阻，这个电阻就是输出阻抗R，R越大则越接近断路，对后面的电路的影响就越小，因为后面的电路的阻值并联这个无穷大还是它本身。

对于带载能力，可以理解为输出功率的大小。具体打个比方：带负载能力越强就是原来可以带动一个自行车，现在可以带动一辆汽车前进。负载可以是灯泡、扬声器、电机等

按照电阻分压原理，串联电路中的分压与阻值成正比，电阻值越大的分得的电压越多，所以电压放大电路的输出电阻越小，那么它在同样的电源消耗条件下对于相同阻抗的负载来说所分走并消耗在自身上的电压越低，而负载上的电压越高，所以相对于高输出电阻的放大器来说，低输出电阻的放大器可以带起功率更大，内阻更小的负载来。

“更大的功率”和“更小的内阻”之间的联系是指同等条件下，如果管子的功率都不一样了就没有可比性了。

负载的功率是和供电电压以及末级驱动管的输出电流有关的，但是如果所选的管子内阻小的话，就可以使电能尽可能多的被送到负载上而不是消耗在功率管上，这样在同样多的电能输入时，就可以提到“更大的功率”了，其实是更高的效率。

一般大功率的功放用MOSFET管，因为它的内阻更小。

一般来说，电压源的输出阻抗越小越好，而电流源的输出阻抗越大越好（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，要求限流或限压保护的信号源除外）。