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衰减式的音调控制电路,衰减式的音调控制电路接入放大器的反馈回路内,就构成了有源(负反馈式)音调控制器。有源(负反馈式)音调控制器的许多的优点,由于负反馈的作用,频率失真明显减小,由于放大器的作用,由衰减式的音调控制电器带来的中频率衰减,可以得到补偿,虽然这种电路有许多优点,但电路和放大器设计不当,极易在放大器的两端产生过大的相移从而引起自激,产生高频失真或噪声,影响实际听音效果。因此本全例中就选用由无源滤波器组成的RC衰减式音调控制电路
3.4.1 RC衰减式音调控制电路
音调控制电路用来对音频信号各频段内的信号进行提升或衰减,调节输入信号的低频、中频、高频成分的比例,改变前置放大器的频率特性,以补偿音响系统各环节的频率失真,或满足听者对音色的爱好和需求。
音调控制时指调节反馈网络的频率特性,使它对音频信号的高、低频率成分产生不同程度的反馈或衰减网络的频率特性,从而达到改变电路频率响应特性之目的。常用的音调控制电路只有高音和低音频段两个控制电路,可以对高、低频成分进行提升或衰减的控制。
RC衰减式音调控制电路比较简单,如图3-6所示。图中只画出了一个声道的电路。
UiR11C2110KC111500pF0.015uFR210KC12RP2RP150K50KR310K0.015uFR12C221500pFUo10K
图3-6 RC衰减式音调控制电路
衰减式的音调控制电路主要是是利用改变特性曲线的转折斜率的方法来分别提升和衰减高音与低音,而不改变曲线的转折频率。这类电路分为简易型和高低音分别
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控制的通用型音调控制电路。简易型音调控制电路一般情况下只能使受控的音频段的音量范围在6dB左右,控制效果并不显著,用一只电位器控制的音调调节电路很难满足实用的需要,而且达不到本文中的12dB的要求,因此本文中就选取采用两只调节电位器的高低音分别控制的音调控制电路。
3.4.2 音调控制特性分析
高低音的等效电路、音调网络的频响曲线如下图3-7、3-8所示:
ININC21R11C11RP1R2OUTPOT2C12RP2R3OUTR12C22
a)低音控制等效电路 b)高音控制等效电路
图3-7 高低音调控制电路等效电路
表3-2 不同电容量在低音、中音、高音时的容抗值
音调 低音 中音 高音 频率F/(Hz) 100Hz 1kHz 10kKHz C1=0.015μF时的XC1 106KΩ 10.6KΩ 1.06KΩ C2=1500pF时的XC2 1600KΩ 106KΩ 10.6KΩ 图3-7为电路原理图,图3-7 a)为高频等效电路,b)为低频等效电路,这种电路具有良好的控制特性,也是一种比较流行的音调控制器之一。
由于各电容的容抗的大小在低音、中音和高音时不同,因此调节RP1和RP2时,从电位器上分压输出的音频信号的高低音的效果就会不同。RP1是低音控制电位器,调节RP1对中音和高音的影响不大,而对低音信号的影响较显著;RP2时高音控制电位器,调节RP2对中音和低音的影响不大,而对高音信号的影响较显著。Ui是输入音频信号,Uo时经过高音和低音控制的音质输出信号。
1.低音控制电路的工作原理
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低音控制电路由R11、RP1、R12、C11、C12和R2构成。RP1输出的信号由RP1动片上端阻值//C11+R11,即Z上与RP1动片下端阻值//C12+R12,即Z下分压所得。对低频信号而言,当RP1动片在最上端时,信号通路的阻抗值最小(Z上=10KΩ),而信号到地的分流衰减阻抗最大(Z下约为10KΩ+50//106KΩ),所以对低音信号呈最大提升状态;当RP1动片在最下端时,信号通路的阻抗值最大(Z上约为10KΩ+50//106KΩ),而信号到地的分流衰减阻抗最大(Z下=10KΩ),所以对低音信号呈最大衰减状态。电路设计中使RP1动片在中间位置时,对低音信号呈不提升、不衰减的状态。另外,对中频和高频信号而言,由于C11和C12所呈现的容抗值较小,因此调节RP1时(阻值从0-50KΩ变化),对信号通路的阻抗和信号衰减的阻抗的相对变化量不是十分明显,使得RP1的变化对中、高频的影响不大。
2.高音控制电路的工作原理
高音控制电路由R3、RP2、C21和C22构成。当RP2动片在最上端时,C21对输入信号Ui的高频段信号呈现很小的容抗(-j10.6KΩ),对高频段信号呈现最大提升状态;当RP2动片在最下端时,输入信号Ui中的高频段信号经C21和RP2的全部阻值(-j10.6KΩ+50KΩ)才能传输到后级电路中,同时下部的衰减电容C22对高频段信号的容抗较小(-j10.6KΩ),此时对高频段信号正处于最大衰减状态;当RP2的动片从最上端开始向下滑动,滑到中间位置时,由于RP2动片以上的电阻串联在C21的回路中,对高频段信号有些衰减,同时由于RP2动片一下的电阻值在减小,通过C22对高频段信号开始对地分流衰减,这样随着RP2动片向下滑动,对高频段信号的提升量从最大状态开始逐渐减小,电路设计中当RP2动片滑到中间位置时对高频段信号既不提升也不衰减。另外,对另外,对中频和高频信号而言,由于C11和C12所呈现的容抗值较大,因此调节RP2时(阻值从0-50KΩ变化),对信号通路的阻抗和信号衰减的阻抗的相对变化量不是十分明显,使得RP1的变化对中、高频的影响不大。
3.4.3 响度控制电路
音响系统在小音量放送音乐的时候,听者会感觉到低音和高音的不足,这是由等响曲线反映的人耳听觉特性说造成的。为此,在扩音机中通常要设置响度控制电路,在小音量放送音乐时利用频率补偿网络适当提升低音和高音分量,以弥补人耳听觉缺陷,达到较好的听觉效果。
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UiC21200pFABC10.068uFRP151KCUoR124K
a)抽头电位器响度控制电路
UiR3C2UiR2UoC1UoR1R3R1R2
b)低频等效电路 c)高频等效电路
图3-9 抽头电位器响度控制电路
抽头电位器响度控制电路原理如图3-9 a)所示。R1,C1,C2和抽头电位器组成频率补偿网络。电位器滑动触点既能控制输出音量,又能实现响度控制。
对于输入信号中的低音分量,C2可视为开路,得到低频等效电路如图3-9 b)所示。对于输入信号中的高音分量,C1可视为短路,得到高频等效电路如图3-9 c)所示。
从低频等效电路可知,由于C1的容抗随着信号频率降低而增大,因而该电路有利于低频分量的传输,相当于提升了低音;从高频等效电路可知,由于C2的容抗随着信号频率升高而减小,因而该电路有利于高频分量的传输,相当于提升了高音。
当电位器抽头从B点向下移动时,输出音量减小,但低音和高音的对提升量保持不变;当电位器抽头从B点向上移动时,输出音量增大,但低音和高音的对提升量会减小;当电位器抽头从B点移到A点时,输出音量大,而低音和高音相对提升量为0。
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3.5 功放电路设计
功率放大器是音响系统中一个不可缺少的重要部分,其主要任务是将音频信号放大到足以推动外接负载如扬声器、音箱等。不同于前置放大器不仅对音频电压信号进行放大,而且放大了音频电流信号,以满足外接负载的功率需求。音频功率放大器的类型很多,根据使用的器件不同,为纯电子管、晶体管、集成电路、场效应管功率放大器。一般认为电子管功率放大器(俗称胆机)的音色优于晶体管功率放大器音色。晶体管放大器的频响宽,低频可延伸至直流,是目前输出功率最大的功率放大器。场效应管功率放大器的音色是晶体管机中音色最好的一种。集成电路功率放大器则以其制作简单、性能稳定、功能齐全、价格低廉而使其成为数量最多的一种。TDA2030集成音频功率放大器就是其中的一种。本文中就选取TDA2030集成音频功率放大器做为功放电路。
3.5.1 TDA2030简介
1.引脚排列(如图3-10所示)
图3-10 TDA2030引脚图
图中,1脚是正相输入端,2脚是反向输入端,3脚是负电源输入端,4脚是功率输出端,5脚是正电源输入端。
TDA2030是一块性能十分优良的功率放大集成电路,其主要特点是上升速率高、瞬态互调失真小。瞬态互调失真是决定放大器品质的重要因素,在目前流行的数十种功率放大集成电路中,规定瞬态互调失真指标的仅有包括TDA2030在内的几种该集成功放。
TDA2030集成电路的另一特点是输出功率大,而保护性能以较完善。TDA2030集成电路的第三个特点是外围电路简单,使用方便。在现有的各种功率集成电路中,
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