多通道电子分频放大器的制作

2011-03-29 10:30:52来源: 互联网

自从数字技术进入音频领域,音源和输入系统的音质得到了很大的改善,前置放大器变成几乎只是音源选择开关和音量电位器的简单东西。但与此相反,输出系统却与模拟时代时一样变化不大,其原因因主要是扬声器的 原理并无大变。由于声频范围宽至九至十个倍频程,要使扬声器的振动系统在如此宽的频率范围内,完全线性地按照电信号振动十分困难,再要求具有线性的声辐射 特性.几乎是不可能的。

一个解决的途径是把声频范围分成数段.再用数只扬声器分段放音,这即是多扬声器系统,常见的是二单元和三单元系统。但是分割频带需 要分频网络,一般是在功率放大器和扬声器之间插入 L 、 C 滤波器。 由于扬声器并非纯电阻成分,给分频器的设计带来困难,不易得到良好的性能;且优质的分频器需要选用优质的电感器和电容器,价格不菲。

此外,由于各种扬声器 的效率不同 ( 高音扬声器比低音扬声器约高 6 分贝 ) ,为了平衡整个频带的声压,需要在分频器中插入衰减器,以降低高效率扬声器的电平.其结果是整个扬声器系统成为几个最低效率扬声器的组合。

为了改变这种情况,产生了多通道放大器方式。

在前置放大器之后用有源滤波器分割频带,各频段有自己的功率放大器和扬声器,各频段的电平在各功率放大器之前用电位器调整。这种方式的优点是显而易见 的,它取消了前述 LC 网络,又能有效地利用各个扬声器的效率;同时,也降低了对功率放大器的频率要求,输出功率也可以小一些;这种结构示于图 1 ,其关键电路是有源滤波器。

滤波器有低通、高通、带通滤波器以及带阻滤波器。低通滤波器容许从零频至其截止频率的分量通过 ; 而阻止高于截止频率的分量;高通滤波器阻止低于其截止频率的分量,而容许高于它的分量通过:带通滤波器容许界于其低截止频率和高截止频率之间的频率分量通 过,而阻止这一频率范围外的所有频率分量。

使用运算放大器的有源滤波器可以取消电感元件,并能获得电压或电流增益。按滤波器截止特性不同可分为贝塞尔型、契比雪夫型和巴特沃斯型.其特性曲线见 图 2 ,主要表现在截止频率附近.贝塞尔型下降缓慢,契比雪夫型下降陡峭,而巴特沃斯型界于二者之间。截止特性通常用 l 倍频程的衰减量为多少分贝来表示,二阶滤波器的每倍频程衰减量为 12 分贝,三阶滤波器为 18 分贝.图 3 是标准的巴特沃斯二阶有源滤波器。图 3a 为低通滤波器,其计算公式如下:

R1 实际选取 18k Ω, R2 实际选取 9.1k Ω, C 实际选取 2200pF 和 270pF 并联。

图 4 是一款音频用 12 分贝三通道电子分频器的原理图。选用多通道前级分频比在功率放大器后分频更能获得良好的音质。三通道分频的频率范围分别是低频~ 500Hz :

中频 500Hz~5kHz ;高频 5kHZ 。它们合成的频率特性示于图 5 。

其低频滤波器和高频滤波器即是前而的设计例:中频采用了带通滤波器.由一级高通滤波器和一级低通滤波器组合而成.其 R 、 C 的计算与设计例相同。这里把低通滤波器设置在高通滤波器之后可以减少残留噪声,在滤波器之前设置一缓冲器有利于与音源的匹配,其输入端的 1k Ω和 150pF 用于限制输入信号的带宽:各滤波器的输出端均用 1k Ω的 10 圈线绕电位器作输出电平调整。

三路滤波器的输出信号分别接至相同的三个功率放大器,其电路示于图 6 。首先用输入级为 FET 的运放 LF357 作电流缓冲,末级功放管采用高频特性好的 MOSFET ,偏置电路用二极管和电阻构成.利用半可变电阻 VR2 设置静态电流,静态电流的测定可在无信号时测量源级电阻 (0.47 Ω ) 两端电压。然后利用公式 I="U" / R 算出。末级负反馈从 MOSFET 的源极加到运放的反相端。由于用作驱动的运算放大器的电源电压不能过高,限制了功放的最大输出。如运放电源电压为± 15V ,驱动级最大输出电压为土 12V=24V ,扬声器阻抗 RL="8" Ω,则末级最大输出功率 P="Vcc" × (VCC / 8RL)=24 × 24 / 64=9W 。这个功率似乎偏小,但实际上这只是一个频段的输出功率,加上另外两个频段的输出功率,已完全适用。

图 6 中,功放输出端的 Rx 、 Cx 及 LY 、 RY 是为稳定电路工作而设。由于扬声器不是纯电阻成分,在频率升高时,其电感成分会变大,相当于高频负荷变轻、高频增益提高,可能引起电路振荡;加入相当于高频负荷的 Rx ,就能避免振荡。

当用较长的电缆连接功放和扬声器时,由于电缆电容的存在.会加重高频负荷,使功放工作不稳定;加入 LY , RY ,可避免这种情况。 LY 和 RY 是用直径 1mm 漆包铜线在 101 Ω 5W 碳膜电阻上密绕 10 匝而成。

为了保护扬声器,在各功放的输出端要串人 2A 的熔丝,在高频通道,还要在功放和扬声器之间串人 2.5 μ F 的聚丙烯电容器,以保护高频扬声器。

各通道滤波器只要电阻、电容的数字准确.一般不需调试.功率放大器的调整:在无信号输入时调整 VR1 使输出电压为 0V ,然后调整 VR2 使源级电阻 0.47 Ω两端电压为 0.1V( 约 200mA) 即可。

关键字:放大器

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0329/article_6327.html
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