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《现代音响工程设计手册 第一章》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第一章电子学基础电子学基本知识在任何扩声系统的实践与应用中都是必不可少的.这个题目很大。在扩声系统的主题范围内是有限的,即涉及电子系统和负载之间的相互作用。这一章我们将介绍功率关系、阻抗、共振、分贝、电压变换和导线损耗。在后面有关的章节中,根据需要,介绍其他的电子学基础。1.1电功率和欧姆定律在直流电路中,会遇到下列电量参数和符号电量名称单位符号功率瓦特(W)P电流安培(A)I电势(或电压)伏特(V)E(或U)电阻欧姆(Ω)R图1-1表示一个简单的串联电路,包括一个电池E和一个负载电阻R。如果我们把一只安培表(测量电流的装置)与负载电阻串联,并且在负载电阻上并联一只电压表(测量
2、电压的装置),我们可以计算传送到负载上去的电功率:P=UI(1-1)图1-1直流电路的电功率负载上的电位差等于电池的电压。电位差可按著名的欧姆定律表达:U=IR(1-2)这两个表达式可有多种表达方法:P=UI=I2R=U2/R(1-3)U=IR=P/I=(1-4)-18-I=U/R=P/U=(1-5)R=U/I=P/I2=U2/P(1-6)知道了这些电参数中的任何两个,我们可以容易计算出另一个。上例中是用一个电池作为直流电源(DC)。日常生活中,更多遇到的功率传送是交流电源(AC)。所有的音频信号也都是交流信号。正弦波是交流电源的基本组成,如图1-2所示。图1-2正弦波信号源正
3、弦波电源是一种周期性变化的电源,在一个时间间隔中重复地变化。重复变化一次称为一个周期,它与频率的关系为:频率f=1/t(H2)(1-7)式中t——时间,单位为秒。正弦波的平均值为峰值的0.637倍,它的有效值RMS(均方根值)为峰值的1/或0.707倍。在功率计算中,RMS代表电流波形的有效值,即1安培的峰值交流电流与0.707安培的直流电流在负载电阻上可产生相同的功率。通常安培表和电压表的读数校正在正弦波的RMS上,除非特别指明。图1-1中的欧姆定律同样适用于交流电路。图1-2表示周期波形的另一个重要问题——相位关系。我们看到两个相同频率的正弦波,虚线正弦波落后于实线正弦波一
4、个时间间隔。相位关系的状态通常以度来表示,360度代表正弦波形的一个周期。t是两个正弦波之间的相位差，可把它换算为时间差。1.2阻抗扩声系统中最普通的电负载是扬声器,它是一个大负载,包含有以电性能表现的机械单元(质量和弹性模量)、电阻分量和电抗分量(电感和电容),电抗分量除阻止电流流动外,还能储存能量。电感器的表现为感抗,电容器的表现为容抗。电阻和两种电抗的综合结果称为阻抗并用符号Ζ代表,式1-3～1-6中的R可用Ζ替代。Ζ=（）（1-8）-18-式中——角频率，=2L——电感量，单位亨利C——电容量，单位法拉电抗的符号是X,象电阻一样,用欧姆测量,但有一个重要的区别,它的大小
5、与频率有关,是频率的函数。感抗的表达式:XL=jωL（）（1-9）式中j称为复数运算符号(-1的均方根值),表示流经电感器的电流与它两端电压的相位差90度。（即电流波形落后电压波形90度）j运算符可以说明如下,如果一个正弦波电压加到一个电阻器的两端,流过电阻器的正弦波电流与施加的电压同相位。如果正弦波电压加到一个电感器的两端,那么流过电感器的正弦波电流将落后于正弦波电压90度。此外,频率每增加一倍,电感器的电抗（欧姆）也相应增加一倍。电容器容抗的表达式为:XC=1/(jωC)=-j/(ωC)（1-10）在电容负载的情况下,-j运算符表示通过电容器的正弦波电流将超前于它两端正弦波
6、电压90度。此外,频率每增加一倍,电容器的电抗将减小一半。请注意:XL是与频率成正比,而XC是与频率成反比的。1.3复合负载图1-3电负载的串联和并联a)相等阻抗的串联b)相等阻抗的并联电负载可以是串联、并联或串并联结合,如图1-3所示。当全部负载的阻抗相等时,最后的结果是容易计算的。各负载的阻抗不同时,那么必须使用以下的方程式:串联负载:ΖT=Ζ1+Ζ2+Ζ3+……+Ζn（1-11）并联负载:ΖT=（1-12）-18-两个不同阻抗值并联的结果可简化表达为:ΖT=（1-13）1.4共振(谐振)在图1-4a的电路中,一个可变频率的电源E与一个电容器、感应器和电阻器串联。在很低的频
7、率时，Xc的容抗极高，通过电路的电流很小，因此，负载电阻上的电压降很小。在很高频率时，XL的感抗极高，导致电路中的电流也很小，负载电阻上的电压降很低。此电路的阻抗为:（1-14）在这两个极端频率之间的某个频率f0，ωL的值和1/ωC的值相等,于是它们互相抵消,阻抗方程式中只留下R这一项,此时称为串联共振(谐振)。共振频率以下,电路是容性控制,电流超前于电压。共振(谐振)频率以上,电路是感性控制,电流落后于电压。共振时,通过电阻的电流和电阻上的电压降是同相位的,它们之间的相位差为0。串联共振时
