【正文】 即為典型的話筒放大電路。前置放大器是專(zhuān)為接收來(lái)自信源的微弱電壓信號(hào)而設(shè)計(jì)的，已接收的信號(hào)先以較小的增益放大，有時(shí)甚至在傳送到功率放大器級(jí)之前便先行加以調(diào)節(jié)或修正，如音頻前置放大器可先將信號(hào)加以均衡及進(jìn)行音調(diào)控制。我們?yōu)橐繇懴到y(tǒng)設(shè)計(jì)前置放大器電路時(shí)，必須清楚知道如何為運(yùn)算放大器選定適當(dāng)?shù)募夹g(shù)規(guī)格。 1. 是否有必要采用高精度的運(yùn)算放大器？ 輸入信號(hào)電平振幅可能會(huì)超過(guò)運(yùn)算放大器的錯(cuò)誤容限，這并非運(yùn)算放大器所能 接受。是否采用高精度運(yùn)算放大器取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要達(dá)到多少倍的放大增益，增益越大，便越需要采用較高準(zhǔn)確度的運(yùn)算放大器。此外，功耗大小也與內(nèi)部電路的靜態(tài)電流及供電電壓有直接的關(guān)系。至于滿擺幅輸入的問(wèn)題，運(yùn)算放大器電路的配置會(huì)有自己的解決辦法。 4. 增益帶寬的問(wèn)題是否更令人憂慮？ 是的，尤其是對(duì)于音頻前置放大器來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非常令人憂慮的問(wèn)題。事實(shí)上，體現(xiàn)音頻器件性能的重要技術(shù)參數(shù)如低總諧波失真 (THD)、快速轉(zhuǎn)換率 (slew rate)以及低噪聲等都是高增益帶寬放大器所必須具備的條件。對(duì)于電阻及 晶體管 (例如雙極及場(chǎng)效應(yīng)晶體管 )來(lái)說(shuō)，由于其電阻值并非為零，因此這類(lèi)噪聲影響不能忽視。在低頻范圍內(nèi)，這類(lèi)閃爍以低頻噪聲的形態(tài)出現(xiàn)，一旦進(jìn)入高頻范圍，這些噪聲便會(huì)變成 “白噪聲 ”。 3. 射擊噪聲 (肖特基 )：肖特基噪聲由半導(dǎo)體內(nèi)具有粒子特性的電流載流子所產(chǎn)生，其電流的均方根值正方與芯片的平均偏壓電流及帶寬有直接的關(guān)系。 陜西國(guó)防學(xué)院畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 共 33 頁(yè) 4. 爆玉米噪 聲 (popcorn frequency)：半導(dǎo)體的表面若受到污染便會(huì)產(chǎn)生這種噪聲，其影響長(zhǎng)達(dá)幾毫秒至幾秒，噪聲產(chǎn)生的原因仍然未明，在正常情況下，并無(wú)一定的模式。 此外，由于不同運(yùn)算放大器的輸入級(jí)采用不同的結(jié)構(gòu)，因此晶體管結(jié)構(gòu)上的差異令不同放大器的噪聲量也大不相同。 雙極輸入運(yùn)算放大器的噪聲：噪聲電壓主要由電阻的熱噪聲以及輸入基極電流的高頻區(qū)射擊噪聲所造成，低頻噪聲電平大小取決于流入電阻的輸入晶體管基極電流產(chǎn)生的低頻噪聲；噪聲電流主 要由輸入基極電流的射擊噪聲及電阻的低頻噪聲所產(chǎn)生。 工程師必須深入了解噪聲問(wèn)題及進(jìn)行大量計(jì)算，才可將這些噪聲化為數(shù)字準(zhǔn)確表達(dá)出來(lái)。 輸入?yún)⒄赵肼暱偭?( )： 其中， 指信源電阻； 指放大器的噪聲電壓； 指信源電阻的熱噪聲； 指放大器的噪聲電流 噪聲數(shù)字 (NF)是指輸入信噪比與輸出信噪比之間的比率的對(duì)數(shù)，即： 上述方程式中的 S 及 N 均為功率。首先，我們必須知道以下信息： ? 計(jì)劃采用的麥克風(fēng)類(lèi)型 ? 麥克風(fēng)輸出信號(hào)電平 ? 麥克風(fēng)阻抗及指定阻抗的頻率 ? 增益規(guī)定，有關(guān)增益可能受運(yùn)算放大器的增益帶寬積所限制 ? 輸入信號(hào)頻率范圍 ? 噪聲規(guī)定 例如某種陶瓷麥克風(fēng)的技術(shù)規(guī)格如下： ? 阻抗： ((以 1kHz 的頻率操作 ) ? 輸出信號(hào)： 200(Vpp ? 音頻輸入頻率范圍： 100Hz 至 4kHz ? 熱噪聲： 2nV/(Hz ? 前置放大器的增益指標(biāo)： 500(非反相 )，第一級(jí)可達(dá) 5 倍增益，第二級(jí)可達(dá) 100 倍增益。 兩個(gè)放大級(jí)的輸出噪聲總量 陜西國(guó)防學(xué)院畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 共 33 頁(yè) 1 伏輸出電壓的信噪比電平 =20log(1V247。實(shí)際電路如圖 1 所示。適用與否取決于用戶系統(tǒng)的輸入與輸出如何連接。輸出電容器也可發(fā)揮相同的作用。高阻抗高輸出麥克風(fēng)前置放大器較為簡(jiǎn)單，可以采用非反相或反相放大器配置。低阻抗低輸出麥克風(fēng)前置放大器也可采用非反相或反相放大器將輸入信號(hào)放大，頻率響應(yīng)及均衡等方面的要求都與高阻抗高輸出的前置放大器大致相同。如性能較好的低噪聲運(yùn)算放大器應(yīng)該產(chǎn)生較低的輸入?yún)⒄针妷涸肼暎以肼暡粦?yīng)超 過(guò) 10nV/((Hz)。顯然，由 CD 唱片、功放和音箱組成的放音系統(tǒng)，成本低，使用方便，音質(zhì)也不錯(cuò)，深受廣大發(fā)燒友的青睞。 大家都知道，人們是根據(jù)主觀聽(tīng)感來(lái)評(píng)判音質(zhì)好壞的。除了與軟件錄 制質(zhì)量、硬件的技術(shù)指標(biāo)以及房間的聲學(xué)條件有關(guān)外，還與聽(tīng)覺(jué)的生理、心理密切有關(guān)。就音質(zhì)而言，這些感覺(jué)主要包括明亮度、豐滿度、清晰度、力度、融合度、真實(shí)感、平衡感和空間感等。實(shí)際上，頻率響應(yīng)的變化均與上述主觀感覺(jué)有關(guān)，而且還因節(jié)目源的不同而不同，也往往因人而有所不同。如何方便地改變系統(tǒng)的頻率響應(yīng)來(lái)滿足自己對(duì)音質(zhì)的要求，應(yīng)該說(shuō)是音響設(shè)備必需或必備的控制功能。以致有些發(fā) 燒友雖然采用了帶音調(diào)的高檔前置放大器，但在實(shí)際使用時(shí)常常把音調(diào)置于 “直通 ”的位置上。其實(shí)，我們不必拘泥于什么 “原 陜西國(guó)防學(xué)院畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 33 頁(yè) 汁原味 ”，現(xiàn)在我們?cè)?CD 唱片上聽(tīng)到的聲音幾乎都是經(jīng)過(guò)錄音師加工處理過(guò)的，早已不是 “原汁原味 ”的了。如果你想這樣做，那么使用音調(diào)控制適當(dāng)改變系統(tǒng)的頻率響應(yīng)是使聲音變得更 “好聽(tīng) ”一些的最簡(jiǎn)單而最有效的手段。 電路簡(jiǎn)介 由于每一檔使用一組獨(dú)立的 RC 元件，因而元件數(shù)量頗多。圖1 是本電路的原理圖。它的控制特性如圖 2 所示。 15dB～ 20dB。比方說(shuō)，如果要求對(duì)低音提升 20dB，那么中音頻至少應(yīng)固定地衰減 20dB。此外，為了防止該 RC 網(wǎng)絡(luò)接入前后級(jí)其他電路時(shí)不影響預(yù)先設(shè)計(jì)好的控制特性，要求它前面的電路的輸出阻抗要小，后面電路的輸入阻抗要高。 陜西國(guó)防學(xué)院畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 共 33 頁(yè) 現(xiàn)在要直接利用這個(gè) RC 網(wǎng)絡(luò)作為音調(diào)控制單元，即構(gòu)成不帶放大器的所謂 “無(wú)源 ”音調(diào)控制，首先必須把它的插入損失降低到合理的程度上。插入損失大，控制范圍也大，但對(duì)信號(hào)衰減也大，可能使整個(gè)系統(tǒng)增益不足而無(wú)法實(shí)際應(yīng)用；插入損失取得小，控制范圍也 小，有時(shí)可能滿足不了提升量的要求，實(shí)際使用效果也不好。因?yàn)?，音調(diào)控制的提升量過(guò)大，正如大家知道的，它帶來(lái)的負(fù)面影響就變得明顯起來(lái)，以致可能得不償失。因此本文的音調(diào)電路的控制范圍設(shè)定在 177。 也就是說(shuō)，不必另外再采用放大器來(lái)彌補(bǔ)音調(diào)電路帶來(lái)的損失。上述這些優(yōu)點(diǎn)都是控制范圍取得大時(shí)不易達(dá)到的性能要求。一般的使用習(xí)慣是電位器向右旋轉(zhuǎn)相當(dāng)于提升。因此在這里簡(jiǎn)單說(shuō)一 下音調(diào)電路提升和衰減的基本原理。反之，當(dāng) VR1 中心臂處于最下端時(shí)高音衰減最大。當(dāng)?shù)鸵艨刂?VR2 的中心臂處于上端時(shí)，因 C R2 的阻抗隨頻率的降低而上升，因而來(lái)自 R1 的所有頻率中低音獲得最大提升。弄清楚這些關(guān)系，就不會(huì)把提升或衰減的接線端位置 搞錯(cuò)了。與圖 1 相比，圖 3 多了兩個(gè)切換開(kāi)關(guān) SW1 和 SW2 以及相關(guān)的 RC 元件。它用 SW1 加以切換，供不需要音調(diào)控制時(shí)作為音調(diào)電路的 “直通 ”電路。從圖 4 控制特性 (實(shí)線 )看，高、低音的最大提升量均未超過(guò) 6dB。低音的衰減量偏大些，這對(duì)小房間中使用大音箱且 房間的聲學(xué)條件不佳引起低音轟鳴時(shí)也許是有用的。如果覺(jué)得不需要?jiǎng)t可省去 陜西國(guó)防學(xué)院畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 共 33 頁(yè) 上述元件也無(wú)妨。 制作調(diào)試 圖 3 電路很簡(jiǎn)單，制作時(shí)可以采用兩種方案。下面主要介紹作為一個(gè)音調(diào)單元的安裝方案，它也可以供臨時(shí)試用覺(jué)得需要這個(gè)音調(diào)電路時(shí)采 陜西國(guó)防學(xué)院畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 共 33 頁(yè) 用的正規(guī)安裝方案。它采用一塊雙列接線板，一邊各為一個(gè)聲道的元件。機(jī)殼應(yīng)采用鐵板或鋁板等導(dǎo)電良好的材料加工制作，大小不拘，只要安裝得下即可。如果機(jī)殼是由幾塊平板拼接而成的話，應(yīng) 保證它們之間在電氣上可靠相連，從而形成一個(gè)封閉的電磁屏障。唯一要注意的是左、右聲道的地線不應(yīng)相連，并且只有一個(gè)聲道的地線接地；另一聲道的接地是通過(guò)與其相連的輸入、輸出饋線的屏蔽層來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其情況如圖 6 所示。 陜西國(guó)防學(xué)院畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 共 33 頁(yè) 連接使用 如前所述，由于是無(wú)源音調(diào)程式，并有 6dB 的增益損失，因此要求它前面的信號(hào)源輸出阻抗要低些，一般不應(yīng)大于 500Ω。根據(jù)這一要求，目前絕大多數(shù) CD 唱機(jī)均可與本音調(diào)電路相接，因?yàn)樗鼈兊妮敵鲎杩苟?00 Ω。如果功放的輸入阻抗 200k Ω，那么本音調(diào)便可直接接在 CD 唱機(jī)與功放之間組成一個(gè)十分簡(jiǎn)潔而又有一定音調(diào)控制的放音系統(tǒng)。常見(jiàn)的是 100kΩ、 50kΩ，檔次高的功放的輸入阻抗更低一些，大致在 10～ 20kΩ范圍內(nèi)。 圖 7 是進(jìn)行這種阻抗匹配的簡(jiǎn)圖。 Rx 就是阻抗匹配電阻。這一損失和音調(diào)電路本身的損失就是使用音調(diào)電路的總損失。 Rx 和音調(diào)插入損失 (本機(jī)為 )加在一起的總損失可用下式計(jì)算：L=VR/(Rx+VR) (2)(用 dB 表示時(shí)則為 2021gL) 例如，功放的 vR= (1)取 Rx=120kΩ。 由此可見(jiàn)，后級(jí)輸入阻抗 (音量電位器阻值 )越小，那么插入損失越大。如果不進(jìn)行這樣 的事先檢查，有可能制作好的音調(diào)控制不能滿足使用要求，從而造成不必要的浪費(fèi)。需要指出，這樣匹配后的音量電位器是開(kāi)得較大的，通常會(huì)達(dá)到 13～ 15 點(diǎn) (以時(shí)鐘的時(shí)針指示音量刻度 )。不過(guò)，只要最大聽(tīng)音音量能滿足自己的要求就沒(méi)有什么關(guān)系。這樣對(duì)圖 4 控制特性曲線的影響最大不超過(guò) 1dB，完全可以滿足要求。不過(guò)，它與電子管后級(jí)功放匹配一般沒(méi)有什么問(wèn)題。 最后，應(yīng)該指出，無(wú)源音調(diào)的控制范圍不大，不要期望能獲得 “驚人 ”的改善。相對(duì)而言，越是在頻響上沒(méi)有問(wèn)題的系統(tǒng)，使用這個(gè)音調(diào)的效果可能更好些。當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，希望輸出的功率盡可能的大，輸出信號(hào)的非線形失真盡可能小，效率盡可能高。有集成運(yùn)放和晶體管組成 的功率放大器，也有專(zhuān)用集成電路功率放大器芯片。 圖 集成運(yùn)放與晶體管組成的功率放大器 (1) 電路工作原理簡(jiǎn)述 三極管 VT VT2為相同類(lèi)型的 NPN管，所組成的復(fù)合管仍 為NPN型。 R R RP2及二極 管 VD VD2所組成的支路是兩對(duì)復(fù)合管的基極偏置電 路，靜態(tài)時(shí)支路電流 Io可由下式計(jì)算 I=2Vcc2Ud/R4+R5+RP2 式中， VD為二極管的正向壓降。 RP2用于調(diào)整復(fù)合管的微導(dǎo)通狀態(tài)，其調(diào) 節(jié)范圍不能太大，一般采用幾百歐姆或 lkΩ電位器 (最好采用精密可調(diào)電位器 )。否則靜態(tài)時(shí)因 RP2的阻值較大而使復(fù)合管的電流過(guò) 大而損壞。R R9為直流負(fù)反饋電阻，可以改善功率放大器的性能，若阻值與額定功率選取合 適，可起過(guò)流保護(hù)功放管的作用，一般為幾歐姆。 Ri C3稱(chēng)為消振網(wǎng)絡(luò)，可改善負(fù)載接揚(yáng)聲器時(shí)的高頻特性。此 外，感性負(fù)載易產(chǎn)生瞬時(shí)過(guò)壓，有可能損壞 VT VT4。一般 R12為幾十歐姆， C，為幾千皮法至幾百微法。反之 ，當(dāng) ui為負(fù)半周時(shí)，負(fù)載 RL中只有反向電流 IL且隨 Ui的負(fù)向增加而增加。 (2) 靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置 設(shè)電路參數(shù)全對(duì)稱(chēng)。電阻 R1接地，一方面決定了同相放大器 A的輸入電阻，另一方面保證了靜態(tài)時(shí)同相端電位為零，即 U+二 0。故靜態(tài)時(shí)運(yùn)算放大器的輸出等于零。調(diào)節(jié) RPl電位器可改變負(fù)反饋深度。過(guò)大會(huì)增加靜態(tài)功耗使功率放大器的效率降低。 (3)LA4100—LA4102集成音頻功率放大器 目前在音響設(shè)備中廣泛采用集成功率放 大器，因其具有性能穩(wěn)定、工作可靠及安裝調(diào)試簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。它的內(nèi)部電路如圖 。其中 VT1,VT2為差動(dòng)放大電路輸入級(jí)。 VT4,VT7組成兩級(jí)電壓放大器，具有較高電壓增益。 R8,VT9VT11為電平移動(dòng)電路，給末級(jí)功放提供和合適的靜態(tài)偏置。次集成功放采用單電源方式供電，接成 OTL電路形式，也可采用正負(fù)雙電源供電方式接成 OCL電路形式。 LA4100功放集成電路屬于直接耦合的多級(jí)放大電路結(jié)構(gòu)如下圖 4100的引腳圖，各引腳功能圖中已標(biāo)