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1.4 工作点
把电路划分成两个二端网络A和B,在同一坐标系下分别画出两个网络的伏-安特性曲线,两条曲线的交点称为工作点。工作点对应的电流和电压值,既是A的输出电流和输出电压,也是B的输入电流和输入电压。 用工作点对电路做定性分析十分方便直观,对于俺这样的业余选手来说最合适不过了,呵呵。
1.5 阻抗匹配
计算实际电源的输出功率(不妨从电流源等效模型开始,从电压源等效模型开始的话,结论是一样的),有
容易看出,当i=Io/2时,电源的输出功率最大。此时对应的负载电阻为
当负载电阻和电源内阻相等时,电源的输出功率最大,这就是阻抗匹配。在实际电路中,追求阻抗匹配的时候并不多,因为阻抗匹配时虽然输出功率最大,但是有一半的功率都消耗在内阻上了,效率太低。为了提高能量利用效率,也为了避免后端的负载对前端造成比较大的影响,后端的输入阻抗一般要比前端的输出阻抗大若干个量级。
2.1 音源 从电路的角度来看,音源是一个有源二端网络。如果假设声音信号频率固定,则音源是一个线性有源二端网络,可以用电压源等效模型来描述。为了尽量不让音源的输出信号不受后端负载的影响,音源的输出阻抗相当低,一般都只有几欧姆甚至1欧姆以下,音源的伏-安特性曲线接近理想的电压源。
2.2 放大器 音源信号频率固定的前提下,可以把放大器看成一个线性有源四端网络。实际的放大器可以看成两个带有内阻、工作范围受限的电源,其中输出端的电压在一定范围内与输入端的电压成正比。注意,对四端网络来说,从输入端看进去的阻抗可以和从输出端看进去的阻抗不一样。
为了提高从能量利用效率,同时减少对音源的影响,放大器的输入阻抗相当高,一般都有十几千欧甚至几十千欧。因此,放大器输入端的伏-安特性曲线接近理想的电流源。 放大器的输出阻抗原本也应该尽量小,但是由于需要调节音量,放大器的输出阻抗是可调的。调节输出阻抗的大小,就可以改变耳机音量。设输入端的电压为Uo,放大系数为A,则输出端的最大电压为AUo。放大器输出端的伏-安特性曲线是经过Y轴上一个定点的一系列直线。
2.3 耳机 在假设音源信号频率固定的前提下,可以把耳机看成一个线性无源二端网络,等效为一个电阻。耳机的伏-安特性曲线和电阻的一样,是一条经过原点的直线。
根据发声原理不同,耳机可以分成动圈式、压电式和静电式三种(静电耳机基本没接触过,就不讨论了)。动圈耳机的原理是将带电线圈放在磁场中,线圈在磁场中受力,从而带动振膜发声。带电线圈在磁场中受力的大小与流经线圈的电流成正比,电流越大,受力越大。压电耳机的原理是在压电材料的两面施加电压造成压电材料产生形变,从而带动振膜发声。压电材料的形变程度与两面的电压成正比,电压越大,形变越大。
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