浅淡阻抗匹配

在科技迅猛发展的今天，小影碟机DVD已进入我们的广大家庭，但很多人购买扩音机、音箱、麦克风等一整套音响设备后，听起来或唱起来总觉音质不够理想。原因出在什么方面呢？围绕这个问题，在教学中重点谈如下几个方面。

一、阻抗匹配

阻抗匹配是一个什么东西呢？阻抗匹配是音响设备中常见的一种工作状态，它反映了输入电路与输出电路之间的功率传输关系。当电路实现阻抗匹配时，将获得最大的传输功率。反之，当电路阻抗失配时，不但得不到最大的传输功率，还可能对电路产生损害。

阻抗匹配常见于各级放大电路之间，放大器与负载之间，测量仪器与被测电路之间，天线与接收机或发信机与天线之间等等。例如，扩音机的输出电路与扬声器之间必须做到阻抗匹配，不匹配时，扩音机的输出功率将不能全部送至扬声器。如果扬声器的阻抗远小于扩音机的输出阻抗，扩音机就处于过载状态，其末级功率放大管很容易损坏。反之，如果扬声器的阻抗高于扩音机的输出阻抗过多，会引起输出电压过高，同样不利于扩音机的工作，声音还会产生失真。因此，扬声器的阻抗与扩音机的输出阻抗越接近越好。例如，音响标准接头上标明是4Ω、100W，那么该接头上的阻抗就是两个8Ω扬声器的并联，每个扬声器可得到50W，这样综合扬声器系统，就是4Ω、100W，否则不能实现100w的功率输出。

为了使信号和能量有效地传输，必须使电路工作在阻抗匹配状态，即信号源或功率源的内阻等于电路的输入阻抗，电路输出阻抗等于负载的阻抗。在一般的输入、输出电路中常含有电阻、电容和电感元件，由它们所组成的电路称电抗电路。如，麦克风与扩音机之间，扩音机与扬声器之间的电路就是电抗电路。

二、电抗电路

电抗电路除了电阻外还有电容和电感元件，并工作于低频交流电路中，电阻、电容和电感对交流电的阻碍作用叫阻抗，用字母Z表示。其中，电容和电感对交流电的阻碍作用，分别称为容抗XC和XL。容抗和感抗的值除了与电容和电感本身大小有关之外，还与所工作的交流电的频率有关。值得注意的是，在电抗电路中，电阻R，感抗XL和容抗XC的值不能用简单的算术相加，而常用阻抗三角形法计算（见图1）。因而电抗电路要做到匹配，就要做到输入和输出电路中的电抗成分大小相等符号相反（共轭匹配）；或者电阻成分和电抗成分均分别相等（无反射匹配）。这里指的电抗χ即感抗XL和容抗XC之差（仅指串联电路来讲，若并联电路则计算更为复杂）。满足上述条件即为阻抗匹配，负载即能得到最大的功率。

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三、输入阻抗

阻抗匹配的关键是前级的输出阻抗与后级的输入阻抗相等。那么什么又是输入阻抗和输出阻抗呢？

输入阻抗是指电路对着信号源进的阻抗。如图2所示的放大器，它的输入阻抗就是去掉信号源E及内阻R时，从AB两端看进去的等效阻抗。其值为Z=U1/I，即输入电压与输入电流之比。对下信号源来讲，放大器成为其负载。从数值看，放大器的等效负载值即为输入阻抗值。输入阻抗的大小，对于不同的电路要求不一样。例如，万用表测电压时，电压挡的输入阻抗（称为电压灵敏度）越高，对被测电路的分流就越小，测量误差也较小。而当电流挡的阻抗越低，对被测电路的分压就越小，因而测量误差也越小。对于功率放大器，当信号源的输出阻抗与放大电路的输入阻抗相等时即称阻抗匹配，（即麦克风的输出阻抗与放大器的输入阻抗）相匹配时，这时放大电路就能在输出端获得最大功率。

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四、输出阻抗

输出阻抗是指电路对着负载讲的阻抗。如图3，将电路输入端的电源短路，输出端去掉负载后，从输出端CD看进去的等效阻抗称为输出阻抗。如果负载阻抗不匹配，负载就不能获得最大输出功率。输出电压U2和输出电流I2之比即为输出阻抗。如，放大器的输出阻抗与扬声器之间的阻抗要相匹配。

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这时我们可以用同一台扩音器，用相同的输入，用二个不同阻抗的喇叭，一个4Ω，一个8Ω，同样是20w连接，听起来声音就是不同，因为扩音器输出阻抗是4Ω，再用二个4Ω的20w喇叭并联，接到同一台扩音器上，声音很大但失真，这就说明如果音箱的阻抗大于功放的输出阻抗，可能会导致有效功率减小，声音不饱满、音量低；如果音箱的阻抗小于功放的阻抗，实际功率会增加，但由于阻抗不匹配，音量开大后可能会有失真。这样学生自己动手效果很好，很快理解了输出阻抗匹配的重要性，如果遇到放大器与扬声器的阻抗不相等的情况时，补救解决的方法是在它们之间加入一个匹配电路或匹配网络。

演示实验在教学中往往能很好地激发学生的学习兴趣，使学生积极地开动脑筋。在演示实验中，教师可以不拘泥于教材或教参的安排，进行一些创新设计，如可以将一些演示实验改为学生探索性实验。让学生选择器材、设计实验方法，在实验中发现问题和寻找解决问题的方法等等。通过创设条件，让学生充分地动脑、动手、动口，发挥学生学习的主动性，从而激发学生的创造性思维，对学生创新能力的培养起着潜移默化的作用。

（责编 闫祥）