反饋在擴(kuò)音機(jī)電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

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摘要：日常生活的很多電器的工作都離不開擴(kuò)音設(shè)備，例如音響，耳機(jī)，話筒，電視等。擴(kuò)音設(shè)備將話筒等設(shè)備中接收的微弱信號(hào)放大成可以推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲的大功率信號(hào)。在放大電路中采用反饋機(jī)制能夠改善電路的放大性能，本文主要介紹了反饋在電路中的接入形式和作用，介紹了擴(kuò)音機(jī)放大電路的設(shè)計(jì)，并分析了擴(kuò)音機(jī)電路中對(duì)反饋的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：擴(kuò)音機(jī)電路設(shè)計(jì)；反饋；放大電路

擴(kuò)音機(jī)可以把來自前一級(jí)的較弱的信號(hào)進(jìn)行放大，在音響電話等發(fā)聲設(shè)備中發(fā)揮著巨大的作用。擴(kuò)音機(jī)由前置放大器，音調(diào)控制器，功率放大器三部分組成，這三部分電路設(shè)計(jì)中均采用放大器。由于放大器的工作常常受到溫度等外界因素的影響而不能穩(wěn)定工作，因此需要引入反饋機(jī)制。

一、反饋的類型和作用

反饋是電路中常用的一種調(diào)節(jié)機(jī)制，它是我們通過閉環(huán)把電路中輸出回路的電流或電壓中的一部分或全部送回到輸入回路的過程。

（一）反饋的類型

在對(duì)電路的影響上反饋可以分為正反饋和負(fù)反饋兩種：正反饋在電路中表現(xiàn)為增強(qiáng)凈輸入信號(hào)，而負(fù)反饋可以減小凈輸入信號(hào)，正反饋使放大電路工作不穩(wěn)定，極易產(chǎn)生震蕩，一般用于信號(hào)發(fā)生器等電路中，而負(fù)反饋可以達(dá)到提高增益的穩(wěn)定性，減小非線性失真，抑制環(huán)內(nèi)噪音，拓展頻帶的效果。所以在放大電路中引入負(fù)反饋可以改善放大電路的各項(xiàng)性能指標(biāo)，相比正反饋有更穩(wěn)定的作用效果。

（二）反饋的作用

1、提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。在中頻段的表達(dá)式可寫成等式兩端同時(shí)對(duì)求導(dǎo)并同除可得，也就是說變化率減小為原來的倍，因此，穩(wěn)定性是開環(huán)電路的倍，起到了提高放大倍數(shù)穩(wěn)定性的作用。2、減小非線性失真。由于組成放大電路的半導(dǎo)體元器件具有非線性特性，會(huì)使部分幅值過大的，或者靜態(tài)工作點(diǎn)不恰當(dāng)?shù)妮斎胄盘?hào)，產(chǎn)生非線性失真。在引入負(fù)反饋后，輸出的信號(hào)會(huì)減小到原來的倍，并且疊加的負(fù)反饋信號(hào)與輸出信號(hào)的失真情況相同，抵消了原來嚴(yán)重的失真結(jié)果，從而使正負(fù)半周的幅值接近從而減小了非線性失真。3、拓寬頻帶。加入負(fù)反饋使放大器的閉環(huán)通頻帶比開環(huán)時(shí)展寬，也就是當(dāng)輸入信號(hào)減小時(shí)，反饋信號(hào)也隨之減小，使相對(duì)凈輸入信號(hào)增大，反之輸入信號(hào)增大時(shí)，反饋信號(hào)也隨之增大，是相對(duì)凈輸入信號(hào)減小，從而帶到了展寬通頻帶的效果。4、改變輸入電阻和輸出電阻。由于電阻的串并聯(lián)分別具有分壓和分流的特點(diǎn)，我們可以很容易地推斷出：串聯(lián)負(fù)反饋增大輸入電阻，并聯(lián)負(fù)反饋減小輸入電阻；電流負(fù)反饋增大輸出電阻，電壓負(fù)反饋減小輸出電阻。5、抑制反饋環(huán)內(nèi)噪聲和干擾。因?yàn)橐肓素?fù)反饋機(jī)制，噪聲和干擾可以通過負(fù)反饋的形式在輸入端相減抵消。

二、擴(kuò)音機(jī)電路簡介

擴(kuò)音機(jī)的電路由前置放大電路，音頻控制電路，功率放大電路三部分組成。前置放大電路主要完成對(duì)小信號(hào)的放大，通常需要輸入阻抗大，輸出阻抗低，頻帶寬，噪音小等特性；音調(diào)控制電路作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)不同頻率內(nèi)容的放大和衰減；功率放大器主要用于提供足夠的輸出功率來帶動(dòng)外接揚(yáng)聲器的負(fù)載部分。

（一）前置放大器

由于功率放大器具有輸入靈敏度的限制，輸入的信號(hào)強(qiáng)度過小，將得不到放大作用，輸入的信號(hào)強(qiáng)度過大，將造成輸出信號(hào)嚴(yán)重失真。因此我們需要在擴(kuò)音機(jī)電路中引入前置放大器，使得放大器適應(yīng)不同的輸入信號(hào)，為不同強(qiáng)度的聲音源信號(hào)提供放大，衰減，或阻抗變換，從而與功率放大器匹配。此外，對(duì)于聲音源的頻率差別，比如磁帶中的低音衰減，高音提升的效果，將在頻率均衡網(wǎng)絡(luò)放大器中得到補(bǔ)償，使輸入信號(hào)的頻率特性曲線近乎平坦。前置放大器可匹配話筒的輸出阻抗和前置放大器的輸入阻抗，同時(shí)使得前置放大器輸出信號(hào)的幅度與功率放大器的輸入靈敏度匹配。由于聲音源信號(hào)微弱，前置放大器中輸入級(jí)噪聲對(duì)于放大作用的影響將非常大，因此前置放大器的輸入級(jí)往往采用低噪聲電路，采用低噪聲晶體管，并合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)。在采用集成運(yùn)算放大器作為前置電路的時(shí)候，需要保證采用低噪聲、低漂移的集成運(yùn)算放大器。另外，前置放大器需要保證足夠?qū)挼念l帶來避免放大時(shí)造成的失真。

（二）音調(diào)控制電路

音調(diào)控制電路通過控制放大器的頻率響應(yīng)曲線形狀控制放音音色，來適應(yīng)不同聽眾對(duì)銀色的不同需求。同時(shí)，音調(diào)通知電路還有補(bǔ)償欠缺頻率分量的作用進(jìn)而提高音質(zhì)的效果。高保真放音電路中，通常采用對(duì)高音低音進(jìn)行調(diào)節(jié)，而對(duì)中頻音不進(jìn)行明顯控制的電路，從而保證音量在調(diào)控過程中不會(huì)過高或過低。當(dāng)音調(diào)控制電路是通過RC元件組成的，通過RC電路的傳輸特性使得某一頻段的音頻信號(hào)獲得調(diào)整，達(dá)到了控制音調(diào)的效果。音調(diào)控制電路分為衰減式和負(fù)反饋式，其中衰減式音調(diào)控制電路的調(diào)節(jié)范圍比較寬，產(chǎn)生的噪聲和失真也比較大；負(fù)反饋式音調(diào)控制電路的噪音和失真都比較小，并在調(diào)節(jié)音調(diào)時(shí)其轉(zhuǎn)折頻率可以固定不變．

（三）功率放大器

在擴(kuò)音機(jī)電路中，功率放大器的作用是為音響放大器的負(fù)載提供所需輸出功率。功率放大器的主要功能指標(biāo)有最大輸出不失真功率、失真度、信噪比、頻率響應(yīng)和效率。相對(duì)于分立的元件晶體管，集成運(yùn)算放大器具有使用方便、體積小、成本低、溫度穩(wěn)定性好，功耗低，電源利用率高，失真小，過流保護(hù)、過熱保護(hù)、過壓保護(hù)、自啟動(dòng)、消噪等優(yōu)點(diǎn)。

三、擴(kuò)音機(jī)各級(jí)電路反饋分析

（一）前置放大器

由圖1可知，該前置放大電路中引入了兩個(gè)電壓串聯(lián)反饋。第一個(gè)運(yùn)算放大器的輸出電壓一部分分壓在R3和C2的并聯(lián)支路兩端上，另一部分在R2兩端構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，并將R2兩端電壓作為反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓疊加到輸入回路中。第二個(gè)運(yùn)算放大器的輸出電壓一部分分壓在R6兩端，另一部分分壓在R5和C4的串聯(lián)支路上，并將R5和C4兩端電壓作為反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出疊加到第二個(gè)運(yùn)算放大器的反相輸入端。因此，前置放大器運(yùn)用了兩個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)定了電路的表現(xiàn)。，將運(yùn)算放大器的輸出電壓短路，反饋信號(hào)也將消失，同時(shí)反饋信號(hào)和電路的輸入信號(hào)并入同一支路，因此，我們可以判斷音調(diào)控制電路對(duì)運(yùn)算放大器進(jìn)行了電壓并聯(lián)負(fù)反饋，這樣的設(shè)計(jì)使放大器工作在線性區(qū)，并提高了電路的穩(wěn)定性。降低了噪音和失真，構(gòu)成了穩(wěn)定的負(fù)反饋式音調(diào)控制電路。

（二）功率放大器圖

3中展示的是一種集成的功率放大電路。由圖可知該功率放大器有一個(gè)電壓串聯(lián)反饋電路組成，的電壓一部分電壓分在R16上，另一部分電壓分在R13和C14的串聯(lián)支路上，并由R13和C14兩端電壓作為反饋電路的輸出電壓輸入到反相輸入端中，提升了功率放大器的表現(xiàn)性能。

四、結(jié)論

擴(kuò)音器設(shè)計(jì)的各個(gè)電路中均采用了反饋電路，并通過電路中的負(fù)反饋達(dá)到了提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，減小非線性失真，拓寬頻帶，控制輸入電阻和輸出電阻的目的，從而減小了噪音等對(duì)擴(kuò)音機(jī)的不利影響，改善了擴(kuò)音機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，使設(shè)計(jì)的電路表現(xiàn)達(dá)到人們對(duì)擴(kuò)音設(shè)備的設(shè)計(jì)需求。

參考文獻(xiàn)：

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[4]北京郵電大學(xué)擴(kuò)音機(jī)電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).

作者：郭宗南 單位：泰安二中