第三章 汽车影音电学基础
一、电子技术
电子技术是根据电子学的原理，运用电子设备设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的科学，包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。信息电子技术包括模拟电子技术和数字电子技术。
经典改装欣赏3-1
1.交流电与直流电
交流电（AC）也称“交变电流”，简称“交流”。一般指大小和方向随时间做周期性变化的电压或电流。它的最基本的形式是正弦交流电。交流电随时间变化的形式可以是多种多样的。不同变化形式的交流电其应用范围和产生的效果也是不同的。以正弦交流电应用最为广泛，其他非正弦交流电一般都可以经过数学处理后，成为正弦交流电的叠加。
交流电是用交流发电机发出的，在发电过程中，多对磁极按一定的角度均匀分布在一个圆周上，使得发电过程中，各个线圈切割磁力线，由于具有多对磁极，每对磁极产生的磁力线被切割产生的电压、电流都是按正弦规律变化的，所以能够不断地产生稳定的电流。交流电的频率一般是50Hz，即每秒变化50次。当然也有其他形式的交流电，如电子线路中有方波的、三角形的等，但这些波形的交流电不是导体切割磁力线产生的，而是电容充放电、开关晶体管工作时产生的。
通常，物体中的正、负电荷数量是相等的，一旦物体失去或得到一些电子时，就表现出负电或正电。电荷有规则的运动就产生电流。电流大小的单位是安培，用符号A表示。
如果在一个电路中，电荷沿着一个不变的方向流动，电流大小也不变，这就是直流电（DC）。在日常生活中，由电池提供的电流，就是直流电。直流输电具备输电容量大、稳定性好、控制调节灵活等优点。当电路中的电流方向和大小做周期性变化时，称为交流电。现代发电厂生产的电能都是交流电，家庭用电和工业动力用电也都是交流电。高压直流输电方式与高压交流输电方式相比，有明显的优越性。仅仅由于技术上的原因，才使得交流输电代替了直流输电。
交流电的优点主要表现在发电和配电方面，利用建立在电磁感应原理基础上的交流发电机，经济又方便地把机械能（水的动能、风能）、化学能（石油、天然气）等其他形式的能转化为电能；交流电源和交流变电站与同功率的直流电源和直流换流站相比，造价低廉；交流电可以方便地通过变压器升压和降压，这给配送电带来极大的方便，这是交流电与直流电相比所具有的独特优势。直流电的优点主要在输电方面：
1）输送相同功率时，直流输电所用线材仅为交流输电的1/2～2/3。直流输电采用两线制，以大地或海水作回线，与采用三线制三相交流输电相比，在输电线截面积相同和电流相同的条件下，即使不考虑趋肤效应，也可以输送相同的电功率，而输电线和绝缘材料可节约1/3。
如果考虑到趋肤效应和各种损耗（绝缘材料的介质损耗、磁感应的涡流损耗、架空线的电晕损耗等），输送同样功率交流电所用导线截面积大于或等于直流输电所用导线截面积的1.33倍。因此，直流输电所用的线材几乎只有交流输电的一半。同时，直流输电杆塔结构也比同容量的三相交流输电简单，线路走廊占地面积也少。
2）在电缆输电线路中，直流输电没有电容电流产生，而交流输电线路存在电容电流，引起损耗。在一些特殊场合，必须用电缆输电。例如高压输电线经过大城市时，采用地下电缆；输电线经过海峡时，要用海底电缆。由于电缆芯线与大地之间构成同轴电容器，在交流高压输线路中，空载电容电流极为可观。一条200kV的电缆，每千米的电容约为0.2μF，每千米需供给充电功率约3×103kW，在每千米输电线路上，每年就要耗电2.6×107kW·h。而在直流输电中，由于电压波动很小，基本上没有电容电流加在电缆上。
3）直流输电时，其两侧交流系统不需同步运行，而交流输电必须同步运行。交流远距离输电时，电流的相位在交流输电系统的两端会产生显著的相位差；并网的各系统交流电的频率虽然规定统一为50Hz，但实际上常产生波动。这两种因素引起交流系统不能同步运行，需要用复杂庞大的补偿系统和综合性很强的技术加以调整，否则就可能在设备中形成强大的循环电流，损坏设备，或造成不同步运行的停电事故。在技术不发达的国家里，交流输电距离一般不超过300km。而直流输电线路互联时，它两端的交流电网可以用各自的频率和相位运行，不需进行同步调整。
4）直流输电发生故障的损失比交流输电小。两个交流系统若用交流线路互连，则当一侧系统发生短路时，另一侧要向故障一侧输送短路电流，因此使两侧系统原有开关切断短路电流的能力受到威胁，需要更换开关。而直流输电中，由于采用可控硅装置，电路功率能迅速、方便地进行调节，直流输电线路上基本上不向发生短路的交流系统输送短路电流，故障侧交流系统的短路电流与没有互联时一样，因此不必更换两侧原有开关及载流设备。
在直流输电线路中，各极是独立调节和工作的，彼此没有影响。所以，当一极发生故障时，只需停运故障极，另一极仍可输送不少于一半功率的电能。但在交流输电线路中，任一极相发生永久性故障时，必须全线停电。
提醒：在直流输电系统中，只有输电环节是直流电，发电系统和用电系统仍然是交流电。
2.电子
电子（Electron）是一种基本粒子，目前无法再分解为更小的粒子。其直径是质子的0.001倍，质量为质子的1/1836。电子围绕原子核做高速运动，通常排列在各个电子层上。当原子结合成为分子时，在最外层的电子便会由一个原子，移至另一个原子或成为彼此共享的电子。
电荷的最终携带者是组成原子的微小粒子。每个绕原子核运动的电子都带有一个单位的负电荷，而原子核里面的质子带有一个单位的正电荷。正常情况下，在物质中电子和质子的数目是相等的，它们携带的电荷相平衡，物质呈中性。物质在经过摩擦后，要么会失去电子，留下更多的正电荷（质子比电子多）；要么增加电子，获得更多的负电荷（电子比质子多），这个过程称为摩擦生电。
自由电子（从原子中逃逸出来的电子）能够在导体的原子之间移动，但它们在绝缘体中不能移动。于是，物体在摩擦时传递到导体上的电荷会被迅速中和，因为多余的电子会从物质表面流走，或者额外的电子会被吸附到物体表面上代替流失的电子。所以，无论摩擦多么剧烈，金属都不可能摩擦生电。但是，橡胶或塑料这样的绝缘体，在摩擦之后，其表面就会留下电荷。
我们现在知道，构成实物的许多基本粒子都带有一定的电，有正、有负，电荷的绝对量都相等。正常情况下，同一个原子中正负电荷数相等，因而整个物体被认为是不带电的或中性的。当它们因故失去一部分电子时，就带正电；获得额外电子时，就带负电。电荷周围存在电场，运动时还会产生磁场。
电量是物质、原子或电子等所带的电荷的量。单位是库仑（符号为C），简称库。我们常将“带电粒子”称为电荷，但电荷本身并非“粒子”，只是我们常将它想象成粒子以方便描述。因此带电量多者我们称之为具有较多电荷，而电量的多寡决定了周围电场的强弱。此外，根据电场作用力的方向性，电荷可分为正电荷与负电荷，电子则带有负电。根据库仑定律，带有同种电荷的物体之间会互相排斥，带有异种电荷的物体之间会互相吸引。排斥或吸引的力与电荷的乘积成正比。
3.电压
大家都知道，因为有着高水位和低水位之间的差别而产生的一种压力，水才能从高处流向低处。城市中使用的自来水，之所以能够一打开水龙头，就能从管中流出来，也是因为自来水的储水塔比地面高，或者是由于用水泵推动水产生压力的缘故。
电也是如此，电荷之所以能够在导线中流动，也是因为在电路中有着高电势能和低电势能的差别，这种差别叫“电位差”，也叫电压（Voltage），通常用字母U表示。电压的单位是伏特（Volt），简称伏，用符号V表示。高电压可以用千伏（kV）表示，低电压可以用毫伏（mV）表示，也可以用微伏（μV）表示。电压是产生电流的原因。
在其他条件不变的情况下，增大或减小压差，会导致电流（水流）同比例地增大或减小。换句话说，增大电压就能增大电流。将一个电压加到固定电阻器的两端，如果我们增大或减小电压，电阻器中的电流也会同比例地增大或减小。
把1V的电压加在1Ω的电阻器上，则回路里的电流为1A。如果把电阻器的阻值加倍，电压保持不变，则电流变为0.5A。同理，将2V电压加在1Ω的电阻器上，其电流为2A。
注意事项：
不要认为“大电池的电压一定高”，高电压相当于高的水压，也就是高电势能。
4.电流
电流（Current）是指电荷的定向移动。电压是使电路中电荷定向移动形成电流的原因。电流的大小（符号为I）是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量，1s内通过1C的电量称为1A。安培是国际单位制中的基本单位。除了安培，常用的单位有毫安（mA）及微安（μA）。
电流可以是由正电荷、负电荷或这两种电荷同时做定向运动而形成的。负电荷沿同一个方向运动所形成的电流与等量的正电荷沿相反方向运动所形成的电流相同。依照惯例，人们假定电流是沿着正电荷运动方向流动。电流有多种效应，例如流过导体（超导体除外）的电流会使导体发热；电流会产生磁场；电流在磁场中会受到力的作用；电流还可参与化学变化，例如在电池、电解槽中那样。这些效应提供了电流应用的多种可能性。
5.电阻
在物理学中，电阻（Resistance）表示导体对电流的阻碍作用。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种性质。导体的电阻用字母R表示，电阻的单位是欧姆，简称欧，符号是Ω。比较大的单位有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）。电阻器简称电阻（Resistor，通常用“R”表示），是所有电子电路中使用最多的元件。电阻的主要特征是将电能转化为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压的作用。对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。
通常的电源都是在一定的负载上提供一定的电压。1V电压加在1Ω电阻器上，其电流是1A。如果电压保持不变，电阻变为原来的一半，则电流会变成原来的二倍。所以，当电压保持不变时，电阻越大，其电流越小。假设有一个额定12V、1A的电源，当把它加载到24Ω的电阻器上时，回路内的电流只有0.5A。如果将另一个24Ω的电阻器再接到电源两端，电源将达到最大安全输出。如果再接入第三只相同电阻，电源将承受其安全负载的1.5倍（假设在高负载下这个电源仍然能够保持输出电压不变）。这时，电源或熔断器将很快被烧毁。同样地，如果回路内的用电器阻值过小，其电流将会非常大，此时电源就会被烧毁。对于电源来说，最理想的状况是在安全范围内接入电阻尽量小的负载，以提供尽量大的输出功率。
回到汽车影音上的应用，现在有一个最小额定阻值4Ω的100W功放，也就是说，在4Ω的负载下，该功放可提供100W输出，而更小的阻值将会烧坏功放。为了达到100W输出，功放的工作电流将达到5A。要在4Ω的回路中提供5A工作电流，功放就必须有20V的电压（即加载到扬声器终端的最大电压是20V）。在这里讨论是为了计算电压、电阻及电流之间的关系，把4Ω和20V输入到下面的计算器中，电流将作为结果被计算出来。如果把电阻阻值减小到2Ω，电流将变成原来的二倍。过小的电阻导致了高于5A的额定电流，从而会烧毁功放。电阻分为固定电阻、可变电阻、半固定可变电阻，电阻色码辨认方式见表3-1。
表3-1 电阻色码辨认方式
注意事项：
色码的读法是从最靠近电阻器左端的色码条纹开始。
6.电路
电流流过的回路叫做电路（Circuit）。最简单的电路由电源、负载、导线和开关等元件组成。电路处处连通叫做通路。电路只有处于通路时，才有电流通过。电路某一处断开叫做断路或者开路。电路某一部分的两端直接接通，使这部分电路两端的电压变成零，叫做短路。
简单来说电路就是电流走过的路线，它可以是最简单的“电池加灯泡”，也可以是计算机里面的大规模集成电路。电路可以包含任意多个用电器，只要电流是从电源一端流出，从另一端流入，它就可以称为一个电路。
注意事项：
有些人认为“接触不良”和“短路”是一样的，其实不然。“短路”是指电流从用电器以外的途径流走，通常短路电路的电阻很小，这样就会使流过电源的电流过大。当我们把电源线接地时，熔断器就会烧毁。这就是短路。接触不良的表现是：移动导线时，用电器两端的电流出现间歇性的间断，把这种现象叫做接触不良。
7.功率
瓦特是功率（Power）的单位（无论产生还是消耗），1W相当于1A电流通过1Ω电阻产生的功率。功率是指物体在单位时间内所做的功，即功率是描述做功快慢的物理量。扬声器音质的好坏和功率没有直接的关系。功率决定的是音箱所能发出的最大声强，感觉上就是扬声器发出的声音能有多大的震撼力。
根据国际标准，功率有两种标注方法：额定功率与瞬间峰值功率。额定功率是指在额定范围内驱动一个4Ω扬声器，规定了波形持续模拟信号，在有一定间隔并重复一定次数后，扬声器不发生任何损坏的最大功率。峰值功率是指扬声器短时间所能承受的最大功率。
经典改装欣赏3-2
扬声器的功率不是越大越好，适用才是最好的，但功放的储备功率越大越好，最好为实际输出功率的2倍以上。比如扬声器输出功率为30W，则功放的功率最好大于60W。功放的功率取决于扬声器的负载以及放大器加载到扬声器上的推力。扬声器纸盆振动的幅度随着功放输出功率的增加而增大。