第5章音頻放大與控制電路5.1音頻放大與控制電路基礎知識實訓項目10音頻前置放大電路的制作與調試5.2音頻放大與控制電路相關知識5.3音頻放大與控制電路拓展知識

5.1音頻放大與控制電路的基礎知識

5.1.1音頻前置放大電路的組成與工作原理

1.前置放大電路的作用與組成

前置放大電路的作用是對其輸入的各種音頻節目源（如激光音視盤機、電唱機、調諧器、錄音座或傳聲器等）信號進行選擇和放大，并調整輸入信號的頻響、幅度等，以美化音質。前置放大電路的組成框圖如圖5－1所示，它包括均衡放大、音源選擇電路、音質控制（音調、響度、音量、平衡、濾波等）電路以及輸入放大電路等。圖5－1前置放大電路組成框圖

2．前置放大電路的工作原理

各種音源的輸出信號電平分為高電平和低電平兩大類。調諧器、錄音座、CD唱機等音源的輸出電平達50～500mV，稱為高電平音源，可直接送入音源選擇電路；而電唱機、傳聲器等的輸出電平僅0.5～5mV，稱為低電平音源，須經均衡放大后再送入音源選擇電路。

音源選擇電路的作用是選擇某一路音源信號送入后級，同時關閉其他音源通道，具有互鎖性。其電路形式有機械開關式和電子開關式兩類，電子開關式具有消噪處理功能，還可實現遙控，已得到廣泛應用。前置放大電路的質量優劣，在很大程度上取決于輸入放大電路，該電路的主要作用是完成低噪聲高保真電壓放大。因此，其電路形式大多為性能優良的低噪聲前置放大集成電路，對它的要求主要有電壓增益高、信噪比優良、轉換速率快、工作穩定且免調試、具有消噪處理和補償及保護功能等。目前，作為輸入放大電路使用的高性能集成模擬放大器（包括數字放大器）種類繁多，而且性能優良（例如NE5532、LM381、HA12017等）。輸入放大電路可設計成獨立的放大電路，也可與音質控制電路合并，共同完成音頻電壓放大和音質控制的目的，實際應用中合并式采用的較多。5.1.2音頻功率放大器

1.音頻功率放大器的作用與分類

功率放大器(簡稱功放)的作用是將前置放大器輸出的音頻電壓信號進行功率放大，產生足夠的不失真功率，以推動后接的揚聲器發聲。

功率放大器種類繁多，主要有以下幾種分類方法。

1）按所用的放大器件分類

功率放大器按照所使用的器件可分為電子管功率放大器、晶體管功率放大器（包括場效應管功率放大器）和集成電路功率放大器（包括厚膜集成功率放大器）等。

近些年，晶體管或集成電路的功率放大器占有主導地位，但在高保真放聲系統中，電子管功放仍存有一席之地。電子管功放的缺點是功耗大、體積及重量大、效率低，但其動態范圍大，對信號過荷承受能力明顯優于晶體管功放，而且其負反饋不深，因此一般不存在瞬態互調失真。而晶體管功放的開環增益大，其優良的電聲指標是依靠深度負反饋來達到的，致使容易產生瞬態互調失真。因此，電子管功放的音色比較純美，而晶體管功放存在一種所謂“晶體管聲”或“金屬聲”，使聲音有些發硬、發刺。為此，晶體管功放做了許多改進，如采用無負反饋電路、純DC（直耦）電路等以改善音質。

2）按其輸出級與揚聲器的連接方式分類

按照輸出級與揚聲器的連接方式可分為變壓器耦合放大器、OTL（outputtransformerless）放大器、OCL（outputcapacitorless）放大器和BTL（balancedtransformerless）放大器等形式。變壓器耦合功率放大器是在輸出級利用變壓器將輸出信號傳遞給揚聲器，并實現輸出級與揚聲器間的阻抗匹配。在OTL放大電路中，輸出級與揚聲器之間采用電容耦合的無輸出變壓器方式；OCL放大電路中輸出級與揚聲器之間則不用電容而采用直接耦合的方式；BTL放大電路又稱為平衡式無輸出變壓器電路，或稱為橋式推挽功率放大電路，其輸出級與揚聲器之間以電橋方式連接。

3）按功率管的偏置或工作狀態分類

按照功率管的偏置或工作狀態，可將功率放大器分為甲類（A類）、乙類（B類）、甲乙類（AB類）、丙類、丁類、T類（數字功放）、ALA型等。對于甲類功率放大器，在輸入正弦波電壓信號的整個周期內，功率管都處于導通的工作狀態，其特點是失真小，但效率低、功耗大。對于乙類功率放大器，在輸入正弦波電壓信號的整個周期內，功率管只導通半個周期，另一半周期截止，其特點是輸出功率大、效率高，但失真較大。對于甲乙類功率放大器，在輸入正弦波電壓信號的整個周期內，功率管導通時間大于半個周期但不足一個周期，有一段時間截止。丙類功放是功率管導通時間小于半個周期，大部分時間截止的工作狀態。丁類又稱開關式工作狀態，即功率管工作在飽和導通和完全截止的兩種開關狀態。T類數字功放可輸入模擬音頻信號和數字音頻信號（CD信號），模擬音頻信號輸入后，先經A/D轉換器變換為數字音頻信號，再處理成脈沖寬度調制（PWM）或脈沖密度調制（PDM）信號，由場效應功放電路放大，最后經LC濾除高頻脈沖成分，還原成模擬音頻信號。數字功放的工作方式是開關狀態，可以完全消除交越失真，是一種很有前途的新型功率放大器。ALA型功放是一種完全線性功率放大器，由雅馬哈公司推出，它可將電路產生的任何失真完全消除，動態范圍極寬，音色效果性能極佳。除上述幾類功放外，近來還出現了一些新型功率放大電路，例如“甲＋類”（A＋類）電路、“新甲類”（新A類）電路、“超甲類”（超A類）電路等。這些電路雖然稱呼不同，但所采取措施的目的一是設法使晶體管不工作在截止狀態（即沒有開關過程）以減小失真，二是設法使晶體管的工作點隨信號大小滑動（即動態偏置）以提高效率。

2.常用功率放大器的電路結構與原理

常用的OTL電路、OCL電路和BTL電路的簡化電路原理圖如圖5－2所示，它們的主要區別在輸出電路上。圖5－2簡化的OTL、OCL、BTL電路原理圖

OTL電路采用電容耦合與揚聲器相連，如圖5－2（a）所示。V1和V2為特性相近的NPN管和PNP管，V3為推動放大級，R為其集電極負載電阻。當輸入處于信號負半周時，V3集電極電位（即V1、V2的基極電位）升高，于是V1導通，V2截止。電流由電源+Vcc經V1和C流過負載RL輸出正半周電壓，這時電容C充電。當輸入信號處于正半周時，V3集電極電位降低，于是V1截止，V2導通，電容C通過V2對RL放電，提供負半周輸出電壓，結果在負載上得到一個與輸入反相的信號電壓。在C容量足夠大時，C上充放電電壓的變化很小。顯然，上述的V1、V2工作在乙類狀態，如需工作在甲類或甲乙類，可通過改變V1、V2基極偏置實現。OTL輸出端的耦合電容對頻響有一定的影響。圖5－2（b）為OCL電路，它采用正、負兩組電源，通常取EC=Vcc/2。OCL電路本質上與OTL電路相同，只是它少了一個輸出電容C，因此使其低頻響應和失真度有所改進。

無論是使用單電源供電的OTL電路，還是使用正負兩組電源供電的OCL電路，在負載(揚聲器)RL上的最大輸出電壓的單峰值(不考慮管壓降)均為Vcc/2，因此它們的最大輸出功率為

3．實用功率放大器電路分析

對分立元件構成的OTL、OCL、BTL功放，遇到的突出問題是挑選差分對管或互補對管，而且電路結構復雜、調試困難，因此會影響到放音質量和可靠性。目前，分立元件功放已逐漸被眾多的專用音響集成功率放大器所取代，例如STK系列厚膜集成功率放大電路和TDA集成功率放大電路。集成功率放大器以其功率大、頻響寬、失真小、精度高、使用方便、可靠性高、價廉等特點，在音響系統中得到了廣泛的認可和應用。

1)集成OTL電路

日本三洋公司生產的STK4392是一種雙聲道厚膜集成功率放大器，采用單電源供電，構成OTL電路，其額定電源電壓采用39V，輸出功率達2×15W，總諧波失真小于0.3％，輸出噪聲低于0.8mV。

由STK4392構成的OTL電路如圖5－3所示。圖5－3由STK4392構成的OTL電路電路中的V01和V02構成左、右聲道前置放大器，即由STK4392構成左、右聲道的OTL功放電路。

STK4392的直流供電通路：+Vcc直接加到7腳，為內電路復合功放管提供集電極偏置電壓，經R11和C07降壓退耦加到9腳，為內電路輸入級集電極和推動級提供偏置電壓，又經R06、R07、R04和C05降壓退耦加到1腳，經R03、R08、R05和C06降壓退耦加到15腳，為內電路輸入級提供基極偏置。左聲道音頻信號的通路：ui由V01進行電壓放大后，由C31電容耦合、R01和C01抑制高頻干擾、C03電容耦合后從1腳加入STK4392輸入級，經內電路功率放大后，由電容C12耦合輸出并送至左揚聲器。電路中C10是自舉電容，R12、C08

和R09構成交流負反饋網絡。C15、R14容性網絡與揚聲器感性阻抗并聯后，可使功放的負載接近純阻性質，不僅可以改善音質、防止高頻自激，還能保護功放輸出管。

2)集成OCL電路

STK4141Ⅱ是一種雙聲道集成功率放大器，采用雙電源供電，可構成OCL應用電路。其額定電源電壓為±27V，輸出功率達2×25W，總諧波失真小于0.3％，輸出噪聲低于1.2mV。由STK4141Ⅱ構成的OCL電路如圖5－4所示。圖5－4由STK4141Ⅱ構成的OCL電路

STK4141Ⅱ的直流供電通路：+Vcc加到11腳，為左右聲道復合功放管提供集電極正電壓，經100Ω電阻和100pF電容降壓退耦后，加入到12腳，為輸入級和推動級提供正電壓。-Vcc直接加到9腳和14腳，為左右聲道復合功放管提供射極負電壓，9腳上-Vcc經阻容濾波后加到8腳內電路，由7腳輸出的直流負電壓經100Ω電阻加到4腳，為輸入級提供負偏壓，經阻容濾波后加到5腳和15腳，為推動級提供負偏壓。1腳和18腳外接的56kΩ電阻構成輸入級基極偏置通路。該電路的一個顯著特點是通過6腳內部的開關控制電路可以消除開機和關機時的沖擊聲。開機時，來自電源整流輸出的-Vcc立即通過R30和R31加到6腳，使輸出管基極無偏置而不能導通；+Vcc要通過R33和C101延時后經R32和R31加到6腳，使輸出級進入正常工作，從而避免了開機沖擊聲。關機時，利用二極管VD使正電壓迅速釋放，6腳為負電位，迅速切斷輸出級，避免了關機沖擊。

3)集成BTL電路

TDA2030是一種單聲道集成功率放大器，采用單電源或雙電源供電方式，可以接成OTL或OCL電路。

圖5－5是由兩片TDA2030組成的BTL電路，它采用雙電源供電方式，額定電源電壓為±16V，輸出功率為4×18W，總諧波失真小于0.08％。圖5－5由TDA2030構成的BTL電路

TDA2030內部電路由差分輸入級、推動級和復合互補輸出級組成。V2組成前置電壓放大器；V3集電極和發射極輸出兩個大小相等、方向相反的音頻信號，分別經C5和C6

耦合加入A1和A2的1腳，經功率放大后從各自4腳輸出，一推一挽通過左揚聲器；R14、R13和C8構成交流負反饋網絡，VD1和VD2用以防止過沖電壓擊穿電路；R15和C10構成容性網絡，與揚聲器感性阻抗并聯后，可使功放的負載接近純阻性質，不僅可以改善音質，防止高頻自激，還能保護功放輸出管。實訓項目10音頻前置放大電路的制作與調試

1．實訓目的

（1）進一步熟悉前級電壓放大器的偏置原理。

（2）學會分析和排除OCL放大器的零點故障。

（3）掌握負反饋原理與放大倍數的計算。

（4）訓練基本放大電路的設計、分析與制作技能。

2．實訓設備與工具

直流穩壓電源1臺，萬用表1只，示波器1臺，音頻信號發生器1臺，烙鐵，吸錫槍，斜口鉗，螺絲刀等常用電子工具。

3．實訓內容、方法與步驟

圖5－6實訓項目10參考電路（1）按實訓圖在萬能板上焊接、連線完成整個電路的制作。

（2）反復檢查，確認連接無誤方可通電調試。

①使用雙路直流穩壓電源供電，每路限流值設置為20mA左右。

②將RP2調至最小，確保開機時輸出級偏置電流最小。

③零點測試：接通電源，在輸入信號為零（將輸入端開路）的情況下，用萬用表測試輸出零點電壓（直流）應小于1V，零點電壓越接近零越好；若零點電壓過大，說明電路直流狀態有問題，必須經檢查、分析排除后才能進行后面的步驟。

④輸出級偏置調整：在零點正確的情況下，緩緩調大RP2的值，用萬用表毫伏擋測量R8或R9上的直流壓降，使之在240mV左右（即輸出級偏置電流為5mA左右）。

⑤檢查有無自激振蕩：接通電源，在輸入信號為零（將輸入端開路）的情況下，用示波器觀察放大器輸出端應無交流輸出，若有交流輸出，說明電路自激，應檢查、分析排除故障。

⑥用自制的±21V電源供電，輸入1kHz正弦信號，用示波器觀察輸出信號波形，逐漸增大輸入幅度至輸出出現失真為止，此時的輸出電壓為最大不失真輸出電壓；用示波器測量輸入信號幅度，計算交流放大倍數。

⑦±21V電源供電，在輸入信號為零（將輸入端開路）的情況下，測量并記錄R10、R1、R3、R5兩端電壓及V5的Vce。

4．驗收標準

(1)當輸入為零時，輸出零點電壓不超過1V；

(2)±20V供電時，輸出不失真電壓峰－峰值達到30V以上；

(3)交流放大倍數為6.5倍左右；

(4)調整RP2可觀察交越失真（帶5kΩ負載）。

5．回答問題

(1)C5有什么作用，將其短路有何影響？

(2)該電路理論放大倍數為多少？

(3)若R5開路有何影響？

(4)RP2調至最小末級偏置應為最大還是最小？

6．實訓總結與要求

(1)每位學生獨立完成項目的制作、調試并撰寫實訓報告。

(2)項目制作完成后由制作者按“驗收標準”測試功能與參數，指導教師驗收并登記成績。

5.2音頻放大與控制電路相關知識

5.2.1功率放大器的性能指標

功率放大器的性能指標包含有輸出功率、頻率響應、失真度、信噪比、輸出阻抗、阻尼系數等，其中以輸出功率、頻率響應、失真度三項指標為主。

1）輸出功率

輸出功率是指功放輸送給負載的功率，以瓦（W）為基本單位。功放在放大量和負載一定的情況下，輸出功率的大小由輸入信號的大小決定。對輸出功率的評價通常有以下幾種方式。（1）額定輸出功率（RMS）：在一定的諧波失真指標內，功放輸出的最大功率。應該注意，功放的負載和諧波失真指標不同，額定輸出功率也隨之不同。通常規定的諧波失真指標有1%和10%。

測量時采用1000Hz正弦波作為測量信號，測出等阻負載電阻上的電壓有效值V有效，此時功放的輸出功率P可表示為

式中，RL為揚聲器的阻抗。這樣得到的輸出功率實際上為平均功率。當音量逐漸開大時，功放開始過載，波形削頂，諧波失真加大。諧波失真度為10%時的平均功率，稱為額定輸出功率，亦稱最大有用功率或不失真功率。有效（2）最大輸出功率:在上述情況下不考慮失真的大小，給功放輸入足夠大的信號，并將音量和音調電位器調至最大時，功放所能輸出的最大功率。額定輸出功率（即最大有用功率）和最大輸出功率是我國早期音響產品說明書上常用的兩種功率。通常最大輸出功率是額定輸出功率的2倍。

（3）音樂輸出功率（MPO）：功放工作于音樂信號時的輸出功率，即在輸出失真度不超過規定值的條件下，功放對音樂信號的瞬間最大輸出功率。（4）峰值音樂輸出功率（PMPO）：通常是指在不計失真的條件下，將功放的音量和音調電位器調至最大時，功放所能輸出的最大音樂功率。峰值音樂功率不僅反映了功放的性能，而且能反映功放直流電源的供電能力。

國際上還沒有統一的音樂輸出功率（MPO）和峰值音樂輸出功率（PMPO）的測量標準，各廠家一般都有各自的測量方法。通常用模擬音樂、語言信號輸入功率放大器來進行測量，這種測量稱為“動態”測試，因此音樂輸出功率是一種“動態指標”，它能較好地說明聽音評價結果。

2）頻率響應

頻率響應是指功率放大器對聲頻信號各頻率分量的均勻放大能力，即重放聲音信號的頻率范圍以及在此范圍內允許的偏差。頻率響應一般可分為幅度頻率響應和相位頻率響應。

幅度頻率響應表征了功放的工作頻率范圍，以及在工作頻率范圍內的幅度允差的程度。所謂工作頻率范圍，是指幅頻響應的輸出信號電平相對于1000Hz信號電平下降3dB處的上限頻率與下限頻率之間的頻率范圍。國家標準規定：頻率范圍應寬于40Hz～12.5kHz，振幅允差應低于5dB。相位頻率響應是指功放輸出信號與原有信號中各頻率之間相互的相位關系，表示產生相位畸變的程度。通常，相位畸變對功放來說并不很重要，這是因為人耳對相位失真反應不很靈敏的緣故。所以，一般功放所說的頻率響應就是指幅度頻率響應。

目前，家用功率放大器的工作頻率范圍為20Hz～20kHz；專業用功率放大器的工作頻率范圍為0～40kHz；現代高級功率放大器的頻響范圍甚至達到了0～800kHz。

3）失真度

失真是指重放的聲頻信號波形發生不應有的變化。失真有諧波失真、互調失真、交越失真、削波失真、瞬態失真和瞬態互調失真等。

（1）諧波失真。諧波失真是由功率放大器中的非線性元件引起的，這種非線性會使聲頻信號產生許多新的諧波成分。其失真大小是以輸出信號中所有諧波的有效值與基波電壓的有效值之比的百分數來表示的。功率放大器的諧波失真度要求越小越好。諧波失真與頻率有關。通常在中頻段（1000Hz）附近的諧波失真度較小，在頻響的高、低端，諧波失真度較大。諧波失真還與功放的輸出功率有關，當接近于額定最大輸出功率時，諧波失真急劇增大。目前，優質功率放大器在整個音頻范圍內的總諧波失真度一般小于0.1%；優秀功放諧波失真度大多在0.03%～0.05%之間。（2）互調失真。當功放同時輸入兩種或兩種以上頻率的信號時，由于放大器的非線性，在輸出端會產生各頻率以及諧頻之間的和頻與差頻信號。例如，200Hz低音管信號和600Hz[JP]的小提琴信號合在一起，就會產生400Hz（差信號）和800Hz（和信號）這兩個微弱的互調失真信號。由于互調失真信號與自然樂器信號沒有相似之處，因此容易使人察覺，有比較小的互調失真度時就可以聽出來。所以，降低互凋失真是提高音響音質的關鍵之一。（3）交越失真和削波失真。交越失真又稱交叉失真，是由乙類推挽放大器功放管的起始導通非線性造成的，它也是造成互調失真的原因之一。解決交越失真的方法是仔細調整功放管的起始微導通狀態。

削波失真是功放管飽和時信號被削波，輸出信號幅度不能進一步增大而引起的一種非線性失真。削波失真會使聲音變得模糊而且抖動。削波失真是無法消除的，只有在聆聽音樂時注意不要使放大器達到滿功率極限。（4）瞬態失真和瞬態互調失真。瞬態失真又稱瞬態響應，它是指功放對瞬態信號的跟隨能力。打擊樂器（如鼓、鈸、鈴等）、敲擊樂器（如木琴、揚琴等）、彈奏樂器（如鋼琴、琵琶等），都能產生猝發聲脈沖，即瞬態信號。當瞬態信號加到放大器時，若放大器的瞬態響應差，放大器的輸出就跟不上瞬態信號的變化，從而產生瞬態失真。功放的瞬態響應主要取決于放大器的頻率范圍，這就是高保真放大器將工作頻率范圍做得很寬的主要原因之一。

瞬態互調失真是現代聲頻領域里的一個重要技術指標。由于功率放大器往往加入大環路深度負反饋，而且一般都加入相位滯后補償電容，因此在輸入瞬態信號時，造成輸出端不能立即達到最大值，使輸入級得不到應有的負反饋電壓而出現瞬態過載，產生很多新的互調失真量。由于這些失真量是在瞬態產生的，因此叫做瞬態互調失真。瞬態互調失真是晶體管功放電路和集成功放電路產生所謂的“晶體管聲”，使其音質不及電子管功放的重要原因。

4）信噪比

信噪比是指輸出信號電平與功放輸出的各種噪聲（如交流聲、白噪聲）電平的比值的分貝數。信噪比越高，說明功放的噪聲越小，性能越好。一般要求在50dB以上，優質功放在放唱片時的信噪比大于70dB。

5）輸出阻抗和阻尼系數

功放輸出端對負載（揚聲器）所呈現的等效內阻抗，稱為輸出阻抗。阻尼系數則是指功放給揚聲器的電阻尼的大小。由于功放電路的輸出阻抗是與揚聲器并聯的，相當于在揚聲器音圈兩端并聯一個很小的電阻，它會使揚聲器紙盆的慣性振蕩受到阻尼。功放的輸出阻抗越小，對揚聲器的阻尼越大，因此常用阻尼系數來描述功放電路對揚聲器的阻尼程度。

一般地，對于家用高保真晶體管功放，阻尼系數取15～100為宜；對于專業用功放，阻尼系數宜在200～400或更高。5.2.2音質控制電路

1.音調控制電路

1)音調控制電路的作用與類型

為滿足人們對音色的不同需要，在較高級的立體聲收錄機中通常采用音調控制電路，其作用是通過各頻段信號進行提升或衰減，補償放大器的頻率特性，以及補償信號或揚聲器中所缺少的頻率成分，使放音效果得到改善。

根據音調調整原理的不同，可將音調控制電路分為RC衰減式、負反饋式、LC諧振式及圖示式頻率均衡器等多種類型。音調調整電路一般設置在功放電路之前。

2)音調控制電路的工作原理

圖5－7為RC衰減式高低音音調控制電路，其中的R1、RP2、R2、C3、C4組成低音控制電路，C1、RP1、C2、R1、R2組成高音控制電路。

在低音控制電路中，電容C3、C4的取值使它們對中、高頻呈現的阻抗很小，可視作短路，對低頻則呈現高阻抗。由于電位器RP2上的中、高頻信號被C3、C4短路，因此無論RP2滑動點如何移動，對中、高頻的衰減量都是不變的，其大小只取決于R1和R2的比值。對于低頻信號則不同，當RP2滑動點移到上端時，C3被短路，C4容抗則隨著頻率降低而增大，低音輸出達到最大值；當RP2滑動點移到下端時，C4被短路，C3容抗則隨著頻率降低而增大，低音衰減量最大，對應輸出達到最小值。圖5－7

RC衰減式高低音音調控制電路在高音控制電路中，電容C1、C2的取值對高頻呈現低阻抗，可視作短路，對中、低頻則呈現高阻抗，可視為開路。當電位器RP1滑動點移動到上端時，高音頻經C1的低容抗后直接輸出，高音輸出達到最大值；當RP1滑動點移到下端時，RP1對高音的衰減最大，且C2幾乎被短路，高音輸出達到最小值（幾乎為零）。

其他類型的音調控制電路，其原理類似于RC頻率補償網絡。例如，負反饋式音調控制電路是將高低音音調控制電路放置在放大器的負反饋支路中；模擬電感圖示式音調控制電路則是利用LC諧振回路的諧振特性，因為不同串聯諧振回路的諧振頻率不同，呈現的阻抗就不同，對放大器的負反饋量也不同，這樣就可以對任意頻率的音調進行分段調整。在中、高檔音響設備中，一般采用圖示音調控制器。常用的圖示音調控制器有五段、七段或十段等，可分別將整個音頻范圍劃分成五個、七個或十個頻段進行獨立的提升或衰減。例如，五段均衡控制器可對100Hz、330Hz、1kHz、3.3kHz、10kHz的信號進行均衡控制。

圖示音調控制電路按照電路結構可分為LC串聯諧振式和集成電路式兩大類，按照信號處理方式又可分為模擬式和數字式兩大類。

LC串聯諧振圖示均衡控制電路是由C、L、R構成多個不同的串聯諧振電路，并將這些諧振電路等效地接在共發射極放大器的輸出端與發射極之間，通過改變放大器的負反饋量和對輸出信號的分流來調節某一頻率信號的均衡。這種均衡電路由于使用的是分立元件電感、電容，會使電路的瞬態響應變差，產生寄生相移，一般應用在普及型音響設備中。

在中、高檔音響設備中，一般采用運算放大器或晶體管構成的模擬電感來代替電感線圈，并形成集成電路。目前使用較多的模擬式圖示均衡集成電路有五頻段的TA7796P、雙聲道五頻段的STK6328A以及十頻段的BA3822LS等。圖5－8所示為由STK6328A組成的雙聲道圖示均衡控制集成電路，它具有諧波失真小、動態范圍大、噪聲小、音調控制范圍寬等特點，特別適用于Hi－Fi音響系統。圖5－8

STK6328A組成的圖示均衡控制電路在STK6328A內部，含有各自獨立的五級模擬電感電路，左右聲道分別共用一個信號增益放大器。以左聲道為例，其1～5腳對應5個頻段的諧振回路，6、7腳分別是IC內部一個聲道的運放同相、反相輸入端，外接均衡電位器兩固定端分別接于運放同相、反相輸入端，構成差分放大器輸入形式。均衡電位器的滑動臂通過電容接至IC的1～5腳，構成五頻段均衡電路。

隨著數字技術的發展，近年來在很多高保真音響中出現了數字式圖示頻率均衡器，如Sony公司的SRP－E300數字均衡器和Yamaha公司的DEQ7數字均衡器等。圖5－9

SRP－E300數字均衡器電路組成框圖該數字均衡器既可對模擬信號輸入進行均衡處理，也可對數字信號輸入進行均衡處理。其原理是對輸入的數字音頻，進行解碼后經取樣變換直接送數字信號處理器電路，而對模擬音頻信號的輸入經輸入電平調節后先進行A/D轉換，然后送數字信號處理器電路進行處理。數字信號處理器輸出的數字音頻信號可根據負載需要直接送數字解碼電路由光纖或同軸數字電纜輸出數字音頻信號，也可經D/A轉換輸出模擬音頻信號。

2.響度控制電路

1)等響度控制電路的作用

響度是人耳在聽覺上對聲音強度的主觀感覺。在普通聲音強度時，人耳總是對中音較敏感，對高音、低音的聽覺反應則較為遲鈍，尤其是當音量較小時這種差別會更大。考慮到人們在欣賞不同節目時對高低音的不同要求，以及人耳在低響度時對高低音感覺遲鈍的特點，在中高檔音響設備中都加有等響度控制電路，目的在于當音量較小時人為地對高、低音頻信號進行提升，使人耳感覺到此時的低、中、高音處于“等響度”。

2)等響度控制電路的組成與工作原理

等響度控制電路一般是由RC或LC網絡組成的低音和高音補償電路，它與音調控制電路不同，只有在音量較小時才具有對低音和高音的提升作用，而隨著音量的增大，對低音和高音的提升量也逐漸減小。圖5－10

LC諧振型等響度控制電路典型的LC諧振型等響度控制電路如圖5－10所示。圖中，LC并聯諧振回路接在音量電位器輸入端和滑動點之間，通常的LC回路并聯諧振于中音頻（1kHz左右）。當音量電位器滑動點移到最上端（音量最大）時，LC諧振回路被短路，電路對低、中、高音頻信號都無任何衰減作用。當滑動點向下移動（音量較小）時，對于輸入的中音頻信號，由于LC并聯諧振回路處于諧振狀態，呈現的阻抗最大，對中頻起衰減作用。而對于輸入的低、高音頻信號，由于偏離LC諧振回路的諧振狀態，LC回路呈現的阻抗較小，所以低、高音頻信號可以通過該回路，即對低、高音頻信號起到補償的作用。

3．音質控制集成電路

在中、高檔音響中，一般都采用集成音量、音調、平衡控制電路，通過控制集成電路相應引腳電壓來改變音量的大小、音調的高低及平衡。集成電路引腳電壓可通過外接電位器來控制，也可采用微電腦控制。這種音量、音調、平衡控制電路不但不會產生機械磨損噪聲，而且電位器上是直流電壓而不是音頻信號，可避免外界電磁場干擾，同時具有音量控制范圍寬、諧波失真小、聲道平衡性能好等特點。

TA7630是典型的音量、音調、平衡控制集成電路，它具有音量控制范圍寬、平衡性好、諧波失真小、通道串音小等特點。圖5－11所示為TA7630的典型應用電路。圖5－11

TA7630音量、音調、平衡控制電路左(L)、右(R)聲道信號分別從15和2腳輸入，經音量、音調、平衡控制后分別從11腳和6腳輸出。4腳和13腳外接低音控制電容，3腳和14腳外接高音控制電容。7腳外接平衡控制電位器，8腳外接音量控制電位器，9腳外接低音控制電位器，10腳外接高音控制電位器，改變7、8、9及10腳的直流電壓，就可以達到改變平衡、音量、低音和高音之目的。

4.壓限電路

壓縮限幅器簡稱壓限器，實際上是壓縮與限幅兩種功能電路的合稱，是音響系統中常用的一種信號處理設備，其功能是對音頻信號的動態范圍進行壓縮或限制，達到減小失真和降低噪聲的目的。

壓限器實際上是一個自動音量控制器，由帶有自動增益控制的放大器組成。當輸入信號超過閾值電平（也稱壓限閾或門限）時，壓縮器的增益下降，使信號衰減。

通常，把使壓縮器的輸出信號增加1dB所需增加輸入信號的分貝數稱為壓縮比率，簡稱壓縮比。壓縮器的輸入/輸出關系曲線如圖5－12所示。圖5－12壓縮器的輸入/輸出關系對于2∶1的壓縮比率，當輸入信號電平增加2dB時，輸出信號電平只增加1dB，在壓縮區域內將輸入信號變化范圍壓縮了1/2。例如輸入信號電壓變化范圍為-50～+20dBm，門限電平設為+10dBm。壓縮前增益等于1，這時輸出電平為-50～+15dBm，將輸入信號電平的動態范圍壓縮成65dB。-50～+10dBm電平內的信號相對關系沒有變化，僅在+10～20dBm范圍內進行了壓縮。

同理，若壓縮比為10∶1，當輸入信號電平增加10dB時，輸出信號電平只增加1dB，在壓縮區域內將輸入信號變化范圍壓縮了1/10。如輸入信號電壓變化范圍為-50～+20dBm，門限電平仍設為+10dBm。壓縮前增益等于1，這時輸出電平為-50～+11dB，將輸入信號電平70dB的動態范圍壓縮成61dB。-50～+10dBm電平內的信號相對關系沒有變化，僅在+10～20dBm范圍內進行了壓縮，輸出變化了1dB。5.2.3卡拉OK處理電路

“卡拉OK”原意為“無人樂隊”，最初是一種自我演唱娛樂的伴奏機，后來得到迅速普及和發展。目前，不但有各種單體的卡拉OK機，而且在一些組合音響中，甚至彩色電視機中都有附加卡拉OK功能。但不管品種怎樣繁多，其原理基本相同。

1.卡拉OK處理電路的作用和組成

卡拉OK處理器的主要作用是為播放伴奏音樂進行自娛自唱的活動提供技術保證，它具有歌聲消除、自動伴唱、輪唱、變調、聽覺激勵等功能，主要由話筒放大器、混響器、歌聲消除等電路組成。

2.卡拉OK處理電路的分類

卡拉OK處理電路按照功能劃分，主要有以下三種：

（1）普通卡拉OK處理電路：只能重放卡拉OK帶，電路中無音響效果處理電路。

（2）具有歌聲消除功能的卡拉OK處理電路：播放節目源時可以進行歌聲消除處理。

（3）多功能卡拉OK處理電路：適用多種卡拉OK帶，設有混響器等音響效果電路。

3.卡拉OK處理電路工作原理

卡拉OK機主要特點之一是利用電子混響器達到美化演唱者聲音的功能。帶延時混響功能的卡拉OK機方框圖如圖5－13所示。從圖上可以看到，兩路話筒信號經各自的話筒放大器放大并進行混合處理后，分兩路輸出，一路直通送入回聲混合器，另一路經低通濾波器送入以延時電路（BBD器件）為核心的混響處理電路，延時后的聲音經回聲調節也送入回聲混合器，與直達聲混合后送入混合放大電路及音調電路（音調電路也可省略），再與經歌聲消除電路送來的伴奏信號一起輸出給功率放大器，驅動揚聲器放聲。圖5－13帶延時混響功能的卡拉OK機方框圖

4.歌聲消除電路

在使用普通原聲磁帶或用電唱機、CD唱機節目源作為伴奏聲時，要用歌聲消除電路將原節目源中的左、右聲道歌聲消除，而保留原節目源中的伴奏聲。

在雙聲道節目源中，中、高頻段樂器信號是立體聲效果的，低頻段樂器聲和歌唱聲是單聲道。即左、右聲道信號中的中、高頻段樂器信號成分是不同的，而歌唱聲和低頻段樂器信號成分是相同的，并且歌唱聲的頻率范圍主要集中在中頻段，因此將左、右聲道信號相減，即可消除原聲節目源中的歌唱聲。圖5－14所示是歌聲消除電路的方框圖。電路中，A1、A4是加法器，A2是減法器，A3是有源低通濾波器。左、右聲道音頻信號uL、uR分成兩路。一路送到減法器A2，輸出L-R信號，由于uL、uR中的低音樂器信號和歌唱信號是單聲道效果，它們在左、右聲道中的大小相等，這樣通過減法器便可將歌唱信號除去，同時也將低音樂器信號除去了。另一路送到加法器A1中，獲得L+R信號。這一信號加到有源低通濾波器A3中，由于歌聲主要能量集中在150～1000Hz間，而A3的截止頻率設在150Hz，因此A3輸出的L＋R信號中只有低音樂器信號。A2和A3輸出信號加到加法器A4中混合，輸出（L-R）＋（L＋R），其中，L－R信號只有高頻段的樂器信號，而L＋R是低頻段的樂器信號。這樣，（L－R）＋（L＋R）信號中基本保留了原uL、uR信號的樂器信號，而去除了歌聲信號，達到了消除歌聲的目的。圖5－14歌聲消除電路方框圖圖5－15所示是一個實用的歌聲消除電路，該電路的工作原理與圖5－14所示電路相同。運放A1構成減法器電路，獲得L-R信號；R5、R6、R7構成加法器電路；A2及阻容元件構成三階有源低通濾波器；A3構成加法器電路。圖5－15實用歌聲消除電路5.2.4紅外遙控系統

在高檔音響設備中，一般都設置有紅外遙控系統，通過遙控操作實現對電源開關、音量大小、音調高低、靜音、收音調諧、卡座播放狀態轉換、定時關機等遠距離操作控制。

1．紅外遙控系統的組成

音響設備中的遙控系統組成與其他電子設備遙控系統基本相同，一般都包含有紅外遙控發射器、紅外遙控接收器、系統控制微處理器、存儲器、本機鍵盤、輔助電源等，原理框圖如圖5－16所示。圖5－16音響設備遙控系統原理框圖紅外遙控發射器的作用是將遙控指令編碼加工為指令操作碼，并將其調制在約40kHz的載波上，經功率放大后驅動紅外發光二極管發射出紅外調制脈沖（PCM）信號。

紅外遙控接收器的作用是接收紅外遙控信號，經放大、解調、限幅等處理后，還原出指令操作碼送微處理器。

微處理器的作用是將遙控接收器送來的指令操作碼或本機鍵盤送來的指令信息進行譯碼處理，并輸出相應的控制數據信號。

2．紅外遙控系統的工作原理

1）紅外遙控發射器

紅外遙控發射器主要由鍵盤矩陣電路、遙控器編碼集成電路、驅動放大器和紅外發光二極管等構成。其核心是遙控編碼集成電路，內部主要包括振蕩器、時鐘脈沖發生器、掃描信號發生器、鍵位編碼器、指令編碼器、調制器、緩沖放大器等電路。紅外遙控發射器電路框圖如圖5－17所示。圖5－17紅外遙控發射器電路框圖紅外遙控發射器中的振蕩器的振蕩頻率一般為480kHz（或455kHz），經內部12分頻后得到40kHz（或38kHz）的定時信號和載波信號。在時鐘脈沖信號作用下，掃描信號發生器不斷發出掃描脈沖對鍵盤矩陣進行掃描。當遙控器的某鍵被按下時，該鍵位被識別，對應的鍵位碼信號經譯碼選通指令編碼器的地址，使指令編碼器輸出事先編好的16位指令碼。該指令碼再經過碼調制器對40kHz（或38kHz）的脈沖載波進行脈沖幅度調制及緩沖放大，再經功率放大后，以中心波長為940nm的紅外線向空間發射。

2）紅外遙控接收器

紅外遙控接收器安裝在音響主機上，其組成包括紅外光電二極管和遙控接收集成芯片等，結構如圖5－18所示。其中，遙控接收集成芯片內部含有前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分電路和施密特觸發器等電路，具體工作原理如下。圖5－18紅外遙控接收器電路首先，由紅外發光二極管接收遙控器發射的控制載波信號，并進行光電轉換形成電壓信號。其次，在集成電路內部將接收到的信號進行前置放大和限幅放大處理，得到遙控信號的包絡脈沖送帶通濾波器和峰值檢波電路，對40kHz（或38kHz）的調制信號進行解調。最后，經施密特觸發器整形后將指令操作碼信息送系統控制微處理器做進一步處理。

3）系統控制微處理器

系統控制微處理器一般由4位單片機組成，內部包含有中央處理單元CPU、程序存儲器ROM、隨機數據存儲器RAM、脈沖編碼調制PWM電路、D/A轉換電路、定時器、計數器、屏幕字符存儲器、顯示輸出控制電路、電壓合成數字選臺系統等。具體工作時，微處理器將接收到的指令信息進行處理，輸出各種脈沖控制信號，通過接口電路進行D/A轉換及電平轉換后獲得相應的模擬控制信號。模擬控制信號再通過不同的接口電路送到相應的被控電路，實現相應的控制功能。另外，微處理器還輸出工作狀態的數據信號，通過顯示器實現即時狀態的顯示。 5.3音頻放大與控制電路拓展知識

5.3.1電子管功率放大器

1．電子管基礎知識

電子管是一種真空器件，它是把若干個電極封裝在一個真空的玻璃或金屬殼體內，再將各個電極通過引線連接在管腳上。

電子管按照管腳數有4腳、5腳、標準7腳、小7腳、8腳和小9腳等規格；按照電極數有單結構和復合管之分，例如三極管、四極管、束射四極管、五極管、七極管、雙二極管、雙三極管、雙二極—五極管等多種類型；按照功能可分為雙二極整流管、電壓放大管、功率放大管等。常用電子管的電路符號如圖5－19所示。

圖5－19常用電子管的電路符號在電子管的電路符號中，各電極的含義及其作用如下：

燈絲（f）：由金屬絲制成，通電后發熱，加熱陰極。

陰極（k）：內置燈絲，被燈絲加熱后發射電子。其作用相當于晶體管的發射極。

屏極（a）：也稱陽極，外接直流高電壓，用以吸收陰極發射來的電子，形成屏極電流。其作用相當于晶體管的集電極。

柵極（g1）：位于陰極與屏極之間，是信號輸入電極，其作用相當于晶體管的基極。柵極上加有相對于陰極為負的電壓。簾柵極（g2）：位于柵極與屏極之間，外接直流高電壓，以加速陰極發射的電子流向屏極。

抑制柵極（g3）：位于簾柵極與屏極之間，在管內與陰極相連，其作用是防止二次發生電子。

集聚電極：它是束射四極管特有的電極，位于簾柵極與屏極之間，在管內與陰極相連，其作用是使電子會聚成束，集中流向屏極，以提高輸出功率。

2．電子管電壓放大電路

圖5－20所示為電子三極管組成的電壓放大電路。

由圖5－20可見，由電子三極管組成的放大電路與晶體三極管放大電路結構相似，電子三極管的屏極a、柵極g和陰極k分別與晶體三極管的集電極c、基極b和發射極e相對應。Rg、Rk、Ra分別為柵極電阻、陰極電阻和屏極電阻，Cg、Ca分別為柵極輸入耦合電容和屏極輸出耦合電容，Ck為陰極旁路電容。具體工作時，燈絲通電后發熱，陰極被加熱后發射電子，在柵極負電壓的控制下，陰極發射的電子飛向屏極，形成屏極電流。圖5－20電子三極管電壓放大電路當柵極回路沒有信號電壓輸入時，電子管處于截止狀態，此時輸入和輸出回路中的電壓、電流都是直流。當柵極回路輸入信號電壓的正半周到來時，柵極電壓升高，屏極電流增大，在屏極電阻兩端的壓降增大，屏極電壓降低，而且屏極的輸出信號為負半周。同理，當柵極回路輸入信號電壓的負半周到來時，屏極電壓升高，且為正半周。

3．電子管功率放大電路

與晶體三極管作為功率放大器的應用類似，利用電子管也可構成單管甲類功率放大器