[科普中國]-負載阻抗

負載阻抗是指車載功放正常工作時所能支持的負載，也就是車載揚聲器的阻抗，其單位是歐姆(Ω)。目前，大部分車載功放的負載阻抗是在2-8歐姆。負載阻抗越低則車載功放的電流輸出能力越大，越容易搭配一些低阻抗的車載揚聲器，而且也越容易驅(qū)動比較長的信號線。

概述在選購車載功放時，也一定要注意與車載揚聲器的阻抗匹配問題，也就是其負載阻抗范圍要不小于車載揚聲器的阻抗，最好是與載揚聲器的阻抗相當，只有這樣車載功放才能安全工作并提供最理想的功率輸出。

阻抗任意一個用電器（實際應該說是電氣元件，為了通俗點統(tǒng)稱用電器）都有一定的阻抗，相對于電源（恒壓或恒流源）而言這個阻抗就是負載阻抗。

那么什么叫阻抗呢？在具有電阻、電感和電容的電器里，對電所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示。阻抗由電阻、感抗和容抗三者組成，但不是三者簡單相加。在直流電中，物體對電流阻礙的作用叫做電阻，所有的物質(zhì)都有電阻，只是電阻值的大小有差異而已。電阻很小的物質(zhì)稱作良導體，如金屬等；電阻極大的物質(zhì)稱作絕緣體，如木頭和塑料等。還有一種介于兩者之間的導體叫做半導體，而超導體則是一種電阻值幾近于零的物質(zhì)。但是在交流電的領域中則除了電阻會阻礙電流以外，電容及電感也會阻礙電流的流動，這種作用就稱之為電抗，意即抵抗電流的作用。電容及電感的電抗分別稱作電容抗及電感抗，簡稱容抗及感抗。它們的計量單位與電阻一樣是歐姆，而其值的大小則和交流電的頻率有關系，頻率愈高則容抗愈小感抗愈大，頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。此外電容抗和電感抗還有相位角度的問題，具有向量上的關系式，因此才會說：阻抗是電阻與電抗在向量上的和。對于一個具體器件，阻抗不是不變的，而是隨著頻率變化而變化。在電阻、電感和電容串聯(lián)電路中，電路的阻抗一般來說比電阻大。

功率放大器中負載阻抗的影響在線性電路中，當負載電阻1等于信號源內(nèi)阻時，負載可以從信號源得到最大功率輸出，即“阻抗匹配”。人們在應用這一原理時，往往忽略了前提條件，即:信號源電壓的大小是不隨負載大小而改變的。當不滿足這個前提條件時，我們就不能應用關于實現(xiàn)阻抗匹配就可以得到最大功率輸出的原理。在功率放大器中，這個前提條件常常是不能滿足的。

晶體管低頻功率放大器輸出電阻的數(shù)值和放大管輸出端的電路連接情況有關。人們常常將晶體管h參數(shù)中的hoe作為共發(fā)射極放大器的輸出電導，下面我們就按以1/hoe作為放大器的輸出電阻來對問題進行分析。

先考察甲類單邊功率放大器的情況。晶體管手冊上給出的hoe就是圖中特性曲線的斜率。假定晶體管的靜態(tài)工作點選在Q點，如果放大器的負載電阻等于1/hoe，那么負載線的斜率在數(shù)值上等于hoe，只是符號相反。在保證晶體管工作不進入飽和區(qū)的條件下，容許的輸入信號電流Ib由IbQ/2變至3IbQ/3時放大器的輸出功率在數(shù)值上等于功率三角形ABC面積的1/4。如果選一個小一些的負載電阻(小于1/hoe)。在保證晶體管工作既不進入飽和區(qū)，也不進入截止區(qū)的條件下，容許輸入信號電流Ib由0變至2I bQ，放大器的輸出功率在數(shù)值上等于功率三角形DEF面積的1/4.

負載電阻不等于放大器輸出電阻時的輸出功率，要比負載電阻等于放大器輸出電阻時的輸出功率大，也就是說當實現(xiàn)阻抗匹配時，并不能獲得最大的功率輸出。導致這一結(jié)果的原因在于:當負載電阻較小時，容許的輸入信號的變化范圍較大。而在阻抗匹配的情況下，如果將輸入信號加大到和負載電阻較小情況時一樣大，就會使晶體管工作進入飽和區(qū)而造成輸出信號的嚴重失真。

以上分析說明，在功率放大器中，為了在失真不大的情況下獲得盡可能大的功率輸出，其容許的最大輸入信號是隨負載阻抗的大小而改變的。

負載阻抗對熱聲發(fā)動機性能影響分析熱聲發(fā)動機2僅由管道和換熱器構成，利用聲場固有的壓力和速度振動以及二者間的相位關系，實現(xiàn)熱能向機械能的轉(zhuǎn)換，除振動的工作氣體外，沒有任何運動部件.采用熱聲發(fā)動機代替常規(guī)機械式壓縮機驅(qū)動脈管制冷機，從室溫到低溫完全無運動部件，可實現(xiàn)長期、穩(wěn)定、可靠運行，因而受到各國科研工作者和工業(yè)界的關注.當熱聲發(fā)動機與負載相連接而成為一個整體時，其整機性能不僅取決于熱聲發(fā)動機，同時也受制于負載的阻抗特性.為了探索熱聲發(fā)動機與負載的禍合關系，進而為優(yōu)化熱聲發(fā)動機與脈管制冷機的匹配提供理論指導，本文根據(jù)線性熱聲理論，針對駐波型熱聲發(fā)動機驅(qū)動阻容負載進行了數(shù)值模擬，根據(jù)模擬計算結(jié)果，分析討論了阻容負載的阻抗對熱聲發(fā)動機的壓力振幅、速度振幅、板疊熱端溫度以及傳遞給負載的聲功率等性能的影響。

根據(jù)模擬計算和實驗結(jié)果可知，當阻容負載的聲阻與容抗相等時，熱聲發(fā)動機傳遞給負載的聲功率最大，但此時負載入口處的壓力振幅和壓比最小。此外，阻容負載的氣庫體積越大，聲功率的最大值越大，而壓力振幅和壓比的最小值越小，過大的氣庫體積可能導致熱聲系統(tǒng)無法起振.對于熱聲驅(qū)動脈管制冷機，既需要熱聲發(fā)動機傳遞更多的聲功率給脈管制冷機，又同時保持脈管制冷機入口處較大的壓力振幅和壓比，才能實現(xiàn)優(yōu)越的制冷性能.因此在設計與熱聲發(fā)動機相匹配的脈管制冷機時，必須根據(jù)熱聲發(fā)動機的驅(qū)動能力確定脈管制冷機的體積，以無負荷制冷溫度或給定溫度下的制冷量作為目標，折中熱聲發(fā)動機傳遞給脈管制冷機的聲功率以及脈管制冷機入口處壓力波的振幅和壓比對其制冷性能的影響，適當?shù)仄ヅ涿}管制冷機的聲阻和容抗。容負載的模擬計算和初步實驗結(jié)果表明，負載的阻抗對熱聲發(fā)動機的性能具有重要影響。當聲阻與容抗相等時，熱聲發(fā)動機傳遞給阻容負載的聲功率最大，但此時負載入口處的壓力振幅和壓比最小，板疊熱端溫度最高;聲容的體積越大，即容抗越小，對應的峰值越高，而谷值越低.當負載的聲阻小于容抗時，容抗占優(yōu)，由于此時聲容的分流作用明顯，引起靠近負載的左側(cè)板疊熱端處速度振幅明顯小于遠離負載的右側(cè)板疊熱端速度振幅，導致左側(cè)板疊熱端溫度明顯高于右側(cè).當負載的聲阻大于容抗時，聲阻占優(yōu)，熱聲發(fā)動機傳遞給負載的聲功率以及板疊熱端溫度均隨聲阻增大而減小，負載入口處的壓力振幅和壓比隨之呈增大趨勢，聲容的分流作用受到聲阻抑制，左右兩側(cè)的速度振幅和板疊熱端溫度均隨聲阻增大而趨于相等。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

李勇 - 副教授 - 西南大學