电源技巧＃7：电压转移：给我低输出阻抗

电路

最大功率传输定理表明，当负载电阻与源电阻匹配时，会发生最大功率传输（图1）。在那篇文章中，我指出一个关键假设是源电阻是固定的而不是我们控制的，否则选择R S = 0可能是一个很好的解决方案。另外，我将向您展示为什么在传输电压时，远低于负载阻抗的源阻抗最佳。

图1.在这个最基本的电路中，内部电阻源驱动电阻负载。

流过电路的电流（I L）将导致R S和R L的功耗，根据公式P =I²R。我们通常希望向负载提供最大功率，并且R S中消耗的任何功率都被视为浪费。让我们使R S = 0或尽可能小。回顾R L = R S情况，一半的功率在R S中消散。我们可能已实现最大功率传输，但我们可能无法获得V S提供的所有功率。在许多情况下，我们只希望R S尽可能小：

直流电源。我们通常需要良好调节和稳定的直流电源，因此即使负载变化（电流输出），它们也能保持恒定电压。任何源电阻都会降低电源输出的稳定性。
电池。电池只是电源的一种特殊情况，因此我们需要稳定的直流电压。碱性电池的典型内阻为0.15Ω至0.3Ω，具体取决于电池的电量和温度（参考文献1）。
音频放大器。音频放大器通常具有非常低的输出阻抗，因此可以驱动4Ω至8Ω扬声器。稍后会详细介绍。
运算放大器。理想运算放大器的定义包括阻抗为零欧姆（参考文献2）。这种特性和其他特性使运算放大器成为电子设计中非常灵活的构建模块。

桥接连接
在许多情况下，我们并不关心功率传输，而是专注于准确传输电压。分压器方程（可能是欧姆定律之后最常用的EE公式）将输出电压与电源电压相关联。

音频和低频设计的一个常见做法是使一级输出阻抗非常低，并且后级的输入阻抗非常高。这被称为高阻抗桥接，电压桥接或简称桥接连接。设计意图是使V L跟踪V S尽可能接近。一般的经验法则是保持输入阻抗（R 大号在图1）的最小的源阻抗的10倍（R的小号），其对应至V 大号 > 91％V 小号。按照这个经验法则R L > 100 R S，你得到V L.> 99％V 小号。图2显示了使用两个运算放大器电路的桥接连接的简单示例。具有低输出阻抗的反相放大器驱动具有100kΩ输入阻抗的同相放大器。

图2.在桥接桥接中，反相放大器的输出阻抗低于同相放大器的输入阻抗。

音频放大器
一个有趣的应用是家庭音响系统，其中Z L是由具有Z S输出阻抗的放大器驱动的扬声器（图3）。使用阻抗Z（而不是R），因为阻抗通常很复杂并且随频率而变化。扬声器是一种复杂的机电设备，不易建模。

图3.音频放大器需要非常低的输出阻抗来驱动扬声器。

通常的做法是保持放大器输出阻抗非常低（远小于1Ω），这样它可以驱动典型的4Ω至8Ω的扬声器阻抗。我已经看到论文得出结论，Z S的设计应与扬声器阻抗相匹配，应用最大功率传递定理，但这是不正确的。可能存在需要这种情况的转角情况，但通常我们将放大器输出阻抗保持在较低水平（Z S →0），从而为扬声器提供尽可能多的功率。音频爱好者经常使用阻尼因子的概念来描述这个：

阻尼系数是将负载阻抗与源阻抗进行比较的品质因数。较大的阻尼系数意味着源阻抗相对于负载阻抗较小，这与之前介绍的桥接经验法则一致。这类放大器的输出阻抗通常远小于1Ω，扬声器阻抗通常为8Ω，阻尼系数> 50。你会看到很多关于阻尼因子的重要性的炒作，并且对音频质量的影响引起了激烈的争论（参考文献3）。一些工程师提出，电流驱动方法优于电压驱动。看一下“ 扬声器操作：电流驱动过电压驱动的优越性“由Esa Merilainen撰写，包括评论，以了解技术辩论（我打算远离这场争论）。

结束语 有很多应用我们使用零输出阻抗，我们将负载与源匹配。同时，最大功率传输定理仍然是电子设计的有效工具......我们只需要适当地应用它。