音響設備技術 2 424 目錄 第1章音響設備概述 第2章調諧器 第3章錄音座 第4章功率放大器 第5章調音臺 第6章家庭影院AV系統 第7章數字音響設備 第8章音響設備的故障檢修 實驗指導實驗1 8 3 424 第1章音響設備概述 1 1音響技術的基本概念 1 2高保真音響系統的基本組成 1 3音響設備的基本性能指標 1 4聲音的基本知識 返回 4 424 第1章音響設備概述 1 1音響技術的基本概念1 1 1音響的基本概念在音響技術中 音響是指通過放聲系統重現出來的聲音 如通過組合音響重現CD片或磁帶中的音樂 歌曲及其他聲音 又如演出現場通過擴音系統播放出來的歌聲和音樂聲等 都屬于音響范疇 能夠重現聲音的放聲系統 稱為音響系統 1 1 2高保真 Hi Fi 及高保真音響系統的屬性高保真音響系統有3個重要的屬性 1 如實地重現原始聲音 聲音在人耳聽覺中用音量 音調和音色3個主觀參量來描述 稱為聲音三要素 如實地重現原始聲音 就是要保持原有音質 使人感覺不到所反映的原始聲音質量的三要素有何畸變 這是高保真的基本屬性 2 如實地重現原始聲場 室內聲場是由聲源 直達聲 反射聲和混響聲構成的 原始聲場反映的是一種立體聲 所以 高保真音響系統必須是立體聲放聲系統 立體聲是高保真的重要屬性之一 3 能夠對音頻信號進行加工修飾 高保真音響系統還允許人們根據自己的愛好 對音頻信號進行修飾美化 使聲音更加優美動聽 這也是高保真的重要屬性 第1章目錄 5 424 第1章音響設備概述 1 1 3音響技術的現狀今天的音響設備 可用高保真 Hi Fi 化 立體聲化 環繞聲化 自動化 數字化來概括其特點 1 高保真化 高保真 Hi Fi 地進行聲音的記錄和重放 一直是人們不斷追求奮斗的目標 2 立體聲化 雙聲道立體聲音響設備早已十分普及 而真正的立體聲 真實地再現三維空間聲源方位的環繞立體聲也已進入尋常百姓家庭 3 自動化 采用微處理器擔任系統控制的現代音響設備 可實現自動操作與控制 并可通過紅外遙控器進行 4 數字化 采用數字信號處理技術的數字音響設備 以其完美的音色和極高的電聲性能指標贏得人們的青睞 第1章目錄 6 424 第1章音響設備概述 1 2高保真音響系統的基本組成高保真音響系統通常由高保真音源 音頻放大器和揚聲器系統這3大部分組成 雙聲道高保真音響系統的組成框圖如圖所示 第1章目錄 返回 7 424 第1章音響設備概述 1 2 1高保真音源系統高保真音源為音響系統提供高保真的音頻信號 1 調諧器 調諧器是一臺不包括功放和揚聲器的高性能收音機 可以提供高保真的音頻信號 2 錄音座 錄音座是一臺不包括功放和揚聲器的高性能錄音機 3 電唱機 電唱機是一種拾音裝置 它利用拾音器將唱片聲槽中記錄著聲音信息的振動軌跡變換成相應的音頻信號 4 CD唱機 CD唱機利用激光束 以非接觸方式將CD唱片上記錄的聲音信息的數字編碼信號檢拾出來 經解碼器把數字信號變換為模擬音頻信號 5 VCD影碟機 VCD的聲音和圖像數據在經過壓縮處理之后 不僅可以輸出音頻信號 同時還輸出視頻信號 且使聲音接近于CD機的質量 圖像達到家用錄像機的水平 6 DVD影碟機 DVD影碟機是目前最高級的影音信號源 7 傳聲器 傳聲器將聲能轉換為電能 各種優質音響載體通過音源設備所提供的高保真音頻信號 是取得高保真音響效果的源泉 第1章目錄 音響系統組成圖 8 424 第1章音響設備概述 1 2 2音頻放大器音頻放大器是音響系統的主體 包括前置放大器和功率放大器兩部分 必要時可以插入圖示均衡器 1 前置放大器 前置放大器具有雙重功能 即選擇音源并進行音頻電壓放大和音質控制 前置放大器被譽為音響系統的音質控制中心 2 圖示均衡器 圖示均衡器是一種為修飾美化音色而設置的音頻信號處理設備 3 功率放大器 功率放大器的作用是放大來自前置放大器的音頻信號 產生足夠的不失真功率 以推動揚聲器發聲 功率放大器性能優劣直接關系到音響系統的放音質量 其衡量指標主要有頻率特性 諧波失真和輸出功率等 第1章目錄 音響系統組成圖 9 424 第1章音響設備概述 1 2 3揚聲器系統揚聲器系統由揚聲器 分頻器和箱體三個部分組成 其作用是將功率放大器輸出的音頻信號分頻段不失真地還原成原始聲音 揚聲器系統對重放聲音的音質有著舉足輕重的影響 1 揚聲器 揚聲器是一種電聲換能器 音響系統中使用最多的是電動式揚聲器 2 分頻器 在高保真音響系統中 通常采用分頻的方法 利用各種揚聲器的特長 分別承擔低頻 中頻或高頻段聲音的重放任務 低頻段宜用大口徑錐形揚聲器 中高頻段可用球頂形或號筒式揚聲器 分頻器的作用是為各頻段揚聲器選出相應頻段的音頻信號 并正確分配給各揚聲器的信號功率 3 箱體 揚聲器振膜前后所輻射的聲波是互為反相的 其中低頻聲波因繞射而造成的相位干涉會削弱其輻射功率 為了提高揚聲器的低頻效率 應把揚聲器裝在箱體里 常見的音箱有封閉式和倒相式等 第1章目錄 音響系統組成圖 10 424 第1章音響設備概述 1 3音響設備的基本性能指標高保真音響設備最主要的性能指標有 1 頻率范圍 也稱為頻率特性或頻率響應 其含義是指各種放聲設備能重放聲音信號的頻率的范圍 以及在此范圍內允許的振幅偏差程度 允差或容差 頻率范圍越寬 振幅容差越小 語言和音樂信號通過該設備時的頻率失真和相位失真也就越小 則音質也就越好 2 諧波失真 由于各音響設備中的放大器存在著一定的非線性 導致音頻信號通過放大器時產生新的各次諧波成分 由此而造成的失真稱為諧波失真 諧波失真使聲音失去原有的音色 嚴重時使聲音變得刺耳難聽 3 信噪比 又稱信號噪聲比 是指有用信號功率與噪聲功率之比 記為S N 通常用分貝值 dB 表示 信噪比越大 表明混在信號里的噪聲越小 重放的聲音越干凈 音質越好 第1章目錄 11 424 第1章音響設備概述 1 4聲音的基本知識包括聲音的基本性質 聽覺的基本特性 立體聲基本原理等 1 4 1聲音的基本性質1 聲波的傳播特性聲波在傳播中會產生反射 折射 繞射和干涉等現象 1 反射和折射 聲波從一種媒質進入另一種媒質的分界面時 會產生反射現象 遇到障礙物時 還有一部分聲波將進入障礙物而產生折射 2 繞射 當聲波遇到墻面或其他障礙物時 會有一部分聲波繞過障礙物的邊緣而繼續向前傳播 這種現象稱為繞射 3 干涉 干涉是指一些頻率相同的聲波在傳播中互相疊加后會使聲波在有的地方增強 有的地方削弱的現象 除了上述3種主要特性外 聲波在傳播過程中還有吸收與透過現象 諧振現象 衰減現象等特性 第1章目錄 12 424 第1章音響設備概述 2 聲音的三要素聲音主要是通過音量 音調 音色這3個要素來表現其特性的 1 音量 音量又稱響度 是指人耳對聲音強弱的主觀感受 音量的大小主要取決于聲波的振幅大小 2 音調 音調又稱音高 是指人耳對聲音的調子高低的主觀感受 音調主要取決于聲波的基波頻率 3 音色 音色是指人耳對聲音特色的主觀感受 音色主要取決于聲音的頻譜結構 第1章目錄 返回 13 424 第1章音響設備概述 1 4 2人耳聽覺的基本特性1 人耳聽覺范圍可聞聲 聽閾和痛域決定了人耳的聽覺范圍 1 可聞聲 可聞聲是指正常人可以聽到的聲音 其頻率范圍為20Hz 20kHz 稱為音頻 2 聽閾 可聞聲必須達到一定的強度才能被聽到 正常人能聽到的強度范圍為0 140dB 使聲音聽得見的最低聲壓級稱為聽覺閾值 它和聲音的頻率有關 在良好的聽音環境中 聽力正常的青年人 在800 5000Hz頻率范圍內的聽閾十分接近于零分貝 對應的聲波的聲壓值為0 00012帕 3 痛域 使耳朵感到疼痛的聲壓級稱為痛域 它與聲音的頻率關系不大 通常聲壓級達到120dB時 人耳感到不舒適 聲壓級大于140dB時 人耳感到疼痛 聲壓級超過150dB時 人耳會發生急性損傷 第1章目錄 14 424 第1章音響設備概述 2 聽覺等響特性聽覺等響特性是反映人們對不同頻率的純音的響度感覺的基本特性 通常用等響曲線來表示 1 人耳對3 4kHz頻率范圍內的聲音響度感覺最靈敏 人耳對低頻和高頻聲音的靈敏度都要降低 2 聲壓級越高 等響曲線越趨于平坦 聲壓級不同 等響曲線有較大差異 特別是在低頻段 所以 在放音時 特別是小音量放音時 就需要等響控制電路來補償 第1章目錄 返回 15 424 第1章音響設備概述 3 聽覺閾值特性聽覺閾值特性就是指人耳對不同頻率的聲音具有不同的聽覺靈敏度的特性 通常情況下 正常人能聽到的聲音強度范圍為0 140dB 人耳在800Hz 5kHz頻率范圍內的聽閾十分接近于0dB 而對100Hz以下的信號或18kHz以上的信號的聽覺靈敏度卻大大降低 4 聽覺掩蔽特性聽覺掩蔽特性 是指一個較強的聲音往往會掩蓋住一個較弱的聲音 使較弱的聲音不能被聽到 這種掩蔽特性有頻域掩蔽和時域掩蔽 1 頻域掩蔽 是指一個幅度較大的頻率信號會掩蔽相鄰頻率處的幅度相對較小的頻率信號 使小信號不能被聽不見 2 時域掩蔽 是指在時間上 一個強信號會掩蔽掉前后一段時間內的較弱的聲音 使之不能被聽到 第1章目錄 聽覺掩蔽特性圖 16 424 第1章音響設備概述 第1章目錄 時域掩蔽特性 頻域掩蔽特性 返回 17 424 第1章音響設備概述 1 4 3立體聲基本知識1 立體聲基本概念立體聲是指具有方位感 層次感 臨場感等空間分布特性的聲音 用立體聲音響技術來傳播和再現聲音 不僅能反映出聲音的空間分布感 而且能夠提高聲音的層次感 清晰度和透明度 明顯地改善重放聲音的質量 大大地增強臨場效果 第1章目錄 2 立體聲的成分立體聲的成分可以分為直達聲 反射聲 混響聲三類 返回 18 424 第1章音響設備概述 2 立體聲的成分在音樂廳中 立體聲的成分可以分為3類 第一類為直達聲 它們從舞臺上直接傳播到聽眾的左 右耳 同一聲音到達雙耳所形成的聲級差和時間差對判斷樂器的方位起著決定作用 直達聲能幫助人們確定聲源方位 第二類為反射聲 它們是從音樂廳內的表面上經過一次反射后 到達聽眾耳際的聲音 約比直達聲晚十幾到幾十毫秒到達耳際 反射聲給人空間感 可以感覺到音樂廳的空間大小 第三類為混響聲 是指聲音在廳堂內經過各個邊界面和障礙物多次無規則的反射后 形成漫無方向 彌漫整個空間的裊裊余音 混響給人包圍感 可以感受到聲音在三維空間環繞 反射聲和混響聲共同作用 綜合形成現場環境音響氣氛 即產生所謂臨場感 優良的立體聲應能再現這些要素 第1章目錄 19 424 第1章音響設備概述 3 立體聲的特點 1 具有明顯的方位感和分布感 2 具有較高的清晰度 3 具有較小的背景噪聲 4 具有較好的空間感 包圍感和臨場感 4 立體聲定位機理立體聲的定位機理主要是通過人的雙耳效應和耳廓效應進行的 1 雙耳效應 是指人的大腦能夠根據聲音到達兩只耳朵的聲級差 Lp 時間差 t 相位差 等因素來確定聲音方位 這是人能夠確定聲音方位的最主要因素 2 耳廓效應 是指根據人耳的耳廓形狀的特點 當聲源的聲波傳到人耳時 進入耳道的直達聲與由耳廓產生的反射聲之間的時間差和相位差來對聲音進行輔助定位 第1章目錄 20 424 第1章音響設備概述 1 4 4環繞立體聲1 什么是環繞立體聲 1 環繞立體聲一種能使重放的聲場具有回旋的 繚繞的 空間的環繞感覺 使聆聽者猶如置身于真實的實際聲場中的多聲道立體聲系統 2 環繞立體聲與雙聲道立體聲相比 不同之處在于它除了具有前方的左右主聲道外 還增加了后方的環繞聲道 因而大大增強了聲像的縱深感和臨場感 3 通常所指的環繞聲 就是指聲場中位于聆聽者后方的聲場 這個后方聲場主要由混響聲構成 其特點是無固定方向 均勻地向各個方向傳播 2 環繞立體聲系統的類型 目前環繞立體聲系統主要有以下4種 1 多聲道環繞聲系統 它不能與雙聲道立體聲系統兼容 2 杜比環繞聲系統 杜比環繞聲系統是一種能兼容雙聲道立體聲的多聲道環繞立體聲系統 3 虛擬環繞聲系統 虛擬環繞聲系統是利用虛擬揚聲器技術來再現三維 3D 環繞立體聲效果的一種新穎的環繞聲系統 4 數字影院系統 數字影院系統稱為DTS 這是繼杜比AC 3之后出現的一種效果更好的環繞聲系統 第1章目錄 21 424 第2章調諧器 2 1調諧器的基本組成 2 2調幅接收電路 2 3調頻接收電路 2 4立體聲解碼電路 2 5典型調頻 調幅調諧器 2 6數字調諧器 返回 22 424 第2章調諧器 2 1調諧器的基本組成2 1 1無線電廣播的發送與接收1 無線電波調諧器是通過無線電波來接收廣播電臺的廣播節目 無線電波是電磁波的一部分 由電磁振蕩產生 用于攜帶有用的信號在空間進行遠距離傳輸 無線電波具有波的共性 它的波速 在空間的傳播速度 與光速c相同 無線電波在一個變化周期內傳播的距離稱為波長 用 表示 波長 頻率 與波速c三者之間的關系為 c 頻率越高 波長就越短 無線電波的傳播方式主要有地波 天波和空間波3種形式 地波是指沿地球表面空間進行傳播的無線電波 天波是指靠高空 高度約100km左右 中的電離層的反射來傳播的無線電波 空間波是指在空間進行直射傳播的無線電波 通常 頻率低于3MHz的無線電波 如中波MW廣播 主要是依靠地波來傳播 頻率在3 30MHz的無線電波 如短波SW廣播 主要是依靠天波來傳播 頻率在30MHz以上的無線電波 如調頻FM廣播和電視廣播 主要是依靠空間波來傳播 地波的傳播 中波廣播 的特點是穩定可靠 天波的傳播距離卻很遠但時強時弱不夠穩定 空間波的特征是信號穩定但距離較近 第2章目錄 23 424 第2章調諧器 2 無線電廣播的發送音頻信號需要通過調制后加到無線電波上才能發送 1 調制 調制是把低頻 音頻 信號裝載到高頻載波上的過程 無線電廣播中一般采用調幅制或調頻制兩種形式 第2章目錄 調幅是指高頻載波的振蕩幅度隨調制信號 音頻信號 的變化規律而變化 而高頻載波的頻率不變 其波形如左圖所示 調頻是指高頻載波的頻率隨調制信號 音頻信號 的變化規律而變化 而高頻載波的幅度不變 波形如右圖所示 返回 24 424 第2章調諧器 2 無線電廣播的發送 下圖為無線電廣播的發射機框圖 聲音經話筒轉換為音頻信號 經音頻放大器放大后送入調制器 高頻振蕩器產生等幅高頻振蕩信號作為載波送入調制器 調制器用音頻信號對載波進行幅度 或頻率 調制形成調幅 或調頻 波 再經高頻功率放大器放大后送入發射天線向空間發射 第2章目錄 返回 25 424 第2章調諧器 3 無線電廣播的接收最簡單的無線電廣播接收機 直放式 如下圖所示 在接收端 接收天線把無線電波接收下來 輸入到調諧回路并根據LC諧振原理從中選擇出所要接收的電臺信號 經過高頻放大后送入解調器 解調是從高頻已調波信號中取出調制信號的過程 對不同的調制方式 解調分為檢波和鑒頻兩種 檢波是對調幅信號進行解調 對應電路為檢波器 鑒頻是對調頻信號進行解調 實現鑒頻的電路稱為鑒頻器 下圖中的解調器是檢波器和鑒頻器的總稱 作用是解調出低頻信號 音頻信號 解調出的音頻信號經低頻放大后 推動揚聲器放出聲音 直放接收機電路簡單 易于安裝 成本低 但缺點是靈敏度低 選擇性和穩定性差等 故現都采用超外差方式 第2章目錄 返回 26 424 第2章調諧器 2 1 2調諧器的基本組成調諧器的主要任務是接收廣播電臺發送的調幅廣播和調頻廣播信號 并對其進行加工處理 得到音頻信號 傳送給功放電路進行功率放大 并由音箱還原成聲音 調諧器的電路組成框圖如下 包括調幅AM 中波MW和短波SW 接收電路 調頻FM接收電路及輔助電路三個部分 第2章目錄 返回 27 424 第2章調諧器 1 超外差式調幅接收電路超外差式調幅接收電路 簡稱AM調諧器 采用超外差式接收原理 由輸入電路 高放電路 中低檔機無此電路 變頻電路 混頻器和本振 中頻放大電路 檢波電路 自動增益控制 AGC 電路等組成 電路組成框圖和各部分的波形如下圖所示 檢波器輸出音頻信號到后面的功率放大器 第2章目錄 返回 28 424 第2章調諧器 2 超外差式調頻接收電路調頻廣播接收電路 簡稱FM調諧器 也是采用超外差工作方式 由輸入電路 高頻放大電路 變頻電路 混頻器和本振 中頻放大器 限幅電路 鑒頻器 自動頻率控制 AFC 和立體聲解碼器等電路組成 電路組成框圖和各部分的波形如下圖所示 第2章目錄 返回 29 424 第2章調諧器 2 1 3調諧器的主要性能指標1 接收頻率范圍 接收頻率范圍也稱波段 是調諧器所能收聽到信號的頻率范圍 調諧器的波段越多 接收的頻率范圍越寬 收聽到的電臺也就越多 2 靈敏度 靈敏度表示調諧器正常工作時能夠接收微弱無線電波的能力 靈敏度越高 調諧器能夠收到的電臺信號越微弱 3 選擇性 選擇性是指調諧器選擇電臺信號的能力 即調諧器分隔鄰近電臺信號的能力 選擇性越好 抗干擾能力就越強 4 不失真輸出功率 不失真輸出功率是指調諧器在一定失真度以內的輸出功率 其值越大 聲音也就越響亮 第2章目錄 30 424 第2章調諧器 2 2調幅接收電路2 2 1輸入回路1 輸入回路的作用和要求 1 作用輸入回路的主要作用是選擇所要接收頻率的電臺信號 即從接收下來的各種不同頻率的信號中選出所要接收頻率的電臺信號 并抑制掉其他無用信號及各種噪聲信號 2 要求對輸入回路的要求主要有3點 1 要有良好的選擇性 2 頻率覆蓋要正確 3 電壓傳輸系數要大 第2章目錄 31 424 第2章調諧器 2 輸入回路的結構與原理 1 電路結構 常見的輸入電路有磁性天線輸入回路和外接天線輸入回路兩種 其電路結構如下圖所示 輸入回路由調諧電容C1a 調諧線圈L1 補償電容C2 磁性天線 磁棒 或外接天線及輸入線圈L2組成 通常 磁性天線輸入回路用于中波廣播的接收 外接天線用于短波和調頻波廣播的接收 第2章目錄 返回 32 424 第2章調諧器 2 工作原理 由磁性天線或外接天線所產生的感應電動勢饋入到輸入回路中 輸入回路的L1與C1a組成LC串聯諧振電路 其諧振頻率為 第2章目錄 調節C1a使回路諧振在某一電臺的頻率上 這時 該電臺信號在L1上的感應電動勢最強 則該頻率的電臺信號就被選擇出來 經L1 L2的耦合將信號送入后級變頻電路 3 雙聯可變電容器 雙聯可變電容器用來實現輸入電路頻率與本振電路頻率的同步跟蹤 以保證本振信號頻率總比輸入信號頻率高465kHz 輸入回路電路圖 33 424 第2章調諧器 2 2 2變頻電路1 變頻電路的作用與要求 1 作用 變頻電路的主要作用是變換電臺信號的載波頻率 即將輸入電路選出的各個電臺信號的載波都變為固定的中頻 465kHz 同時保持中頻信號的包絡與原高頻信號包絡完全一致 它是外差式接收機的重要組成部分 2 要求 對變頻電路的要求主要有3點 1 變頻過程中 信號包絡不能有任何畸變 2 要有良好的頻率跟蹤特性 即本振頻率要始終比電臺頻率高465kHz 3 工作穩定性要好 噪聲系數要小 增益要適當 第2章目錄 34 424 第2章調諧器 2 變頻電路的結構與原理 1 電路結構 變頻電路由本機振蕩器 混頻器和選頻回路三部分組成 電路組成如下圖所示 第2章目錄 返回 35 424 第2章調諧器 2 工作原理 本機振蕩器產生一個比電臺信號頻率 1高465kHz的高頻等幅振蕩信號u2 其頻率為 2 2和 1一起送入混頻器 在混頻器中利用模擬乘法器的乘法特性 或晶體管非線性的乘法功能 對兩路信號進行混頻 相乘 處理 結果使混頻器輸出載頻分別為 2 1 和 2 1 的調幅波分量 在混頻器的輸出端 再利用諧振頻率為465kHz的選頻回路 選出465kHz 即 2 1 中頻信號 從而完成變頻過程 例如 電臺信號為Asin t 本振信號為sin t 這兩個信號經混頻器相乘后其輸出為 Asin 1t sin 2t cos 1 2 t cos 1 2 t A 2 其中 cos 1 2 t為兩個信號的和頻分量 cos 1 2 t為兩個信號的差頻分量 經過465kHz的選頻回路 濾除和頻分量及選出差頻 2 1 465kHz 分量后 即得到混頻器的輸出為 A sin 465t 可以看出 代表音頻信號的振幅包絡未畸變 但載波頻率卻變成了465kHz 從而實現了載波頻率的變換 第2章目錄 變頻電路圖 36 424 第2章調諧器 3 電路實例由TA7640AP構成的變頻電路如下圖所示 第2章目錄 返回 37 424 第2章調諧器 4 統調使本振頻率與輸入調諧回路的諧振頻率相差465kHz的調整方法稱為統調 也叫外差跟蹤調整 統調的方法是在本機振蕩電路中 串聯一個容量較大的墊整電容C4 并聯一個容量較小的補償電容C3 以實現三點跟蹤 如下圖所示 第2章目錄 返回 38 424 第2章調諧器 2 2 3中放電路1 中放電路的作用與要求 1 作用 中放電路的主要作用是放大和選頻 1 對中頻信號進行放大 即將變頻電路送來的465kHz中頻信號進行放大 以提高整機的靈敏度 2 對中頻信號進行選頻 即通過選頻回路對中頻信號進一步篩選 以提高整機的選擇性 然后將篩選出來的經放大的中頻信號送到檢波電路去檢波 2 要求 對中放電路的要求主要有3點 1 增益要高 中放級應具有60 70dB的增益 2 選擇性要好 通常要求中放電路的選擇性在20 40dB 3 通頻帶要合適 中放電路頻帶寬度應在460 5 469 5kHz之間 通頻帶在9kHz以上 第2章目錄 39 424 第2章調諧器 2 中放電路的組成與工作原理中放電路通常由2 3級放大電路 AGC電路 及T1和T2構成的中頻帶通濾波器組成 最后輸出中頻信號再送往檢波電路 電路組成框圖如下圖所示 第2章目錄 返回 40 424 第2章調諧器 2 2 4檢波電路1 檢波電路的作用與要求 1 作用 將中放電路送來的中頻調幅波中的調制信號 音頻信號 解調出來 2 要求 1 檢波效率要高 2 檢波失真小 3 濾波性能好 2 檢波電路的組成與工作原理 1 組成 檢波電路包括檢波器件和低通濾波電路兩大部分 檢波電路的組成框圖及檢波前后的波形如圖所示 第2章目錄 返回 41 424 第2章調諧器 1 二極管檢波電路 1 利用二極管的單向導電特性把中頻信號的正半周截去 變成只有負半周的中頻脈動信號 這個脈動信號包含了直流成分 中頻及其諧波 音頻包絡等 2 C2 C3 R1構成 型濾波電路 用以濾除中頻信號 檢波后的低頻分量降在音量電位器RP上 經C4隔去直流分量后即可得到音頻信號送往音頻放大器電路 3 檢波輸出的直流成分作為AGC電壓送到中放受控電路 第2章目錄 返回 42 424 第2章調諧器 2 同步檢波電路 同步檢波的主要電路是模擬乘法器 電路組成如下圖所示 從中頻放大電路輸出的中頻調幅信號一路直接送往模擬乘法器 另一路送到限幅放大電路 限幅放大電路外接一個中頻選頻網絡 可以從中頻調幅信號中取出中頻等幅信號 送模擬乘法器 模擬乘法器將兩個輸入的信號進行乘法處理 在輸出端得到這兩個信號的和頻成分 高頻分量 和差頻成分 低頻分量 再經低通濾波器濾除高頻分量后 就得到低頻分量 這個低頻分量就是音頻信號 第2章目錄 返回 43 424 第2章調諧器 2 2 5自動增益控制 AGC 電路1 AGC電路的作用與要求 1 作用 根據接收電臺信號的強弱自動調節放大電路的增益 以保證放大電路輸出的信號大小基本不變 2 要求 1 AGC控制范圍要大 2 工作穩定性要好 2 AGC電路的工作原理AGC是利用檢波電路輸出的直流分量作為AGC控制電壓來控制中頻放大電路的增益 檢波電路輸出的信號經過容量較大的電容濾波后即可取出直流分量 當接收的電臺信號越強 則該直流分量就越大 將該直流分量作為AGC電壓 通過AGC電路的負反饋作用加到中頻放大器 就可控制中放級的增益的大小 第2章目錄 返回 44 424 第2章調諧器 2 3調頻接收電路2 3 1調頻廣播的基本概念與特點1 基本概念 1 調頻波 是指用音頻信號去調制高頻載波的頻率 使高頻載波的頻率隨音頻信號的變化而變化 高頻載波的幅度不變 2 頻偏 是指調頻波的瞬時頻率 與原高頻載波頻率 0之差 即 0 調頻廣播允許的最大頻偏為 m 75kHz 3 調制度 m 是指調制信號振幅變化引起的頻偏 與最大的頻偏 m的百分比 即 調制度 m m 100 4 頻帶寬度 B 當音頻信號的頻率為F 最大頻偏為 m時 調頻波的有效帶寬為B 2 m F 在調頻廣播中 頻帶寬度B為180kHz 5 頻率范圍和傳輸特性 1 頻率范圍 87 108MHz 2 傳播特性 調頻廣播采用超短波 所以只能在地球表面沿直線傳播 調頻廣播傳播距離較近 一般在50km左右 第2章目錄 45 424 第2章調諧器 2 調頻廣播的特點調頻廣播有以下幾個特點 1 頻帶寬 音質好 動態范圍大 調頻廣播電臺間隔為200kHz 音頻頻率范圍可達30Hz 15kHz 能夠很好地反映節目源的真實情況 2 信噪比高 抗干擾能力強 由于調頻廣播的調制方式和限幅器 預加重 去加重等措施 使調頻廣播比調幅廣播具有較高的信噪比 從而增強了抗干擾能力 3 解決電臺擁擠問題 調頻廣播在超短波頻段 傳播半徑只有50km左右 因此本地電臺與外地電臺不會引起干擾 從而解決了廣播電臺頻率擁擠的問題 第2章目錄 46 424 第2章調諧器 2 3 2調頻頭電路1 調頻頭電路的作用與要求 1 作用 1 選擇電臺 2 高頻放大 3 變換載波頻率 2 要求 1 良好的選擇性和較高的傳輸系數 2 正確的覆蓋范圍和較小的噪聲系數 3 一定的增益和較大動態范圍 4 能防止本振信號向外輻射 2 調頻頭電路組成 調頻頭電路由天線 輸入回路 高頻放大器 混頻器和本機振蕩器組成 其電路框圖如圖所示 第2章目錄 返回 47 424 第2章調諧器 3 調頻頭電路工作原理 1 輸入回路1 固定調諧式輸入回路 通常用于普通的調頻接收機中 由LC電路或陶瓷濾波器構成一個88 108MHz帶通濾波器 BPF 2 機械調諧式輸入回路 用于高檔調頻接收機中 由可變電容器來構成LC諧振回路 使其與所要接收的電臺頻率發生諧振 3 電調諧式輸入回路 用于高檔數字調諧器中 是利用變容二極管的結電容隨外加電壓的大小而變化的特性來替代機械式的可變電容器 進行諧振回路的調諧 電調諧式調諧器具有體積小 重量輕 可靠性好 宜實現自動控制等優點 2 高頻放大電路 調頻接收機中都設有高頻放大電路 高頻放大電路是一個高頻調諧放大器 它可以對輸入回路選出的信號進行放大和進一步選頻 以提高整機的增益和信噪比 3 變頻級電路及AFC電路 變頻級電路由本機振蕩與混頻電路組成 其基本原理與調幅機相同 但由于調頻本振頻率較高 故本振電路一般采用電容三點式 變頻后得到的中頻信號頻率為10 7MHz 4 AFC電路 自動頻率控制 AFC 電路是利用鑒頻輸出信號的直流電壓來控制本機振蕩器 以保證本頻率穩定 第2章目錄 48 424 第2章調諧器 4 典型調頻頭電路分析由TA7335P集成電路構成的典型調頻頭電路如下圖所示 第2章目錄 返回 49 424 第2章調諧器 2 3 3調頻中放電路1 調頻中放電路的作用與要求 1 作用 1 進一步選擇中頻 2 對中頻信號進限幅放大 2 要求 1 較高的增益和良好的選擇性 穩定性 2 較寬的頻帶和良好的限幅特性 2 集成中放電路TA7640AP為常用的集成中放電路 具有調頻中放 移相乘積鑒頻 AFC驅動和調諧指示電路等 調幅部分包括變頻 中放 檢波和AGC電路 調頻中放共有六級 均采用差動放大器 并在第四級和第三級之間加入負反饋電路 電路的穩定性很高 增益可達60 80dB 第2章目錄 50 424 第2章調諧器 3 限幅電路限幅器的作用是切除輸入信號的幅度變化 提供一個恒幅的輸出 即將混有幅度干擾的調頻信號變為一個等幅調頻波 集成放大電路中通常采用恒流源差分限幅器電路 如圖所示 第2章目錄 圖中VT3為恒流源 VD與R構成VT3的恒流偏置電路 流過VT3的電流I0為恒定電流 由于I0 I1 I2 故只要該電路的輸入信號足夠大 中放電路有足夠的增益 就能具有良好的限幅特性 51 424 第2章調諧器 2 3 4鑒頻器1 鑒頻器的作用與要求鑒頻器也叫頻率檢波器或調頻檢波器 鑒頻是調頻的逆過程 1 作用 從10 7MHz的中頻調頻波中取出音頻信號 接收立體聲廣播時 解調出立體聲復合信號 2 要求 主要有4點 1 要有線性鑒頻特性 2 鑒頻靈敏度要高 3 通頻帶要足夠寬 要求鑒頻器有300kHz的帶寬 4 對寄生調幅要有一定的抑制能力 第2章目錄 52 424 第2章調諧器 2 鑒頻器的結構與原理鑒頻器的種類 在集成電路中 鑒頻器常用移相乘積型鑒頻器 脈沖計數式鑒頻器和鎖相環鑒頻器 l 移相乘積型鑒頻器 1 組成 移相乘積鑒頻器又稱為正交相位鑒頻器 其電路的結構是由限幅器 移相器 乘法器和低通濾波器組成 電路如圖所示 移相器是將頻率的變化轉換為相位的變化 乘法器是將兩個相位差變化的輸入的信號進行乘法處理 低通濾波器是將乘法器輸出的和頻分量進行濾除 第2章目錄 53 424 第2章調諧器 2 原理 限幅后的中頻信號U 分成兩路 一路直接送到乘法器 另一路經過移相器后形成調頻移相信號U2后也被送入乘法器 這樣使U1 U2兩路信號的相位產生差異 相位差 與信號的頻偏 成比例 從而使輸入信號的頻偏變化成為U1 U2相位差的變化 在乘法器中 U1與U2相乘后得到輸出信號Uout 這時輸出脈沖信號的占空比也隨相位差異而變化 這種變化經低通濾波器平滑后的平均值反映出來 最終將頻偏變化為信號的幅度變化 實現了鑒頻作用 第2章目錄 3 鑒頻特性曲線 鑒頻特性曲線是指鑒頻器的輸出信號的大小隨輸入信號的頻偏變化的關系曲線 通常稱為S形鑒頻特性曲線 如右圖所示 S曲線斜率越大 則輸出信號幅值越大 鑒頻器效率也越高 54 424 第2章調諧器 2 脈沖計數鑒頻器 1 組成 由限幅器 微分電路 下限幅器 單穩態觸發器及濾波器組成 2 原理 調頻信號經限幅后的u2信號 經微分電路得到u3的正 負尖脈沖序列 該信號的疏密變化與調頻中頻信號的頻率變化一致 u3經下限幅電路削去負脈沖 再經單穩態觸發器變換成為等幅 等寬 疏密變化的脈沖序列 最后通過積分濾波電路 得到低頻調制信號u0 完成鑒頻工作 第2章目錄 返回 55 424 第2章調諧器 3 鎖相環鑒頻器1 組成 鎖相環鑒頻器簡稱為PLL鑒頻器 由相位比較器 低通濾波器和壓控振蕩器三部分組成 其電路組成框圖如圖所示 它具有信噪比高 穩定性好等優點 2 原理 相位比較器將輸入的等幅調頻信號與壓控振蕩器產生的信號 osc進行相位上的比較 輸出對應于兩個信號相位差的誤差信號 再經過低通濾波器取出誤差電壓的平均分量作為控制電壓 該控制電壓的大小正比于調頻信號與壓控振蕩器信號 osc之間的相位差 亦即正比于調頻信號的頻偏 從而實現了鑒頻作用 第2章目錄 56 424 第2章調諧器 3 預加重和去加重 1 預加重 在調頻廣播中 調頻波頻率越高 抗干擾能力越差 為了提高音頻信號高頻段的信噪比 一般在調頻發射之前都要對音頻信號進行預加重處理 即把音頻中的高頻分量進行適當的提升 2 去加重 在調頻接收機中 為了使音頻信號能夠恢復原來的頻率特性 必須設置去加重電路 來對音頻信號進行去加重處理 即將音頻信號的高頻分量按照預加重的相反頻率特性進行衰減 去加重電路和特性如下圖所示 這樣 經過預加重和去加重處理后 音頻信號的各種頻率成分的幅度比例沒變 而高頻端的噪聲卻大大減少了 第2章目錄 57 424 第2章調諧器 2 4立體聲解碼電路2 4 1導頻制立體聲廣播系統1 導頻制立體聲廣播的發送導頻制立體聲廣播發射系統的組成框圖如圖所示 左聲道信號L和右聲道信號R經過矩陣電路的加法器和減法器后產生和信號 M L R 與差信號 S L R 為了把和 差信號的頻率分割開 采用將差信號S對38kHz的副載波進行平衡調幅處理 從而產生23kHz 53kHz的副信號S 但不包含38kHz的副載波 為了在接收端能夠解調出差信號S 還必須發送一個19kHz的導頻信號P 最后將M S P信號混合后再進行調頻發射傳播 第2章目錄 返回 58 424 第2章調諧器 2 導頻制立體聲復合信號的組成立體聲復合信號由主信號M 副信號S 導頻信號P疊加而成 其表達式為u t M Scos sct P M S P式中 M 為和信號 M L R S 為差信號S被38kHz的副載波調制的平衡調幅波 即S L R cos sct P 為19kHz導頻信號 供接收機中產生38kHz副載波用 立體聲復合信號u t 送到主載波調制器進行頻率調制 FM 經放大后從天線發送出去 第2章目錄 59 424 第2章調諧器 2 4 2導頻制立體聲復合信號的特點1 導頻制立體聲復合信號頻譜特點導頻制立體聲復合信號為u t M Scos sct P M S P 其頻譜如圖所示 1 和信號M 其頻率范圍為30Hz 15kHz 調制度為45 2 差信號的平衡調幅波S 其頻率范圍為23kHz 53kHz 但不包含38kHz副載波信號 副信號的調制度也為45 3 導頻信號P 其頻率為19kHz 調制度為10 第2章目錄 60 424 第2章調諧器 2 立體聲復合信號的波形特點導頻制立體聲復合信號其波形特點可以表述為 1 對應于38kHz副載波的正峰值時的立體聲復合信號的包絡線 即為左信號 2 對應于38kHz副載波的負峰值時的立體聲復合信號的包絡線 即為右信號 這是因為 立體聲復合信號可表示為 u t M S P M Scos sct P 式中 cos sct為38kHz的副載波信號 為了簡便起見 暫且不考慮導頻信號P 這樣 當38kHz的副載波cos sct為正峰值時 亦即cos sct 1時 立體聲復合信號為 u t L R L R 1 2L即此時的立體聲復合信號為左聲道信號 當38kHz的副載波cos sct為負峰值時 亦即cos sct 1時 立體聲復合信號為 u t L R L R 1 2R即此時的立體聲復合信號為右聲道信號 現在的立體聲解碼電路 都是依據這一波形特點進行的 第2章目錄 61 424 第2章調諧器 2 4 3立體聲解碼電路1 立體聲解碼電路的作用與要求 1 作用 1 從鑒頻輸出的立體聲復合信號中分離出左 右聲道的音頻信號 2 從鑒頻輸出的立體聲復合信號中取出導頻信號 恢復38kHz的副載波 2 要求 1 左 右聲道信號的分離度高 平衡度好 2 工作穩定 3 外圍電路簡單 調整方便 第2章目錄 62 424 第2章調諧器 2 立體聲解碼電路的結構與原理 1 立體聲解碼電路結構 開關式 目前集成電路的解碼方式通常都采用開關式解碼電路 這種解碼方式不將主信號和副信號分開 而是直接用開關信號對立體聲復合信號進行切換 解調出左 右聲道信號 這種方式在對信號處理時采用同一個通道 所以左 右聲道信號相位差和電平差較小 而且電路簡單 因此被廣泛采用 開關式解碼電路的結構如圖所示 第2章目錄 返回 63 424 第2章調諧器 2 開關解碼原理 根據導頻制立體聲復合信號的波形特點 對應于38kHz副載波信號正 負峰值時的立體聲復合信號的包絡分別為左 右聲道信號 當38kHz副載波開關信號為正時 解碼開關的VT1導通 VT2截止 立體聲復合信號u t 經開關管VT1的e c后從c極輸出 當38kHz副載波開關信號為負時 解碼開關的VT2導通 VT1截止 立體聲復合信號u t 經開關管VT2的e c后從c極輸出 因此解碼開關管VT1只在38kHz開關正峰值時有輸出 VT2只在38kHz開關負峰值時有輸出 再經RC元件濾波 取出其包絡后即可分別得到左 L 右 R 聲道信號 第2章目錄 返回 64 424 第2章調諧器 3 38kHz副載波再生電路 1 鎖相環式副載波再生器電路組成 鎖相環式副載波恢復電路是在19kHz導頻信號的 導引 下 通過鎖相環路來鎖定再生的38kHz副載波 開關控制信號 的頻率和相位 以實現開關解碼 鎖相環式副載波恢復電路是由壓控振蕩器 VCO 正交相位比較器 鑒相器 低通濾波器 直流放大器 分頻器等構成的閉合環路系統 其電路組成框圖如下圖所示 第2章目錄 返回 65 424 第2章調諧器 2 鎖相環路工作過程 1 在未收到調頻立體聲廣播時 無19kHz導頻信號送入鎖相環路 壓控振蕩器VCO工作于 自由振蕩 的固有頻率 0 近似為76kHz 上 經兩次分頻后得到近似為19kHz并移相90 的方波信號送至正交相位比較器 正交相位比較器因只有這一方波信號輸入而不工作 也就無比較信號ud輸出 于是VCO仍處于 自由振蕩 狀態 2 當接收到調頻立體聲廣播時 有19kHz導頻信號送至鎖相環路 正交相位比較器對輸入的19kHz導頻信號與VCO產生并經分頻得到的近似19kHz的方波信號進行相位比較 產生一個與兩信號相位差 頻率差相關的誤差電壓ud 再經低通濾波 直流放大后形成直流控制電壓uc送至壓控振蕩器VCO VCO在uc的作用下 其振蕩頻率朝趨近76kHz變化 直至輸入到正交相位比較器的兩個比較信號能基本上保持同頻 正交關系 環路進入鎖定 維持 狀態 3 在環路鎖定時 VCO的振蕩頻率被鎖定在76kHz 經第一分頻器分頻后輸出的38kHz方波信號與立體聲復合信號中的副載波有較好的同頻 同相關系 將它作為開關解碼的開關控制信號 可顯著減小因再生副載波相位差對立體聲分離度的影響 第2章目錄 66 424 第2章調諧器 2 4 4典型集成解碼電路實例 TA7343AP 1 TA7343AP的內部結構與引腳功能1 內部結構 TA7343AP內部由輸出放大器 鎖相環系統 立體聲解調器 立體聲開關電路和指示燈驅動電路等構成 2 引腳功能 第2章目錄 67 424 第2章調諧器 2 TA7343AP的解碼過程 返回 第2章目錄 68 424 第2章調諧器 2 5典型調頻 調幅調諧器電路組成 由TA7335P TA7640P和TA7343AP構成的全集成化調頻 調幅調諧器 包括調頻高頻頭 調頻中放 鑒頻 立體聲解碼及調幅變頻 中放 檢波等電路 電路特點 具有集成度高 工作可靠 體積小 組裝調試簡單等特點 電路結構 如圖所示 下頁 電路分析 調幅信號的流程 調頻信號的流程 第2章目錄 69 424 第2章調諧器 典型調頻 調幅調諧器電路圖 返回 第2章目錄 70 424 第2章調諧器 2 5 1調幅信號流程 2 5 2調頻信號流程 第2章目錄 返回 71 424 第2章調諧器 2 6數字調諧器DTS DigitalTuningSystem2 6 1數字調諧器的特點與電路組成1 數字調諧器的技術與特點 1 DTS中采用的技術 1 鎖相環頻率合成技術2 微電腦控制技術 3 用晶體振蕩器作為本振頻率的數字振蕩源 4 用變容二極管代替各個調諧回路中的可變電容器 2 DTS具有的特點 1 具有自動搜索選臺 記憶選臺等智能特點 2 調諧準確 工作穩定 3 具有數字頻率顯示功能 4 可以實現多功能控制 且操作方便 5 體積小 重量輕 可靠性高 使用壽命長 第2章目錄 72 424 第2章調諧器 2 數字調諧器的電路組成 返回 第2章目錄 73 424 第2章調諧器 數字調諧器一般由收音通道和數字調諧控制電路兩部分組成 各部分電路如下 第2章目錄 74 424 第2章調諧器 2 6 2數字調諧器的工作原理DTS是應用微處理器 CPU 實現鎖相環 PLL 技術和頻率合成技術相結合的一種自動控制系統 1 鎖相環 PLL 1 PLL組成 鎖相環電路的結構組成如下圖所示 它是一個能夠實現兩個電信號相位嚴格同步的自動控制系統 包括三個基本部件 壓控振蕩器 VCO 相位比較器 PD 和環路低通濾波器 LPF 第2章目錄 返回 75 424 第2章調諧器 2 PLL各部分的功能 1 相位比較器是把輸出頻率信號的 osc和輸入參考頻率信號 r的相位進行比較 產生對應于兩個信號相位差的誤差電壓Vd 2 壓控振蕩器 VCO 的頻率受控制電壓Vc的控制 使壓控振蕩器的頻率 osc向輸入參考信號頻率 r靠近 致使差拍頻率越來越低 直至頻率差 osc r 的消除而鎖定 3 環路低通濾波器 LPF 是濾除誤差電壓Vd中的高頻成分和噪聲 得到控制電壓Vc 以保證環路所必須的性能指標和整個環路的穩定性 3 PLL工作過程 1 當壓控振蕩器中心頻率 osc等于參考信號頻率 r時 兩個信號的相位差為零 相位比較器輸出的誤差電壓Vd為零 環路低通濾波器輸出的控制信號Vc亦為零 從而保證了VCO的輸出頻率必然為其中心頻率 osc 2 當輸出信號頻率 osc不等于 r時 則相位比較器輸出的Vd不為零 環路低通濾波器輸出Vc也不為零 進而迫使VCO的中心頻率朝著相位差消失的方向變化 保證了輸出信號在頻率和相位上與輸入信號的完全準確同步 達到輸出信號鎖定在輸入的基準頻率信號的相位之上的目的 第2章目錄 76 424 第2章調諧器 2 頻率合成器頻率合成技術 就是將一個基準頻率 由晶振產生 變換為另一個或多個所需頻率 本振頻率 的技術 一般均利用鎖相環路來進行頻率合成 鎖相環頻率合成器電路如圖所示 分別由石英晶體振蕩器 參考分頻器 R次分頻 可編程分頻器 N次分頻 且N可變 以及鎖相環部分的相位比較器 鑒相器 環路濾波器和壓控振蕩器 VCO 等部分組成 可編程分頻器插入在鎖相環路之中 鎖相環所起的作用主要是使所合成的頻率信號能與晶振同步 在下圖所示鎖相環式頻率合成器中 由于可編程分頻器的存在 利用N次分頻的可變 可控 便可獲得一系列離散的頻率信號 從而滿足音響系統數字調諧的需要 第2章目錄 返回 77 424 第2章調諧器 2 6 3數字調諧器電路實例 東芝DTS 12全波段數字調諧器 性能與功能 1 接收頻率范圍 FM MW SW1 SW2四波段 2 整機功能 a 手動上行 下行搜索調諧選臺 自動掃描調諧選臺 能自動檢索捕捉電臺頻率 快速調諧 自動存儲調諧 b 能預置存儲20個電臺頻率及各波段最后收聽的電臺頻率 c 設有12小時制 24小時制時鐘顯示及定時開機 定時關機及睡眠自動關機等功能 d 整機采用LCD液晶顯示 可對時間 波段 頻率 存儲電臺等功能字符給予清晰的顯示 采用的晶振頻率為75kHz或150kHz 第2章目錄 78 424 第2章調諧器 一 整機電路組成 DTS 12電路組成框圖 返回 第2章目錄 79 424 第2章調諧器 二 數字調諧控制集成電路 TC9307AF 內部主要由鎖相環頻率合成器 PLL 微處理器 CPU LCD液晶顯示驅動器等部分組成 返回 第2章目錄 80 424 第2章調諧器 1 TC9307AF引腳功能 1 鍵輸入 輸出端子 1 8腳 43 44腳 2 IF輸出電子開關 9腳 3 液晶顯示器 LCD 顯示的公共輸出端口 10 13腳 4 LCD顯示的段輸出端口 14 26腳 5 定時器輸入 輸出口 28 27腳 6 波段轉換開關的電平轉換端 29 30腳 7 靜噪控制端 31腳 8 中頻計數器輸入端 32腳 9 PLL鑒頻器輸出口 33 34腳 10 方式設置輸入口 35腳 11 AM FM分頻計數器輸入口 38 36腳 12 石英晶振 40 41腳 13 復位 初始化 輸入端 42腳 14 電