多通道电子分频放大器的制作
自从数字技术进入音频领域，音源和输入系统的音质得到了很大的改善，前置放大器变成几乎只是音源选择开关和音量电位器的简单东西。但与此相反，输出系统却与模拟时代时一样变化不大，其原因因主要是扬声器的 原理并无大变。由于声频范围宽至九至十个倍频程，要使扬声器的振动系统在如此宽的频率范围内，完全线性地按照电信号振动十分困难，再要求具有线性的声辐射 特性.几乎是不可能的。 一个解决的途径是把声频范围分成数段.再用数只扬声器分段放音，这即是多扬声器系统，常见的是二单元和三单元系统。但是分割频带需 要分频网络，一般是在功率放大器和扬声器之间插入 L 、 C 滤波器。 由于扬声器并非纯电阻成分，给分频器的设计带来困难，不易得到良好的性能;且优质的分频器需要选用优质的电感器和电容器，价格不菲。 此外，由于各种扬声器 的效率不同 ( 高音扬声器比低音扬声器约高 6 分贝 ) ，为了平衡整个频带的声压，需要在分频器中插入衰减器，以降低高效率扬声器的电平.其结果是整个扬声器系统成为几个最低效率扬声器的组合。 为了改变这种情况，产生了多通道放大器方式。 在前置放大器之后用有源滤波器分割频带，各频段有自己的功率放大器和扬声器，各频段的电平在各功率放大器之前用电位器调整。这种方式的优点是显而易见 的，它取消了前述 LC 网络，又能有效地利用各个扬声器的效率;同时，也降低了对功率放大器的频率要求，输出功率也可以小一些;这种结构示于图 1 ，其关键电路是有源滤波器。 滤波器有低通、高通、带通滤波器以及带阻滤波器。低通滤波器容许从零频至其截止频率的分量通过 ; 而阻止高于截止频率的分量;高通滤波器阻止低于其截止频率的分量，而容许高于它的分量通过：带通滤波器容许界于其低截止频率和高截止频率之间的频率分量通 过，而阻止这一频率范围外的所有频率分量。 使用运算放大器的有源滤波器可以取消电感元件，并能获得电压或电流增益。按滤波器截止特性不同可分为贝塞尔型、契比雪夫型和巴特沃斯型.其特性曲线见 图 2 ，主要表现在截止频率附近.贝塞尔型下降缓慢，契比雪夫型下降陡峭，而巴特沃斯型界于二者之间。截止特性通常用 l 倍频程的衰减量为多少分贝来表示，二阶滤波器的每倍频程衰减量为 12 分贝，三阶滤波器为 18 分贝.图 3 是标准的巴特沃斯二阶有源滤波器。图 3a 为低通滤波器，其计算公式如下：
R1 实际选取 18k Ω， R2 实际选取 9.1k Ω， C 实际选取 2200pF 和 270pF 并联。 图 4 是一款音频用 12 分贝三通道电子分频器的原理图。选用多通道前级分频比在功率放大器后分频更能获得良好的音质。三通道分频的频率范围分别是低频～ 500Hz ： 中频 500Hz~5kHz ;高频 5kHZ 。它们合成的频率特性示于图 5 。 其低频滤波器和高频滤波器即是前而的设计例：中频采用了带通滤波器.由一级高通滤波器和一级低通滤波器组合而成.其 R 、 C 的计算与设计例相同。这里把低通滤波器设置在高通滤波器之后可以减少残留噪声，在滤波器之前设置一缓冲器有利于与音源的匹配，其输入端的 1k Ω和 150pF 用于限制输入信号的带宽：各滤波器的输出端均用 1k Ω的 10 圈线绕电位器作输出电平调整。 三路滤波器的输出信号分别接至相同的三个功率放大器，其电路示于图 6 。首先用输入级为 FET 的运放 LF357 作电流缓冲，末级功放管采用高频特性好的 MOSFET ，偏置电路用二极管和电阻构成.利用半可变电阻 VR2 设置静态电流，静态电流的测定可在无信号时测量源级电阻 (0.47 Ω ) 两端电压。然后利用公式 I="U" / R 算出。末级负反馈从 MOSFET 的源极加到运放的反相端。由于用作驱动的运算放大器的电源电压不能过高，限制了功放的最大输出。如运放电源电压为± 15V ，驱动级最大输出电压为土 12V=24V ，扬声器阻抗 RL="8" Ω，则末级最大输出功率 P="Vcc" × (VCC / 8RL)=24 × 24 / 64=9W 。这个功率似乎偏小，但实际上这只是一个频段的输出功率，加上另外两个频段的输出功率，已完全适用。
图 6 中，功放输出端的 Rx 、 Cx 及 LY 、 RY 是为稳定电路工作而设。由于扬声器不是纯电阻成分，在频率升高时，其电感成分会变大，相当于高频负荷变轻、高频增益提高，可能引起电路振荡;加入相当于高频负荷的 Rx ，就能避免振荡。 当用较长的电缆连接功放和扬声器时，由于电缆电容的存在.会加重高频负荷，使功放工作不稳定;加入 LY ， RY ，可避免这种情况。 LY 和 RY 是用直径 1mm 漆包铜线在 101 Ω 5W 碳膜电阻上密绕 10 匝而成。 为了保护扬声器，在各功放的输出端要串人 2A 的熔丝，在高频通道，还要在功放和扬声器之间串人 2.5 μ F 的聚丙烯电容器，以保护高频扬声器。 各通道滤波器只要电阻、电容的数字准确.一般不需调试.功率放大器的调整：在无信号输入时调整 VR1 使输出电压为 0V ，然后调整 VR2 使源级电阻 0.47 Ω两端电压为 0.1V( 约 200mA) 即可。
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