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功放的最佳工作状态是前后的匹配,也就是输入端应与信号源相匹配,输出端与扬声器负载RL相匹配。在此情况下,功放的功率能得到充分的发挥,功放能长期可靠地运行,传送功率高,声信号不失真。一般输入端的匹配比较简单,通常信号源的输出阻抗在600欧左右,而专业功放的输入阻抗大都在10千欧以上,显然,信号源的输出信号大部分都能输入到功放的前置放大级上。功放的输出是声音的功率信号,这些功率信号能有效、不失真地传送到扬声器上,转换成声音,这里涉及到以下几方面的匹配问题。
一、阻抗的匹配
如图所示,把功放看做一个等效电路,其输入阻抗R0和扬声器负载RL形成电流回路,回路上的作用电压为U,负载RL上的电压即输出电压为U0。
在什么情况下负载两端能取得最大的功率?扬声器要获得功放的输出的最大功率,条件是扬声器负载阻抗应等于功放的输出阻抗。若扬声器负载阻抗大于功放的输出阻抗,则功放的功率不能得到很好的传送,导致内热增加,影响功率管的工作稳定性,甚至会因过热而损坏。若扬声器负载阻抗小于功放的输出阻抗,则输出的功率信号失真,功率管内部耗损功率急剧上升,会过度发热而烧毁。所以,只有满足上述阻抗匹配条件,功放才能正常运行。
二、功率的匹配
在满足功放阻抗匹配的条件下,若功放输出的功率大于扬声器长期可靠运行的额定功率,扬声器虽能得到最大功率,但必然使扬声器音圈发热,机械性能被破坏。若功放的输入功率小于扬声器的额定功率,扬声器发声功率不能充分发挥,还可能引起发声频段变窄和辐射声音不平衡。因此,必须使功放工作时的输出功率等于扬声器的额定功率,即功放的工作功率等于扬声器的额定功率,这是功放功率匹配条件。功放经常运行在音乐信号下,而音乐信号的起伏是很大的,就一般音乐而言,音乐峰值功率是功放额定功率的4倍,为了使功放长期可靠地运行,须让功放工作时留有储备量,功放的储备量定义为:功放的储备量=功放的最大不失真功率P0÷功放的工作功率
功放的最大不失真功率P0定义为:在负载8欧时,总谐波失真不大于1%的条件下,功放所输出的连续正弦波功率。而功放的额定功率则取为功放最大不失真功率的一半,即P0/2;功放的储备量可取3~8,如果取3,则可以得到功放的工作功率为2/3×功放的额定功率,也等于扬声器的额定功率。此关系式可作为音响工程配置扬声器额定功率和功放额功率的关系。
三、阻尼因子
功放的负载并非纯电阻,而是扬声器音圈,音圈有一定的电感,是感性负载,其阻抗值与信号频率有关。输出信号能否得到很好的输送,牵涉到输出路的阻尼问题。阻尼因子(或叫阻尼系数)定义为:扬声器负载阻抗/功率管的内部电阻(含接线线阻),这个比值愈大说明扬声器振动阻尼快,功率管工作状态愈稳定,通常大于200:1。 |