无线电爱好者常常提出这样的问题:日常使用的电气设备,铭牌上都标有额定电压和额定功率,例如,白炽灯泡标有220V/60W,电暖器标有220V/1000W,电剃须刀标有6V/1.5W等等。可是扬声器和耳机上标的却是额定阻抗和额定功率,未标额定电压,这是为什么呢?
大家知道,任何一种电气设备都是特定的能量转换装置。白炽灯把电能转换成光能和热能,电动机把电能转换成机械能……。这些电气设备的特点是,在工作时直接从电源取得电能,电源的容量比负载的额定功率要大得多,为了使负载从电源获得额定功率,就需要使负载的额定电压等于电源电压。若负载电压低于额定电压,则获得的功率不足,使白炽灯发光暗淡,电动机不堪重负,转速下降甚至烧毁;若负载电压高于额定电压,其功率(P=U\(_{2}\)/R)将按指数规律剧增,引起过流而损坏。因此,必须保证电气设备在额定电压下工作。
扬声器虽然也是把电能转换成声能的器件,却不是直接从电源取得电能,它是在音频放大电路输出的信号功率推动下工作的,放大电路中电源的作用是在有源器件(晶体管、场效应管、电子管等)的控制下向电路提供足够大的信号电压和信号功率。值得注意的是,并非音频放大电路的输出功率都会无条件地传输给负载——扬声器,这又是为什么呢?
在电工学中,有一个“最大输出功率定理”,可用图1的简单电路进行分析。图中,E是电源的电动势,R\(_{O}\)是电源的内阻,R\(_{L}\)是负载电阻。根据闭合电路的欧姆定律

I=E/(R\(_{0}\)+R\(_{L}\))
负载上获得的功率为
P=I\(^{2}\)R=E\(^{2}\)R\(_{L}\)/(R\(_{0}\)+R\(_{L}\))\(^{2}\)=E\(^{2}\)/[4R\(_{0}\)+(R\(_{0}\)-R\(_{L}\))\(^{2}\)/R\(_{L}\)]
由上式可见,如果R\(_{0}\)=R\(_{L}\),则分母中第二项等于零,负载从电源获得的功率为最大值。P与R\(_{L}\)关系的函数图像如图2所示。由此可见,负载电阻R\(_{L}\)等于电源的内阻R\(_{O}\)是负载从电源获得最大功率的条件。

功率放大电路对扬声器来说,相当于一个有内阻的信号源,只有使扬声器的额定阻抗等于放大电路要求的最佳负载阻抗,才能将功率放大电路输出的音频信号功率最大限度地传输给扬声器。
(刘万钧)