帶負載能力

帶負載能力就是代表器件的輸出電流的大小。對於標準TTL器件，輸出負載能力的高電平為0.4mA，而作為下級負載的TTL器件的輸入高電平電流為0.04mA(40uA)，這樣一個標準TTL器件最大可以驅動8個以上標準TTL負載。

所謂帶負載能力，是說電路的輸出電阻的大小，和電壓源（電流源）中的內阻是一個意思。

基本介紹

• 中文名：帶負載能力
• 外文名：Carrying capacity

帶負載能力

帶負載能力是指，外接器件後，輸出的電壓或電流大小不受影響的能力。比如，如果一個單片機的引腳輸出5伏電壓信號，如果接上一個負載後，它的5伏保持不變，那么，它就可以帶動這個負載，如果變小，那就說明帶不動負載。同樣，如果輸出的電流能夠滿足負載的需要，那就說明帶負載能力滿足要求，反之亦然。

在放大電路中，如果你想負載獲得得穩定的電壓，即負載大小變化時也能獲得穩定的電壓，此時就要求放大電路的輸出電阻越大越好，這樣內阻基本上不參與輸出電壓的分壓，所以負載電阻不管多大它上面的電壓基本不變。你完全可以用電壓源串一個內阻接負載時的情況分析。

如果放大電路輸出可以等效成電流源（如果你想讓負載上獲得穩定的電流），此時就要求輸出輸出電阻越大越好（最好無窮大），這樣不管負載怎么變化內阻（它是並聯的）分得的電流都很小，所以電流很穩定。你完全可以用理想電流源並聯一個內阻的情況來分析。

所以在實際電路，你要看它的輸出端是想穩定輸出電流還是想穩定電壓（放大電路中的負反饋類型可以判斷出來），如果是想穩定輸出電壓，說它帶負載能力強表示其輸出電阻比較小，如果是穩定輸出電流，說它帶負載能力強表示其輸出電阻比較大。通常，要求輸出電阻比較小的情況居多。

輸入阻抗

輸入阻抗是指一個電路輸入端的等效阻抗。在輸入端上加上一個電壓源U，測量輸入端的電流I，則輸入阻抗Rin就是U/I。你可以把輸入端想像成一個電阻的兩端，這個電阻的阻值，就是輸入阻抗。

輸入阻抗跟一個普通的電抗元件沒什麼兩樣，它反映了對電流阻礙作用的大小。對於電壓驅動的電路，輸入阻抗越大，則對電壓源的負載就越輕，因而就越容易驅動，也不會對信號源有影響；而對於電流驅動型的電路，輸入阻抗越小，則對電流源的負載就越輕。因此，我們可以這樣認為：如果是用電壓源來驅動的，則輸入阻抗越大越好；如果是用電流源來驅動的，則阻抗越小越好（註：只適合於低頻電路，在高頻電路中，還要考慮阻抗匹配問題。另外如果要獲取最大輸出功率時，也要考慮阻抗匹配問題。

不管對於電壓源還是電流源，其功率都是一定的（理想的為無窮大）。

分析：

對於電壓源：P=(U²)/R

電壓一定，則輸入阻抗越大，則對電壓源的負載就越輕，因而就越容易驅動，也不會對信號源有影響；

對於電流源：P=(I²)R

而對於電流驅動型的電路，輸入阻抗越小，則對電流源的負載就越輕。

輸出阻抗

輸出阻抗是在出口處測得的阻抗。阻抗越小，驅動更大負載的能力就越高。

無論信號源或放大器還有電源，都有輸出阻抗的問題。輸出阻抗就是一個信號源的內阻。本來，對於一個理想的電壓源，內阻應該為0，或理想電流源的阻抗應當為無窮大。但現實的電壓源，則不能做到這一點，我們常用一個理想電壓源串聯一個電阻R的方式來等效一個實際的電壓源。這個跟理想電壓源串聯的電阻R，就是（信號源/放大器輸出/電源）的內阻了。當這個電壓源給負載供電時，就會有電流I從這個負載上流過，並在這個電阻上產生I*R的壓降。這將導致電源輸出電壓的下降，從而限制了最大輸出功率（關於為什麼會限制最大輸出功率，請看後面的“阻抗匹配”一問）。同樣的，一個理想的電流源，輸出阻抗應該是無窮大，但實際的電路是不可能的。

引入輸入阻抗和輸出阻抗這兩個詞，最大的目的是在設計電路中，要提高效率，即要達到阻抗匹配，達到最佳效果。

有了輸入輸出阻抗這兩個詞，還可以方便兩個電路獨立的分開來設計。當A電路中輸入阻抗和B電路的輸出阻抗相同（或者在一定範圍）時，兩個電路就可不作任何更改，直接組合成一個更複雜的電路（或者系統）。

由上也可以得出：輸入阻抗和輸出阻抗實際上就是等效電阻，單位與電阻相同。

阻抗匹配

阻抗匹配是指信號源或者傳輸線跟負載之間的一種合適的搭配方式。阻抗匹配分為低頻和高頻兩種情況討論。我們先從直流電壓源驅動一個負載入手。由於實際的電壓源，總是有內阻的，我們可以把一個實際電壓源，等效成一個理想的電壓源跟一個電阻r串聯的模型。假設負載電阻為R，電源電動勢為U，內阻為r，那么我們可以計算出流過電阻R的電流為 : I = U / (R + r)，可以看出，負載電阻R越小，則輸出電流越大。負載R上的電壓為 : Uo = IR = U / (1+(r/R))，可以看出，負載電阻R越大，則輸出電壓Uo越高。再來計算一下電阻R消耗的功率為：

P = I*I*R = (U/(+r))²*R=U²/(((R-r)²/R)+4*R)

對於一個給定的信號源，其內阻r是固定的，而負載電阻R則是由我們來選擇的。注意式中((R-r)²/R)，當R=r時，取最小值0，這是負載電阻R上可獲得最大輸出功率Pmax = U²/4/R。即，當負載電阻跟信號源內阻相等時，負載可以獲得最大輸出功率，這就是我們常說的阻抗匹配之一。對於純電阻電路，此結論同樣適用於低頻及高頻電路。當交流電路中含有容性或感性阻抗時，結論有所改變，就是需要信號源與負載阻抗的實部相等，虛部互為相反數，這叫做阻抗匹配。在低頻電路中，我們一般不考慮傳輸線的匹配問題，只考慮信號源跟負載之間的情況，因為低頻信號的波長相對於傳輸線來說很長，傳輸線可以看成是短路，反射可以不考慮（可以這么理解：因為線短，即使反射回來，跟原信號還是一樣的）。從以上分析我們可以得出結論：如果我們需要輸出電流大，則選擇小的負載R；如果我們需要輸出電壓大，則選擇大的負載R；如果我們需要輸出功率大，則選擇跟信號源內阻匹配的電阻R。有時阻抗不匹配還有另外一層意思，例如一些儀器輸出斷時在特定的負載條件下設計的，如果負載條件改變了，則可能達不到原來的性能，這是我們也會叫做阻抗不匹配。

在高頻電路中，我們還必須考慮反射的問題。當信號的頻率很高時，則信號的波長就很短，當波長短得和傳輸線長度可以比擬時，反射信號疊加在原信號上將會改變原信號的形狀。如果傳輸線的特徵阻抗跟負載阻抗不相等（不匹配）時，會在負載端產生反射。為什麼阻抗不匹配會產生反射以及特徵阻抗的求解方法，牽涉到二階偏微分方程的求解，在這裡我們也不細說了，有興趣的可以參考電磁場與微波方面書籍中的傳輸線理論。傳輸線的特徵阻抗（也叫做特性阻抗）是由傳輸線的結構及材料決定的，而與傳輸線的長度、以及信號的幅度、頻率無關。

電壓驅動型器件和電流驅動型器件

電壓驅動的如：場效應管，因為它的內阻很大，加電壓控制時電流很小，近似為零，所以可以理解成電壓驅動；
電流驅動的如：普通的NPN、PNP型三極體，因為它的內阻較小，加電壓控制時電流相對較大（一般小功率的都有100uA以上，大功率的可達20mA以上），所以可以理解成電流驅動；
從控制原理來說：電壓驅動的如：場效應管，它是通過加到G、S端的電壓（微觀的就是電場）來控制D、S內部通道的寬窄（即通道可變）來控制D、S兩端電流；電流驅動的如：普通的NPN、PNP型三極體，是通過加到B、E端的電流（微觀的就是電子的流動）來控制C、E內部的電流流動（即通道不變）。