音响技术(2012年秋修改)第5章

1、第5章音频放大与控制电路 第第5章音频放大与控制电路章音频放大与控制电路5.1 音频放大与控制电路基础知识音频放大与控制电路基础知识 5.2 音频放大与控制电路相关知识音频放大与控制电路相关知识 5.3 音频放大与控制电路拓展知识音频放大与控制电路拓展知识 第5章音频放大与控制电路 5.1音频放大与控制电路的基础知识音频放大与控制电路的基础知识5.1.1音频前置放大电路的组成与工作原理音频前置放大电路的组成与工作原理1.前置放大电路的作用与组成前置放大电路的作用与组成 前置放大电路的作用是对其输入的各种音频节目源（如激光音视盘机、电唱机、调谐器、录音座或传声器等）信号进行选择和放大，并调整输入

2、信号的频响、幅度等，以美化音质。前置放大电路的组成框图如图51所示，它包括均衡放大、音源选择电路、音质控制（音调、响度、音量、平衡、滤波等）电路以及输入放大电路等。 第5章音频放大与控制电路 图51前置放大电路组成框图第5章音频放大与控制电路 2前置放大电路的工作原理前置放大电路的工作原理各种音源的输出信号电平分为高电平和低电平两大类。调谐器、录音座、CD唱机等音源的输出电平达50500mV，称为高电平音源，可直接送入音源选择电路；而电唱机、传声器等的输出电平仅0.55mV，称为低电平音源，须经均衡放大后再送入音源选择电路。音源选择电路的作用是选择某一路音源信号送入后级，同时关闭其他音源通道，

3、具有互锁性。其电路形式有机械开关式和电子开关式两类，电子开关式具有消噪处理功能，还可实现遥控，已得到广泛应用。 第5章音频放大与控制电路 前置放大电路的质量优劣，在很大程度上取决于输入放大电路，该电路的主要作用是完成低噪声高保真电压放大。因此，其电路形式大多为性能优良的低噪声前置放大集成电路，对它的要求主要有电压增益高、信噪比优良、转换速率快、工作稳定且免调试、具有消噪处理和补偿及保护功能等。目前，作为输入放大电路使用的高性能集成模拟放大器（包括数字放大器）种类繁多，而且性能优良（例如NE5532、LM381、HA12017等）。输入放大电路可设计成独立的放大电路，也可与音质控制电路合并，共同

4、完成音频电压放大和音质控制的目的，实际应用中合并式采用的较多。 第5章音频放大与控制电路 5.1.2音频功率放大器音频功率放大器1.音频功率放大器的作用与分类音频功率放大器的作用与分类功率放大器(简称功放)的作用是将前置放大器输出的音频电压信号进行功率放大，产生足够的不失真功率，以推动后接的扬声器发声。功率放大器种类繁多，主要有以下几种分类方法。 第5章音频放大与控制电路 1）按所用的放大器件分类功率放大器按照所使用的器件可分为电子管功率放大器、晶体管功率放大器（包括场效应管功率放大器）和集成电路功率放大器（包括厚膜集成功率放大器）等。近些年，晶体管或集成电路的功率放大器占有主导地位，但在高保

5、真放声系统中，电子管功放仍存有一席之地。电子管功放的缺点是功耗大、体积及重量大、效率低，但其动态范围大，对信号过荷承受能力明显优于晶体管功放，而且其负反馈不深，因此一般不存在瞬态互调失真。而晶体管功放的开环增益大，其优良的电声指标是依靠深度负反馈来达到的，致使容易产生瞬态互调失真。因此，电子管功放的音色比较纯美，而晶体管功放存在一种所谓“晶体管声”或“金属声”，使声音有些发硬、发刺。为此，晶体管功放做了许多改进，如采用无负反馈电路、纯DC（直耦）电路等以改善音质。第5章音频放大与控制电路 2）按其输出级与扬声器的连接方式分类按照输出级与扬声器的连接方式可分为变压器耦合放大器、OTL（outpu

6、ttransformerless）放大器、OCL（outputcapacitorless）放大器和BTL（balancedtransformerless）放大器等形式。变压器耦合功率放大器是在输出级利用变压器将输出信号传递给扬声器，并实现输出级与扬声器间的阻抗匹配。在OTL放大电路中，输出级与扬声器之间采用电容耦合的无输出变压器方式；OCL放大电路中输出级与扬声器之间则不用电容而采用直接耦合的方式；BTL放大电路又称为平衡式无输出变压器电路，或称为桥式推挽功率放大电路，其输出级与扬声器之间以电桥方式连接。 第5章音频放大与控制电路 3）按功率管的偏置或工作状态分类按照功率管的偏置或工作状态，可

7、将功率放大器分为甲类（A类）、乙类（B类）、甲乙类（AB类）、丙类、丁类、T类（数字功放）、ALA型等。对于甲类功率放大器，在输入正弦波电压信号的整个周期内，功率管都处于导通的工作状态，其特点是失真小，但效率低、功耗大。对于乙类功率放大器，在输入正弦波电压信号的整个周期内，功率管只导通半个周期，另一半周期截止，其特点是输出功率大、效率高，但失真较大。对于甲乙类功率放大器，在输入正弦波电压信号的整个周期内，功率管导通时间大于半个周期但不足一个周期，有一段时间截止。丙类功放是功率管导通时间小于半个周期，大部分时间截止的工作状态。丁类又称开关式工作状态，即功率管工作在饱和导通和完全截止的两种开关状态

8、。 第5章音频放大与控制电路 T类数字功放可输入模拟音频信号和数字音频信号（CD信号），模拟音频信号输入后，先经A/D转换器变换为数字音频信号，再处理成脉冲宽度调制（PWM）或脉冲密度调制（PDM）信号，由场效应功放电路放大，最后经LC滤除高频脉冲成分，还原成模拟音频信号。数字功放的工作方式是开关状态，可以完全消除交越失真，是一种很有前途的新型功率放大器。ALA型功放是一种完全线性功率放大器，由雅马哈公司推出，它可将电路产生的任何失真完全消除，动态范围极宽，音色效果性能极佳。 第5章音频放大与控制电路 除上述几类功放外，近来还出现了一些新型功率放大电路，例如“甲类”（A类）电路、“新甲类”（新

9、A类）电路、“超甲类”（超A类）电路等。这些电路虽然称呼不同，但所采取措施的目的一是设法使晶体管不工作在截止状态（即没有开关过程）以减小失真，二是设法使晶体管的工作点随信号大小滑动（即动态偏置）以提高效率。 第5章音频放大与控制电路 2.常用功率放大器的电路结构与原理常用功率放大器的电路结构与原理常用的OTL电路、OCL电路和BTL电路的简化电路原理图如图52所示，它们的主要区别在输出电路上。图52简化的OTL、OCL、BTL电路原理图 第5章音频放大与控制电路 OTL电路采用电容耦合与扬声器相连，如图52（a）所示。V1和V2为特性相近的NPN管和PNP管，V3为推动放大级，R为其集电极负载

10、电阻。当输入处于信号负半周时， V3集电极电位（即V1、V2的基极电位）升高，于是V1导通，V2截止。电流由电源+Vcc经V1和C流过负载RL输出正半周电压，这时电容C充电。当输入信号处于正半周时，V3集电极电位降低，于是V1截止，V2导通，电容C通过V2对RL放电，提供负半周输出电压，结果在负载上得到一个与输入反相的信号电压。在C容量足够大时，C上充放电电压的变化很小。显然，上述的V1、V2工作在乙类状态，如需工作在甲类或甲乙类，可通过改变V1、V2基极偏置实现。OTL输出端的耦合电容对频响有一定的影响。 第5章音频放大与控制电路 图52（b）为OCL电路，它采用正、负两组电源，通常取EC=

11、Vcc/2。OCL电路本质上与OTL电路相同，只是它少了一个输出电容C，因此使其低频响应和失真度有所改进。无论是使用单电源供电的OTL电路，还是使用正负两组电源供电的OCL电路，在负载(扬声器)RL上的最大输出电压的单峰值(不考虑管压降)均为Vcc/2，因此它们的最大输出功率为 LccLcccmcmcmcmRVRVIVIVP822/2122220第5章音频放大与控制电路 为了在较低电源电压下获得较大的输出功率，可以采用图 5-2（c）的 BTL 电路。它由两对互补对称电路组成，负载 RL接在两个互补对称电路的输出端之间， 与 OCL 电路一样呈直接耦合， 故频响较好、保真度高。而且与 OTL

12、电路一样可在单电源下工作。 在 OTL 或 OCL 电路中， 两个输出管都是轮流导通， 推挽工作，其输出电流都流过扬声器产生还原出声音。 在 BTL 电路中， T1在扬声器一端“推”时，T2则在扬声器另一端“挽” ；在 T2对扬声器一端“挽”时，T3则在扬声器另一端“推” 。也就是说，如果在两个输入端加入反相的正弦信号，由于 T1、T4和 T2、T3轮流导通，则在负载 RL上获得一个完整的正弦波。 而且，输出电流 Icm比 OTL 大一倍，即 Icm=VCC/RL，故 BTL 电路最大输出功率为 LccLcmRVRIP22220第5章音频放大与控制电路 3实用功率放大器电路分析实用功率放大器电

13、路分析对分立元件构成的OTL、OCL、BTL功放，遇到的突出问题是挑选差分对管或互补对管，而且电路结构复杂、调试困难，因此会影响到放音质量和可靠性。目前，分立元件功放已逐渐被众多的专用音响集成功率放大器所取代，例如STK系列厚膜集成功率放大电路和TDA集成功率放大电路。集成功率放大器以其功率大、频响宽、失真小、精度高、使用方便、可靠性高、价廉等特点，在音响系统中得到了广泛的认可和应用。 第5章音频放大与控制电路 1)集成OTL电路日本三洋公司生产的STK4392是一种双声道厚膜集成功率放大器，采用单电源供电，构成OTL电路，其额定电源电压采用39V，输出功率达215W，总谐波失真小于0.3，输

14、出噪声低于0.8mV。由STK4392构成的OTL电路如图53所示。 第5章音频放大与控制电路 图53由STK4392构成的OTL电路 第5章音频放大与控制电路 电路中的V01和V02构成左、右声道前置放大器，即由STK4392构成左、右声道的OTL功放电路。STK4392的直流供电通路：+Vcc直接加到7脚，为内电路复合功放管提供集电极偏置电压，经R11和C07降压退耦加到9脚，为内电路输入级集电极和推动级提供偏置电压，又经R06、R07、R04和C05降压退耦加到1脚，经R03、R08、R05和C06降压退耦加到15脚，为内电路输入级提供基极偏置。 第5章音频放大与控制电路 左声道音频信号

15、的通路：ui由V01进行电压放大后，由C31电容耦合、R01和C01抑制高频干扰、C03电容耦合后从1脚加入STK4392输入级，经内电路功率放大后，由电容C12耦合输出并送至左扬声器。电路中C10是自举电容，R12、C08和R09构成交流负反馈网络。C15、R14容性网络与扬声器感性阻抗并联后，可使功放的负载接近纯阻性质，不仅可以改善音质、防止高频自激，还能保护功放输出管。 第5章音频放大与控制电路 2)集成OCL电路STK4141是一种双声道集成功率放大器，采用双电源供电，可构成OCL应用电路。其额定电源电压为27V，输出功率达225W，总谐波失真小于0.3，输出噪声低于1.2mV。由ST

16、K4141构成的OCL电路如图54所示。 第5章音频放大与控制电路 图54由STK4141构成的OCL电路 第5章音频放大与控制电路 STK4141的直流供电通路：+Vcc加到11脚，为左右声道复合功放管提供集电极正电压，经100电阻和100pF电容降压退耦后，加入到12脚，为输入级和推动级提供正电压。-Vcc直接加到9脚和14脚，为左右声道复合功放管提供射极负电压，9脚上-Vcc经阻容滤波后加到8脚内电路，由7脚输出的直流负电压经100电阻加到4脚，为输入级提供负偏压，经阻容滤波后加到5脚和15脚，为推动级提供负偏压。1脚和18脚外接的56k电阻构成输入级基极偏置通路。 第5章音频放大与控制

17、电路 该电路的一个显著特点是通过6脚内部的开关控制电路可以消除开机和关机时的冲击声。开机时，来自电源整流输出的-Vcc立即通过R30和R31加到6脚，使输出管基极无偏置而不能导通；+Vcc要通过R33和C101延时后经R32和R31加到6脚，使输出级进入正常工作，从而避免了开机冲击声。关机时，利用二极管VD使正电压迅速释放，6脚为负电位，迅速切断输出级，避免了关机冲击。第5章音频放大与控制电路 3)集成BTL电路TDA2030是一种单声道集成功率放大器，采用单电源或双电源供电方式，可以接成OTL或OCL电路。图55是由两片TDA2030组成的BTL电路，它采用双电源供电方式，额定电源电压为16

18、V，输出功率为418W，总谐波失真小于0.08。 第5章音频放大与控制电路 图55由TDA2030构成的BTL电路 第5章音频放大与控制电路 TDA2030内部电路由差分输入级、推动级和复合互补输出级组成。V2组成前置电压放大器；V3集电极和发射极输出两个大小相等、方向相反的音频信号，分别经C5和C6耦合加入A1和A2的1脚，经功率放大后从各自4脚输出，一推一挽通过左扬声器；R14、R13和C8构成交流负反馈网络，VD1和VD2用以防止过冲电压击穿电路；R15和C10构成容性网络，与扬声器感性阻抗并联后，可使功放的负载接近纯阻性质，不仅可以改善音质，防止高频自激，还能保护功放输出管。 第5章音

19、频放大与控制电路 5.2音频放大与控制电路相关知识音频放大与控制电路相关知识 5.2.1功率放大器的性能指标功率放大器的性能指标功率放大器的性能指标包含有输出功率、频率响应、失真度、信噪比、输出阻抗、阻尼系数等，其中以输出功率、频率响应、失真度三项指标为主。1）输出功率输出功率是指功放输送给负载的功率，以瓦（W）为基本单位。功放在放大量和负载一定的情况下，输出功率的大小由输入信号的大小决定。对输出功率的评价通常有以下几种方式。 第5章音频放大与控制电路 （1）额定输出功率（RMS）：在一定的谐波失真指标内，功放输出的最大功率。应该注意，功放的负载和谐波失真指标不同，额定输出功率也随之不同。通常

20、规定的谐波失真指标有1%和10%。测量时采用1000Hz正弦波作为测量信号，测出等阻负载电阻上的电压有效值V有效，此时功放的输出功率P可表示为式中，RL为扬声器的阻抗。这样得到的输出功率实际上为平均功率。当音量逐渐开大时，功放开始过载，波形削顶，谐波失真加大。谐波失真度为10%时的平均功率，称为额定输出功率，亦称最大有用功率或不失真功率。 2LVPR有效第5章音频放大与控制电路 （2）最大输出功率:在上述情况下不考虑失真的大小，给功放输入足够大的信号，并将音量和音调电位器调至最大时，功放所能输出的最大功率。额定输出功率（即最大有用功率）和最大输出功率是我国早期音响产品说明书上常用的两种功率。通

21、常最大输出功率是额定输出功率的2倍。（3）音乐输出功率（MPO）：功放工作于音乐信号时的输出功率，即在输出失真度不超过规定值的条件下，功放对音乐信号的瞬间最大输出功率。 第5章音频放大与控制电路 （4）峰值音乐输出功率（PMPO）：通常是指在不计失真的条件下，将功放的音量和音调电位器调至最大时，功放所能输出的最大音乐功率。峰值音乐功率不仅反映了功放的性能，而且能反映功放直流电源的供电能力。国际上还没有统一的音乐输出功率（MPO）和峰值音乐输出功率（PMPO）的测量标准，各厂家一般都有各自的测量方法。通常用模拟音乐、语言信号输入功率放大器来进行测量，这种测量称为“动态”测试，因此音乐输出功率是一

22、种“动态指标”，它能较好地说明听音评价结果。 第5章音频放大与控制电路 2）频率响应频率响应是指功率放大器对声频信号各频率分量的均匀放大能力，即重放声音信号的频率范围以及在此范围内允许的偏差。频率响应一般可分为幅度频率响应和相位频率响应。幅度频率响应表征了功放的工作频率范围，以及在工作频率范围内的幅度允差的程度。所谓工作频率范围，是指幅频响应的输出信号电平相对于1000Hz信号电平下降3dB处的上限频率与下限频率之间的频率范围。国家标准规定：频率范围应宽于40Hz12.5kHz，振幅允差应低于5dB。 第5章音频放大与控制电路 相位频率响应是指功放输出信号与原有信号中各频率之间相互的相位关系，

23、表示产生相位畸变的程度。通常，相位畸变对功放来说并不很重要，这是因为人耳对相位失真反应不很灵敏的缘故。所以，一般功放所说的频率响应就是指幅度频率响应。目前，家用功率放大器的工作频率范围为20Hz20kHz；专业用功率放大器的工作频率范围为040kHz；现代高级功率放大器的频响范围甚至达到了0800kHz。 第5章音频放大与控制电路 3）失真度失真是指重放的声频信号波形发生不应有的变化。失真有谐波失真、互调失真、交越失真、削波失真、瞬态失真和瞬态互调失真等。（1）谐波失真。谐波失真是由功率放大器中的非线性元件引起的，这种非线性会使声频信号产生许多新的谐波成分。其失真大小是以输出信号中所有谐波的有

24、效值与基波电压的有效值之比的百分数来表示的。功率放大器的谐波失真度要求越小越好。 第5章音频放大与控制电路 谐波失真与频率有关。通常在中频段（1000Hz）附近的谐波失真度较小，在频响的高、低端，谐波失真度较大。谐波失真还与功放的输出功率有关，当接近于额定最大输出功率时，谐波失真急剧增大。目前，优质功率放大器在整个音频范围内的总谐波失真度一般小于0.1%；优秀功放谐波失真度大多在0.03%0.05%之间。 第5章音频放大与控制电路 （2）互调失真。当功放同时输入两种或两种以上频率的信号时，由于放大器的非线性，在输出端会产生各频率以及谐频之间的和频与差频信号。例如，200Hz低音管信号和600H

25、zJP的小提琴信号合在一起，就会产生400Hz（差信号）和800Hz（和信号）这两个微弱的互调失真信号。由于互调失真信号与自然乐器信号没有相似之处，因此容易使人察觉，有比较小的互调失真度时就可以听出来。所以，降低互凋失真是提高音响音质的关键之一。 第5章音频放大与控制电路 （3）交越失真和削波失真。交越失真又称交叉失真，是由乙类推挽放大器功放管的起始导通非线性造成的，它也是造成互调失真的原因之一。解决交越失真的方法是仔细调整功放管的起始微导通状态。削波失真是功放管饱和时信号被削波，输出信号幅度不能进一步增大而引起的一种非线性失真。削波失真会使声音变得模糊而且抖动。削波失真是无法消除的，只有在聆

26、听音乐时注意不要使放大器达到满功率极限。 第5章音频放大与控制电路 （4）瞬态失真和瞬态互调失真。瞬态失真又称瞬态响应，它是指功放对瞬态信号的跟随能力。打击乐器（如鼓、钹、铃等）、敲击乐器（如木琴、扬琴等）、弹奏乐器（如钢琴、琵琶等），都能产生猝发声脉冲，即瞬态信号。当瞬态信号加到放大器时，若放大器的瞬态响应差，放大器的输出就跟不上瞬态信号的变化，从而产生瞬态失真。功放的瞬态响应主要取决于放大器的频率范围，这就是高保真放大器将工作频率范围做得很宽的主要原因之一。瞬态互调失真是现代声频领域里的一个重要技术指标。由于功率放大器往往加入大环路深度负反馈，而且一般都加入相位滞后补偿电容，因此在输入瞬态

27、信号时，造成输出端不能立即达到最大值，使输入级得不到应有的负反馈电压而出现瞬态过载，产生很多新的互调失真量。由于这些失真量是在瞬态产生的，因此叫做瞬态互调失真。瞬态互调失真是晶体管功放电路和集成功放电路产生所谓的“晶体管声”，使其音质不及电子管功放的重要原因。 第5章音频放大与控制电路 4）信噪比信噪比是指输出信号电平与功放输出的各种噪声（如交流声、白噪声）电平的比值的分贝数。信噪比越高，说明功放的噪声越小，性能越好。一般要求在50dB以上，优质功放在放唱片时的信噪比大于70dB。 第5章音频放大与控制电路 5）输出阻抗和阻尼系数功放输出端对负载（扬声器）所呈现的等效内阻抗，称为输出阻抗。阻尼

28、系数则是指功放给扬声器的电阻尼的大小。由于功放电路的输出阻抗是与扬声器并联的，相当于在扬声器音圈两端并联一个很小的电阻，它会使扬声器纸盆的惯性振荡受到阻尼。功放的输出阻抗越小，对扬声器的阻尼越大，因此常用阻尼系数来描述功放电路对扬声器的阻尼程度。一般地，对于家用高保真晶体管功放，阻尼系数取15100为宜；对于专业用功放，阻尼系数宜在200400或更高。 第5章音频放大与控制电路 5.2.2音质控制电路音质控制电路1.音调控制电路音调控制电路1)音调控制电路的作用与类型为满足人们对音色的不同需要，在较高级的立体声收录机中通常采用音调控制电路，其作用是通过各频段信号进行提升或衰减，补偿放大器的频率

29、特性，以及补偿信号或扬声器中所缺少的频率成分，使放音效果得到改善。根据音调调整原理的不同，可将音调控制电路分为RC衰减式、负反馈式、LC谐振式及图示式频率均衡器等多种类型。音调调整电路一般设置在功放电路之前。 第5章音频放大与控制电路 2)音调控制电路的工作原理图57为RC衰减式高低音音调控制电路，其中的R1、RP2、R2、C3、C4组成低音控制电路，C1、RP1、C2、R1、R2组成高音控制电路。在低音控制电路中，电容C3、C4的取值使它们对中、高频呈现的阻抗很小，可视作短路，对低频则呈现高阻抗。由于电位器RP2上的中、高频信号被C3、C4短路，因此无论RP2滑动点如何移动，对中、高频的衰减

30、量都是不变的，其大小只取决于R1和R2的比值。对于低频信号则不同，当RP2滑动点移到上端时，C3被短路，C4容抗则随着频率降低而增大，低音输出达到最大值；当RP2滑动点移到下端时，C4被短路，C3容抗则随着频率降低而增大，低音衰减量最大，对应输出达到最小值。第5章音频放大与控制电路 图57RC衰减式高低音音调控制电路 第5章音频放大与控制电路 在高音控制电路中，电容C1、C2的取值对高频呈现低阻抗，可视作短路，对中、低频则呈现高阻抗，可视为开路。当电位器RP1滑动点移动到上端时，高音频经C1的低容抗后直接输出，高音输出达到最大值；当RP1滑动点移到下端时，RP1对高音的衰减最大，且C2几乎被短

31、路，高音输出达到最小值（几乎为零）。其他类型的音调控制电路，其原理类似于RC频率补偿网络。例如，负反馈式音调控制电路是将高低音音调控制电路放置在放大器的负反馈支路中；模拟电感图示式音调控制电路则是利用LC谐振回路的谐振特性，因为不同串联谐振回路的谐振频率不同，呈现的阻抗就不同，对放大器的负反馈量也不同，这样就可以对任意频率的音调进行分段调整。 第5章音频放大与控制电路 在中、高档音响设备中，一般采用图示音调控制器。常用的图示音调控制器有五段、七段或十段等，可分别将整个音频范围划分成五个、七个或十个频段进行独立的提升或衰减。例如，五段均衡控制器可对100Hz、330Hz、1kHz、3.3kHz、

32、10kHz的信号进行均衡控制。图示音调控制电路按照电路结构可分为LC串联谐振式和集成电路式两大类，按照信号处理方式又可分为模拟式和数字式两大类。第5章音频放大与控制电路 LC串联谐振图示均衡控制电路是由C、L、R构成多个不同的串联谐振电路，并将这些谐振电路等效地接在共发射极放大器的输出端与发射极之间，通过改变放大器的负反馈量和对输出信号的分流来调节某一频率信号的均衡。这种均衡电路由于使用的是分立元件电感、电容，会使电路的瞬态响应变差，产生寄生相移，一般应用在普及型音响设备中。在中、高档音响设备中，一般采用运算放大器或晶体管构成的模拟电感来代替电感线圈，并形成集成电路。目前使用较多的模拟式图示均

33、衡集成电路有五频段的TA7796P、双声道五频段的STK6328A以及十频段的BA3822LS等。 第5章音频放大与控制电路 图58所示为由STK6328A组成的双声道图示均衡控制集成电路，它具有谐波失真小、动态范围大、噪声小、音调控制范围宽等特点，特别适用于HiFi音响系统。 图58STK6328A组成的图示均衡控制电路 第5章音频放大与控制电路 在STK6328A内部，含有各自独立的五级模拟电感电路，左右声道分别共用一个信号增益放大器。以左声道为例，其15脚对应5个频段的谐振回路，6、7脚分别是IC内部一个声道的运放同相、反相输入端，外接均衡电位器两固定端分别接于运放同相、反相输入端，构成

34、差分放大器输入形式。均衡电位器的滑动臂通过电容接至IC的15脚，构成五频段均衡电路。随着数字技术的发展，近年来在很多高保真音响中出现了数字式图示频率均衡器，如Sony公司的SRPE300数字均衡器和Yamaha公司的DEQ7数字均衡器等。 第5章音频放大与控制电路 图59SRPE300数字均衡器电路组成框图 第5章音频放大与控制电路 该数字均衡器既可对模拟信号输入进行均衡处理，也可对数字信号输入进行均衡处理。其原理是对输入的数字音频，进行解码后经取样变换直接送数字信号处理器电路，而对模拟音频信号的输入经输入电平调节后先进行A/D转换，然后送数字信号处理器电路进行处理。数字信号处理器输出的数字音

35、频信号可根据负载需要直接送数字解码电路由光纤或同轴数字电缆输出数字音频信号，也可经D/A转换输出模拟音频信号。 第5章音频放大与控制电路 2.响度控制电路响度控制电路1)等响度控制电路的作用响度是人耳在听觉上对声音强度的主观感觉。在普通声音强度时，人耳总是对中音较敏感，对高音、低音的听觉反应则较为迟钝，尤其是当音量较小时这种差别会更大。考虑到人们在欣赏不同节目时对高低音的不同要求，以及人耳在低响度时对高低音感觉迟钝的特点，在中高档音响设备中都加有等响度控制电路，目的在于当音量较小时人为地对高、低音频信号进行提升，使人耳感觉到此时的低、中、高音处于“等响度”。 第5章音频放大与控制电路 2)等响

36、度控制电路的组成与工作原理等响度控制电路一般是由RC或LC网络组成的低音和高音补偿电路，它与音调控制电路不同，只有在音量较小时才具有对低音和高音的提升作用，而随着音量的增大，对低音和高音的提升量也逐渐减小。 第5章音频放大与控制电路 图510LC谐振型等响度控制电路 第5章音频放大与控制电路 典型的LC谐振型等响度控制电路如图510所示。图中，LC并联谐振回路接在音量电位器输入端和滑动点之间，通常的LC回路并联谐振于中音频（1kHz左右）。当音量电位器滑动点移到最上端（音量最大）时，LC谐振回路被短路，电路对低、中、高音频信号都无任何衰减作用。当滑动点向下移动（音量较小）时，对于输入的中音频信

37、号，由于LC并联谐振回路处于谐振状态，呈现的阻抗最大，对中频起衰减作用。而对于输入的低、高音频信号，由于偏离LC谐振回路的谐振状态，LC回路呈现的阻抗较小，所以低、高音频信号可以通过该回路，即对低、高音频信号起到补偿的作用。 第5章音频放大与控制电路 3音质控制集成电路音质控制集成电路在中、高档音响中，一般都采用集成音量、音调、平衡控制电路，通过控制集成电路相应引脚电压来改变音量的大小、音调的高低及平衡。集成电路引脚电压可通过外接电位器来控制，也可采用微电脑控制。这种音量、音调、平衡控制电路不但不会产生机械磨损噪声，而且电位器上是直流电压而不是音频信号，可避免外界电磁场干扰，同时具有音量控制范

38、围宽、谐波失真小、声道平衡性能好等特点。TA7630是典型的音量、音调、平衡控制集成电路，它具有音量控制范围宽、平衡性好、谐波失真小、通道串音小等特点。图511所示为TA7630的典型应用电路。第5章音频放大与控制电路 图511TA7630音量、音调、平衡控制电路第5章音频放大与控制电路 左(L)、右(R)声道信号分别从15和2脚输入，经音量、音调、平衡控制后分别从11脚和6脚输出。4脚和13脚外接低音控制电容，3脚和14脚外接高音控制电容。7脚外接平衡控制电位器，8脚外接音量控制电位器，9脚外接低音控制电位器，10脚外接高音控制电位器，改变7、8、9及10脚的直流电压，就可以达到改变平衡、音

39、量、低音和高音之目的。 第5章音频放大与控制电路 4.压限电路压限电路压缩限幅器简称压限器，实际上是压缩与限幅两种功能电路的合称，是音响系统中常用的一种信号处理设备，其功能是对音频信号的动态范围进行压缩或限制，达到减小失真和降低噪声的目的。压限器实际上是一个自动音量控制器，由带有自动增益控制的放大器组成。当输入信号超过阈值电平（也称压限阈或门限）时，压缩器的增益下降，使信号衰减。通常，把使压缩器的输出信号增加1dB所需增加输入信号的分贝数称为压缩比率，简称压缩比。压缩器的输入/输出关系曲线如图512所示。 第5章音频放大与控制电路 图512压缩器的输入/输出关系 第5章音频放大与控制电路 对于

40、2 1的压缩比率，当输入信号电平增加2dB时，输出信号电平只增加1dB，在压缩区域内将输入信号变化范围压缩了1/2。例如输入信号电压变化范围为-50+20dBm，门限电平设为+10dBm。压缩前增益等于1，这时输出电平为-50+15dBm，将输入信号电平的动态范围压缩成65dB。-50+10dBm电平内的信号相对关系没有变化，仅在+1020dBm范围内进行了压缩。同理，若压缩比为10 1，当输入信号电平增加10dB时，输出信号电平只增加1dB，在压缩区域内将输入信号变化范围压缩了1/10。如输入信号电压变化范围为-50+20dBm，门限电平仍设为+10dBm。压缩前增益等于1，这时输出电平为-

41、50+11dB，将输入信号电平70dB的动态范围压缩成61dB。-50+10dBm电平内的信号相对关系没有变化，仅在+1020dBm范围内进行了压缩，输出变化了1dB。 第5章音频放大与控制电路 5.2.3卡拉卡拉OK处理电路处理电路“卡拉OK”原意为“无人乐队”，最初是一种自我演唱娱乐的伴奏机，后来得到迅速普及和发展。目前，不但有各种单体的卡拉OK机，而且在一些组合音响中，甚至彩色电视机中都有附加卡拉OK功能。但不管品种怎样繁多，其原理基本相同。1.卡拉卡拉OK处理电路的作用和组成处理电路的作用和组成卡拉OK处理器的主要作用是为播放伴奏音乐进行自娱自唱的活动提供技术保证，它具有歌声消除、自动

42、伴唱、轮唱、变调、听觉激励等功能，主要由话筒放大器、混响器、歌声消除等电路组成。 第5章音频放大与控制电路 2.卡拉卡拉OK处理电路的分类处理电路的分类卡拉OK处理电路按照功能划分，主要有以下三种：（1）普通卡拉OK处理电路：只能重放卡拉OK带，电路中无音响效果处理电路。（2）具有歌声消除功能的卡拉OK处理电路：播放节目源时可以进行歌声消除处理。（3）多功能卡拉OK处理电路：适用多种卡拉OK带，设有混响器等音响效果电路。 第5章音频放大与控制电路 3.卡拉卡拉OK处理电路工作原理处理电路工作原理卡拉OK机主要特点之一是利用电子混响器达到美化演唱者声音的功能。带延时混响功能的卡拉OK机方框图如图

43、513所示。从图上可以看到，两路话筒信号经各自的话筒放大器放大并进行混合处理后，分两路输出，一路直通送入回声混合器，另一路经低通滤波器送入以延时电路（BBD器件）为核心的混响处理电路，延时后的声音经回声调节也送入回声混合器，与直达声混合后送入混合放大电路及音调电路（音调电路也可省略），再与经歌声消除电路送来的伴奏信号一起输出给功率放大器，驱动扬声器放声。 第5章音频放大与控制电路 图513带延时混响功能的卡拉OK机方框图 第5章音频放大与控制电路 4.歌声消除电路歌声消除电路在使用普通原声磁带或用电唱机、CD唱机节目源作为伴奏声时，要用歌声消除电路将原节目源中的左、右声道歌声消除，而保留原节目

44、源中的伴奏声。在双声道节目源中，中、高频段乐器信号是立体声效果的，低频段乐器声和歌唱声是单声道。即左、右声道信号中的中、高频段乐器信号成分是不同的，而歌唱声和低频段乐器信号成分是相同的，并且歌唱声的频率范围主要集中在中频段，因此将左、右声道信号相减，即可消除原声节目源中的歌唱声。第5章音频放大与控制电路 图514所示是歌声消除电路的方框图。电路中，A1、A4是加法器，A2是减法器，A3是有源低通滤波器。左、右声道音频信号uL、uR分成两路。一路送到减法器A2，输出L-R信号，由于uL、uR中的低音乐器信号和歌唱信号是单声道效果，它们在左、右声道中的大小相等，这样通过减法器便可将歌唱信号除去，同

45、时也将低音乐器信号除去了。另一路送到加法器A1中，获得L+R信号。这一信号加到有源低通滤波器A3中，由于歌声主要能量集中在1501000Hz间，而A3的截止频率设在150Hz，因此A3输出的LR信号中只有低音乐器信号。A2和A3输出信号加到加法器A4中混合，输出（L-R）（LR），其中，LR信号只有高频段的乐器信号，而LR是低频段的乐器信号。这样，（LR）（LR）信号中基本保留了原uL、uR信号的乐器信号，而去除了歌声信号，达到了消除歌声的目的。第5章音频放大与控制电路 图514歌声消除电路方框图第5章音频放大与控制电路 图515所示是一个实用的歌声消除电路，该电路的工作原理与图514所示电路

46、相同。运放A1构成减法器电路，获得L-R信号；R5、R6、R7构成加法器电路；A2及阻容元件构成三阶有源低通滤波器；A3构成加法器电路。 第5章音频放大与控制电路 图515实用歌声消除电路 第5章音频放大与控制电路 5.2.4红外遥控系统红外遥控系统在高档音响设备中，一般都设置有红外遥控系统，通过遥控操作实现对电源开关、音量大小、音调高低、静音、收音调谐、卡座播放状态转换、定时关机等远距离操作控制。1红外遥控系统的组成红外遥控系统的组成音响设备中的遥控系统组成与其他电子设备遥控系统基本相同，一般都包含有红外遥控发射器、红外遥控接收器、系统控制微处理器、存储器、本机键盘、辅助电源等，原理框图如图

47、516所示。 第5章音频放大与控制电路 图516音响设备遥控系统原理框图 第5章音频放大与控制电路 红外遥控发射器的作用是将遥控指令编码加工为指令操作码，并将其调制在约40kHz的载波上，经功率放大后驱动红外发光二极管发射出红外调制脉冲（PCM）信号。红外遥控接收器的作用是接收红外遥控信号，经放大、解调、限幅等处理后，还原出指令操作码送微处理器。微处理器的作用是将遥控接收器送来的指令操作码或本机键盘送来的指令信息进行译码处理，并输出相应的控制数据信号。 第5章音频放大与控制电路 2红外遥控系统的工作原理红外遥控系统的工作原理1）红外遥控发射器红外遥控发射器主要由键盘矩阵电路、遥控器编码集成电路

48、、驱动放大器和红外发光二极管等构成。其核心是遥控编码集成电路，内部主要包括振荡器、时钟脉冲发生器、扫描信号发生器、键位编码器、指令编码器、调制器、缓冲放大器等电路。红外遥控发射器电路框图如图517所示。 第5章音频放大与控制电路 图517红外遥控发射器电路框图 第5章音频放大与控制电路 红外遥控发射器中的振荡器的振荡频率一般为480kHz（或455kHz），经内部12分频后得到40kHz（或38kHz）的定时信号和载波信号。在时钟脉冲信号作用下，扫描信号发生器不断发出扫描脉冲对键盘矩阵进行扫描。当遥控器的某键被按下时，该键位被识别，对应的键位码信号经译码选通指令编码器的地址，使指令编码器输出事

49、先编好的16位指令码。该指令码再经过码调制器对40kHz（或38kHz）的脉冲载波进行脉冲幅度调制及缓冲放大，再经功率放大后，以中心波长为940nm的红外线向空间发射。 第5章音频放大与控制电路 2）红外遥控接收器红外遥控接收器安装在音响主机上，其组成包括红外光电二极管和遥控接收集成芯片等，结构如图518所示。其中，遥控接收集成芯片内部含有前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分电路和施密特触发器等电路，具体工作原理如下。 第5章音频放大与控制电路 图518红外遥控接收器电路 第5章音频放大与控制电路 首先，由红外发光二极管接收遥控器发射的控制载波信号，并进行光电转换形成电压信号。其次

50、，在集成电路内部将接收到的信号进行前置放大和限幅放大处理，得到遥控信号的包络脉冲送带通滤波器和峰值检波电路，对40kHz（或38kHz）的调制信号进行解调。最后，经施密特触发器整形后将指令操作码信息送系统控制微处理器做进一步处理。 第5章音频放大与控制电路 3）系统控制微处理器系统控制微处理器一般由4位单片机组成，内部包含有中央处理单元CPU、程序存储器ROM、随机数据存储器RAM、脉冲编码调制PWM电路、D/A转换电路、定时器、计数器、屏幕字符存储器、显示输出控制电路、电压合成数字选台系统等。具体工作时，微处理器将接收到的指令信息进行处理，输出各种脉冲控制信号，通过接口电路进行D/A转换及电

51、平转换后获得相应的模拟控制信号。模拟控制信号再通过不同的接口电路送到相应的被控电路，实现相应的控制功能。另外，微处理器还输出工作状态的数据信号，通过显示器实现即时状态的显示。第5章音频放大与控制电路 5.3音频放大与控制电路拓展知识音频放大与控制电路拓展知识5.3.1电子管功率放大器电子管功率放大器1电子管基础知识电子管基础知识电子管是一种真空器件，它是把若干个电极封装在一个真空的玻璃或金属壳体内，再将各个电极通过引线连接在管脚上。电子管按照管脚数有4脚、5脚、标准7脚、小7脚、8脚和小9脚等规格；按照电极数有单结构和复合管之分，例如三极管、四极管、束射四极管、五极管、七极管、双二极管、双三极

52、管、双二极五极管等多种类型；按照功能可分为双二极整流管、电压放大管、功率放大管等。常用电子管的电路符号如图519所示。 第5章音频放大与控制电路 图519常用电子管的电路符号 第5章音频放大与控制电路 在电子管的电路符号中，各电极的含义及其作用如下：灯丝（f）：由金属丝制成，通电后发热，加热阴极。阴极（k）：内置灯丝，被灯丝加热后发射电子。其作用相当于晶体管的发射极。屏极（a）：也称阳极，外接直流高电压，用以吸收阴极发射来的电子，形成屏极电流。其作用相当于晶体管的集电极。栅极（g1）：位于阴极与屏极之间，是信号输入电极，其作用相当于晶体管的基极。栅极上加有相对于阴极为负的电压。 第5章音频放大

53、与控制电路 帘栅极（g2）：位于栅极与屏极之间，外接直流高电压，以加速阴极发射的电子流向屏极。抑制栅极（g3）：位于帘栅极与屏极之间，在管内与阴极相连，其作用是防止二次发生电子。集聚电极：它是束射四极管特有的电极，位于帘栅极与屏极之间，在管内与阴极相连，其作用是使电子会聚成束，集中流向屏极，以提高输出功率。 第5章音频放大与控制电路 2电子管电压放大电路电子管电压放大电路图520所示为电子三极管组成的电压放大电路。由图520可见，由电子三极管组成的放大电路与晶体三极管放大电路结构相似，电子三极管的屏极a、栅极g和阴极k分别与晶体三极管的集电极c、基极b和发射极e相对应。Rg、Rk、Ra分别为栅

54、极电阻、阴极电阻和屏极电阻，Cg、Ca分别为栅极输入耦合电容和屏极输出耦合电容，Ck为阴极旁路电容。具体工作时，灯丝通电后发热，阴极被加热后发射电子，在栅极负电压的控制下，阴极发射的电子飞向屏极，形成屏极电流。 第5章音频放大与控制电路 图520电子三极管电压放大电路第5章音频放大与控制电路 当栅极回路没有信号电压输入时，电子管处于截止状态，此时输入和输出回路中的电压、电流都是直流。当栅极回路输入信号电压的正半周到来时，栅极电压升高，屏极电流增大，在屏极电阻两端的压降增大，屏极电压降低，而且屏极的输出信号为负半周。同理，当栅极回路输入信号电压的负半周到来时，屏极电压升高，且为正半周。 第5章音频放大与控制电路 3电子管功率放大电路电子管功率放大电路与晶体三极管作为功率放大器的应用类似，利用电子管也可构成单管甲类功率放大器、乙类推挽功率放大器、甲乙类推挽功率放大器等多种类型的功率放大电路。图521