音响电路故障分析.docx
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音响电路故障分析
【课题】
第五章 扩音机
第一节 扩音机的基本结构和工作过程
新授课
【教学目标】
1．知识目标：
了解扩音机的基本结构、单声道扩音机和立体声扩音机的区别，理解前级、后级的概念，掌握各单元电路的作用。
2．能力目标：
了解扩音机的基本结构，前级、后级的相互关系，各单元电路的作用。
3．情感目标：
激发学生浓厚的学习兴趣，培养学生严谨的科学态度，锻炼实际分析能力。
【教学重点】
扩音机的基本结构，各单元电路的作用。
【教学难点】
前级、后级的概念，掌握各单元电路的作用。
【教学方法】
读书指导法、分析法、演示法、练习法。
【课时安排】
1课时（45分钟）。
【教学过程】
扩音机是一种对声音信号进行放大的电子设备。
1．基本结构
包括前置放大器和功率放大器两大部分。
（1）前置放大器
由输入选择与均衡放大电路、等响音量控制电路、音调控制电路等组成。
（2）而功率放大器
由功率放大电路和扬声器保护电路组成。
2．工作过程
扩音机通电后，输入选择电路对收音调谐器、录音座、CD唱机和AV辅助输入等信号源的信号进行选择与控制，获得所需的信号，该信号经均衡放大电路进行频率特性的校正和放大，使输入信号的频率特性变得较为平坦，同时使各种信号源输入的信号电平基本趋于一致。
均衡放大后的信号则由等响音量控制电路控制信号的强弱，从而调节音量的大小。
等响控制的目的主要是在音量较小时提升高、低频信号成分，以补偿人耳听觉的不足，在低响度时得到较丰满的声音信号。
而音调控制电路则主要是根据个人的喜好调节电路的频率特性，适当提升或衰减声音中的高、低频成分，以满足听音者的需求。
经前置放大器放大处理后的信号被送入功率放大器进行功率放大，以推动扬声器重放出声音。
扩音机中为了保护扬声器免受电路冲击电流的干扰，或在电路出现故障时烧毁扬声器，常在功率放大器中加入扬声器保护电路。
3．结构形式
在高保真的音响设备中，扩音机通常有合并式和分体式两种组合结构形式。
（1）合并式
是把前置放大器和功率放大器组合在一起。
这种形式把“前置”和“功放”合并在一起，这时由于小信号电压放大的前置级和大信号电流放大的功率放大在电性能上不能互相兼顾，因而不能使扩音机达到最佳的工作状态，特别是前、后级的电源馈电，电源变压器的电磁干扰，印制电路板的走线排列,共用地线的走向等方面总会存在一定的相互干扰，影响整机性能的提高。
（2）分体式
是在设计制造上把前置放大器和功率放大器彻底分开，分别使用独立电源，单独的机壳，使前、后级之间互不干扰,形成前、后级分体式的结构，在使用时再把它们用信号传输线连接起来，这种分体式结构的扩音机可获得极高的性能指标。
以上所述是单声道扩音机的结构和工作原理，而立体声扩音机则是两部性能一致的单声道扩音机的组合，分别放大左和右声道的信号。
〖板书〗
第一节 扩音机的基本结构和工作过程
1．基本结构
2．工作过程
3．结构形式
第二节 前置放大器
一、输入均衡电路
二、等响音量控制电路
新授课
【教学目标】
1．知识目标：
了解等响音量控制电路的作用，熟悉等响音量控制电路的工作原理，掌握输入均衡电路、等响音量控制电路的电路分析方法。
2．能力目标：
了解输入均衡电路、等响音量控制电路的作用和电路的分析方法。
3．情感目标：
激发学生浓厚的学习兴趣，培养学生严谨的科学态度，锻炼实际分析能力。
【教学重点】
输入均衡电路、等响音量控制电路的电路分析方法。
【教学难点】
等响音量控制电路的工作原理。
【教学方法】
读书指导法、分析法、演示法、练习法。
【课时安排】
2课时（90分钟）。
【教学过程】
一、输入均衡电路
是一种常用的频率均衡放大器，电路的特点在于通过开关S的控制，分别接入特性不同的均衡补偿网络，使电路有四种不同的频率特性，以适应不同信号源的补偿需要。
1．话筒信号、收音信号或线路信号输入的频率补偿
当S置于1时，均衡网络由电阻R8组成。
由于R8阻值不随频率的改变而变化，所以只构成一般的交流负反馈电路，这时放大器的频率响应为平坦特性，适用于话筒信号、收音信号或线路输入信号的输入。
2．密纹唱片放送信号输入的频率补偿
当S置于2时，均衡网络由R9、R10、R11、C6、C7等五个元件组成，且它们的取值要符合R11>R10、C7>C6的条件，网络呈现的总阻抗为ZEQ。
均衡电路工作时，对低于1kHz的低频段信号，C6容量较小，可视为开路，而C7的容抗则随着频率的降低而增大，ZEQ也随频率降低而增大，于是电路负反馈量减小，放大器增益上升。
当频率降低至50Hz以下时，与C7并联的电阻R11的阻值已可与C7的容抗相比拟，即R11作为回路的主要反馈元件，使得低于50Hz的频率的提升量受到限制。
这样，电路的输出频率特性在低频段将呈现具有两个转折频率（分别为f1=50Hz,f2=500Hz）的低频提升状态。
而对高于1kHz的高频段信号，R11的阻值比C7的容抗大得多，且在高频段C7的容抗将变得很小而可视为短路，这时C6的容抗将随频率的升高而减小，它与R10并联的结果使网络总阻抗ZEQ随之减小，于是反馈量增大,放大器增益下降。
这样，电路形成高频衰减的频率特性（其转折频率f3=2120Hz），于是，C7、C6、R11、R10等元件的共同作用，就使电路具有了提升低频、衰减高频的频率特性。
所形成的频率特性曲线如下图所示。
由于电路元件参数所决定的三个特定转折频率，使电路的特性适用于动圈式唱头的唱机进行密纹唱片放送的输入放大，故把该补偿特性称作RIAA频率均衡特性。
在反馈型的频率均衡电路中，如果高频段的负反馈太深，会导致电路产生高频自激，使放大器工作不稳定。
为此，在均衡网络中还串入一个电阻R9，当工作频率高于32kHz时，C7、C6的容抗都接近于零，但还有R9限制其反馈量，使电路获得32kHz以上高频的平坦特性。
3．铬带信号重放输入的频率补偿
当S置于3时，均衡网络由R12、R13、C8组成。
在中低频段，C8的容抗随频率的降低而增大，使得与R13并联的网络阻抗也逐步增大，反馈量减小，电路增益上升。
当频率低于50Hz以下时，C8的容抗很大，相当于开路，电路由R12、R13串联作为反馈电阻，使得电路具有最大的增益。
对于中高频段，C8的容抗随频率的增高而减小，反馈量增大，电路增益下降。
这样，电路将呈现一条提升低频、衰减高频的特性曲线，该曲线具有两个特定的转折频率f1=50Hz,f2=2280Hz。
这种补偿特性曲线如图所示，适用于磁带（铬带）信号重放的输入补偿。
4．普通带信号重放输入的频率补偿
当S置于4时，均衡网络比S在3状态时多串联一个电阻R14，使得电路的高频段转折频率（f2=1330Hz）发生变化，呈现另一条补偿特性曲线，以适用于磁带（普通带）信号重放的输入补偿。
上述两种磁带重放补偿特性曲线又称为NAB补偿特性曲线。
两种补偿特性曲线其转折频率的时间常数不同，因此，常以此进行区分，一种称为70μs（铬带）补偿特性曲线，另一种则称为120μs（普通带）补偿特性曲线。
二、等响音量控制电路
由于人耳听觉的频响特性与音量大小有很大关系，对中音比较敏感，对低音和高音则比较迟钝。
这种感觉在低响度时尤为严重，而在高响度时，则不那么明显。
所以在低响度的场合，常会感觉声音的频带明显变窄，高、低音成分显著减少，声音的丰满度变差。
只有在高响度时，人耳对不同频率的声音所感觉到的响度才大致相同，并且这种特性将随人的年龄增大而越呈明显。
可采用等响度控制（又称作低响度控制）的办法来解决这个问题。
在声音小时，对高、低音进行补偿，以弥补人耳听觉上的不足。
由于这种补偿须随音量大小而变化，故常把补偿电路加在音量控制电位器上，随着该电位器的开大或关小，对扩声设备的频响特性进行自动补偿，即电位器关得越小，高、低音的补偿量越大，使音量无论开大或关小，人耳对高、中、低音都具有相同的响度感觉，故常称作等响音量控制。
1.等响音量控制电路基本原理
等响音量控制电路通常采用有固定抽头的电位器作为音量控制，并加上由RC元件组成的高、低音提升网络。
电位器RP有一固定抽头B，使得电位器C、B、D三端的电阻等效于R1、R2的串联，C1、R1组成高音提升网络R、C2是低音提升网络。
当电位器RP的滑动点A移到C端（音量最大）时，信号直接输出，无任何提升作用，其频响为一直线。
随着A点逐渐往下移，高、低音提升网络逐渐起作用。
当到达B点时，高、低音的提升量达到最大。
A点再往下调节时，提升量保持在B点的最大值而不再提升。
R1、C1是一个高通网络。
C1的取值应使中、低音等效于开路，频率越高，容抗越小。
这样，中、低音被R1衰减输出的同时，高音则通过C1输出，从而获得高音提升特性，高音提升的转折频率为
。
R、C2组成的低音提升网络并接在R2两端，它实际上是一个RC的高音衰减电路。
C2的取值应使中、高音呈短路，对于低音因频率越低，容抗越大，衰减量越小，即低频提升量越大。
电阻R对低音提升量有明显影响，R越大，提升量越小。
低频提升的转折频率为
。
等响音量补偿电路在低、中、高频的等效电路和补偿特性分别如图所示。
2.等响音量控制电路
从人耳的听觉特性可知，对低音的补偿量要求比高音大。
此外，晶体管在高音频时的噪音比低音频时要大得多。
因此，有些场合只要求对低音进行补偿。
常用的等响音量控制电路。
电路中使用了一只等响度控制开关S，当音量较大时，把开关S拨到OFF位置上，等响度补偿网络便不起作用，也就是说，在高响度时不再提升高、低音，但仍通过开关把R3接入电路，这是为了保持断开等响度控制状态时，电路对中音频的等效电路不变，中频等效电路，以避免当开关转换状态时，音量大小发生明显的变化。
当音量较小时，把开关置于ON位置时，等响度补偿网络产生作用，在音量较小时，C1提升高频，C3、R3提升低频，从而实现了低响度时的高、低频补偿提升作用。
〖板书〗
第二节 前置放大器
一、输入均衡电路
二、等响音量控制电路
三、音调控制电路
四、带宽控制电路
新授课
【教学目标】
1．知识目标：
了解音调控制电路、带宽控制电路的作用，熟悉音调控制电路、带宽控制电路的电路形式，掌握音调控制电路、带宽控制电路的电路分析方法。
2．能力目标：
掌握音调控制电路、带宽控制电路的作用和电路的分析方法。
3．情感目标：
激发学生浓厚的学习兴趣，培养学生严谨的科学态度，锻炼实际分析能力。
【教学重点】
音调控制电路、带宽控制电路的作用及分析方法。
【教学难点】
音调控制电路、带宽控制电路的分析方法。
【教学方法】
读书指导法、分析法、演示法、练习法。
【课时安排】
2课时（90分钟）。
【教学过程】
三、音调控制电路
在重放音时，人耳对音乐和语言所要求的频率范围是不同的。
收听音乐时，要采用曲线特性，把高、低音都加以提升，才能使声音丰满动听。
但在听唱歌或戏曲时，则频率特性最好如图（b）那样，把3~4kHz左右的中高音区提高一些，使演唱明亮柔和，而150~350Hz左右的中低音区也稍加提升，使演唱和乐器有一定丰满感，但低音不宜过多，以免使声音发闷。
在收听语言广播时，尤其是男声新闻广播，则需要图（c）那样的特性，对2~3kHz的中高音区适当提升，对低音和高音区要进行衰减，这样才能避免声音出现沉闷不清等现象，使声音清晰悦耳。
因此，在高保真放音设备中，往往采用音调控制装置，来调节放大器通频带范围内的频率特性，以适应人们在听觉习惯上的不同爱好、放音环境的差异以及扬声器系统的不足，使放音效果得到改善。
所谓音调控制，就是通过调节放大器的频率特性，改变信号中高、低频成分的比重。
常用的音调控制有衰减式、衰减负反馈混合式、谐振式和图示均衡器等几种形式。
音调控制的基本特性曲线音调控制的基本特性有四种，即低音提升、高音衰减、高音提升和低音衰减，如图所示。
请同学们参照该图进行分析。
同理，高音提升和低音衰减则是以f2和f1作为其提升或衰减的转折频率，其频率特性如图（c）、（d）所示，请同学们参照该图进行分析。
2.衰减式音调控制
衰减式音调控制电路具有控制范围大、调整方便的特点，要求与其配合的放大器的前级要有低的输出阻抗，后级要有高的输入阻抗，才能满足控制电路的要求。
各元件关系
a．R1»R2
b．RP1、RP2»R1、R2
c．对于频率在1kHz左右的中音频信号来说，C1、C2近似于开路，C3、C4近似于短路，其等效电路如图所示。
请同学们参照该图进行分析。
衰减式音调控制电路如图所示。
请同学们参照该图进行分析。
（1）R1→A时，其特性及等效电路如图（a）所示。
由于C3、C4对中、高频信号可视作短路。
RP1的阻值又远大于R2，所以RP1、C2，支路可忽略，等效电路如图所示，请同学们参照该图进行分析。
（2）RP1→B时，其特性及等效电路如图（b）所示。
请同学们参照该图进行分析。
（3）RP2→C时，其特性及等效电路如图（c）所示。
请同学们参照该图进行分析。
（4）RP2→D时，其特性及等效电路如图（d）所示。
请同学们参照该图进行分析。
总的综合频率特性曲线如图所示。
3.衰减、负反馈混合式音调控制
是利用电路的衰减特性和负反馈作用来共同对信号的频率特性进行提升或衰减。
其基本电路如图所示。
请同学们参照该图进行分析。
对电路要求：
a．放大口（VT1）有足够高的开环增益
b．C3、C4对中、高频短路
C1、C2对中、低频开路
c．RP1、RP2»R1、R2、R3、R4
下面就音调电位器RP1、RP2在各个不同位置的情况进行分析。
（1）中音频（1kHz）的增益
对于中音频，C3、C4相当于短路，C1、C2相当于开路，电路等效化简为图所示。
请同学们参照该图进行分析。
（2）RP1→A，其电路可等效为图（b）所示电路。
请同学们参照该图进行分析。
（3）RP1→B，其等效电路如图（c）所示。
请同学们参照该图进行分析。
（4）RP2→C，其等效电路如图（d）所示。
请同学们参照该图进行分析。
（5）RP2→D，其等效电路如图（e）所示。
请同学们参照该图进行分析。
从上述可知，把RP1、RP2置于A、B或C、D点时，可分别得到低音提升、衰减和高音提升、衰减四种不同的特性，音调控制电路的综合控制特性曲线如图所示。
4.图示均衡器
多频段音调控制又称作图示均衡器，是使用较多的音调控制方式。
该电路一般都是由各频段的陷波器和控制各频段提升或衰减量的公用放大器两部分组成。
图所示是由运算放大器组成的陷波器。
请同学们参照该图进行分析。
因此，调节C1、C2的容量，可以改变陷波器的中心频率。
公用放大器如上图所示，它也是由运算放大器A组成。
请同学们参照该图进行分析。
三菱公司生产的单通道五段均衡专用集成电路M5227P的内电路和应用电路，请同学们参照该图进行分析。
其各频段控制综合频响曲线如图所示。
电路中，RG1、RG2的阻值大小决定各频段的最大提升量和衰减量，阻值愈大则各频段的提升和衰减量也愈大。
其取值为2.7kΩ时，电路具有±12dB的提升、衰减量。
为了提高均衡电路的输入阻抗，电路还在输入端增加了一级由A7F007组成的电压跟随器。
四、带宽控制电路
为了取得较好的电声指标，高保真的放音系统电路的频带都设计得很宽，其高频响应可达几十、甚至几百kHz。
为了提高放音质量，在要求较高的高保真电路中，采用了带宽控制电路，针对不同种类的信号源，适当地压缩电路的通频带，以减小噪声干扰。
通过带宽控制电路，把高频段的噪声和低频端的交流声干扰滤除，就可以使放音的信噪比得到提高。
带宽控制电路往往采用RC高、低通滤波网络和RC有源滤波器，要求对控制频带范围之外的信号有较大的衰减作用（12dB/oct），而频带范围内的频率特性则应较为平坦。
1.RC基本滤波节和有源滤波器
最简单的通频带控制电路由RC基本滤波节组成，如图所示。
请同学们参照该图进行分析。
晶体管有源高通和低通滤波器。
它由晶体管射极输出器和RC滤波电路组成，该滤波器的截止频率fc由电路的RC滤波元件的时间常数决定。
在频带范围之外，输出信号按每倍频程12dB的斜率衰减。
2.带宽控制电路
常用的带宽控制电路如图所示。
请同学们参照该图进行分析。
该带宽控制电路的频率特性如图所示。
〖板书〗
第二节 前置放大器
三、音调控制电路
四、带宽控制电路
第二节 前置放大器
五、电子分频电路
六、音质增强电路
七、超重低音电路
新授课
【教学目标】
1．知识目标：
了解电子分频电路、音质增强电路、超重低音电路的作用，熟悉并掌握电子分频电路、音质增强电路、超重低音电路的电路分析方法。
2．能力目标：
了解相关电路的作用，能够分析相关电路的工作原理。
3．情感目标：
激发学生浓厚的学习兴趣，培养学生严谨的科学态度，锻炼实际分析能力。
【教学重点】
电子分频电路、音质增强电路、超重低音电路的作用。
【教学难点】
电子分频电路、音质增强电路、超重低音电路的电路分析方法。
【教学方法】
读书指导法、分析法、演示法、练习法。
【课时安排】
2课时（90分钟）。
【教学过程】
五、电子分频电路
在高保真的放音系统中，为了得到较高的还音质量，往往采用高、低音（或高、中、低音）多个扬声器放音。
在要求较高的场合，常采用电子分频电路。
在信号送入放大器之前，利用电子分频电路把全频带信号分成高、低两个频段，然后分别送入两组（或三组）功率放大器，对高、低音频信号分别进行放大，再送至各自的扬声器还音。
在家庭影院系统中，为了得到超低音的感受，就需要利用分频电路在音频信号中分离出超低音频信号，即80Hz以下的音频信号，再加以处理和放大，然后送至低音扬声器。
目前采用较多的是超重低音激励器和超重低音有源音箱，而超重低音激励器通常连接在功率放大器之前。
1.滤波型分频电路
滤波型分频电路是采用了截止频率fc相同的高通和低通有源滤波器，按图所示的形式组合起来，利用高通和低通滤波器的特性，在截止频率fc处把全频带的音频信号分隔为高频道和低频道。
为了要把高、低频信号分隔清楚，滤波器要具有12dB/oct以上的衰减率。
图所示是一实用的电子二分频电路。
请同学们参照该图进行分析。
2.滤波－运算型分频电路
它把滤波器和运算器相结合，其结构框图如图所示。
请同学们参照该图进行分析。
具体的滤波－运算型分频电路如图所示。
请同学们参照该图进行分析。
六、音质增强电路
音质增强电路常采用美国BBESound公司的BBE音频高分辨率增强技术，以弥补扬声器在重放声音中的固有缺陷，恢复声音重放的清晰度，达到大幅度改善听音质量的效果。
BBE音质增强电路的作用是调整高、中、低音频之间的相位关系，它把声音频带分成三部分，低于150Hz的为低频、150~1200Hz的为中频、高于1200Hz的为高频，将低频和中频部分分别延迟2.5ms和0.5ms，高频部分不变，其结果高频部分相对地在时间上就超前了。
其次，BBE音质增强电路还能拓展高、低频的范围。
实际上可以认为BBE音质增强技术是音频处理中的瞬态改善技术，BBE音质增强技术对某声音信号瞬态改善的示意图，请同学们参照该图进行分析。
BBE2150AD是目前应用较多的单片BBE处理电路，具体电路如图所示。
请同学们参照该图进行分析。
与开关S1、S2、S3组成的控制功能见表。
七、超重低音电路
家庭影院系统中，常常通过超重低音电路，增强80Hz以下的低音频声音的重放，以获得更好的放音效果。
超重低音的重放常用的有以下两种方式。
1.超重低音激励器
该电路采用超重低音专用芯片M51134，其内部电路包括：
频率检测、调整器、电平检测、低通滤波运放、VCA压控放大器等。
超重低音激励器全电路如图所示，原理框图如图所示。
请同学们参照图进行分析。
2.超重低音有源音箱
超重低音有源音箱的电原理图，电路由扬声器输入衰减网络、线路输入混合网络、音量控制、补偿网络、可调式低通滤波器、功率放大器、倒相开关、电源等组成。
请同学们参照该图进行分析。
其频谱如图所示。
该音箱能接收扬声器输入和线路输入两种信号。
扬声器输入的衰减网络能适应OCL、BTL等工作方式的功放级,使用时只需将左、右声道功放的输出信号接至SPEAKER输入此时超重低音有源音箱的输出音量受控于原功放的音量控制。
线路LINEIN输入端子适合具有超低音输出接口（SUBOUT）的AV功放使用。
〖板书〗
第二节 前置放大器
五、电子分频电路
六、音质增强电路
七、超重低音电路
第三节 功率放大器
一、OCL功率放大电路
新授课
【教学目标】
1．知识目标：
了解OCL基本电路的结构特点和扬声器保护电路的作用，熟悉差分输入放大电路和OCL电路静态工作电流稳定的工作原理，掌握分离件OCL电路和OCL厚膜功放集成电路的分析方法。
2．能力目标：
掌握分离件OCL电路、OCL厚膜功放集成电路和扬声器保护电路的特点和分析方法。
3．情感目标：
激发学生浓厚的学习兴趣，培养学生严谨的科学态度，锻炼实际分析能力。
【教学重点】
差分输入放大电路和OCL电路静态工作电流稳定。
【教学难点】
差分输入放大电路、OCL电路静态工作电流稳定和扬声器保护电路的工作原理。
【教学方法】
读书指导法、分析法、演示法、练习法。
【课时安排】
4课时（180分钟）。
【教学过程】
第三节功率放大器
功率放大器是扩音机的后级，是高保真音响设备的关键核心部分。
其作用是对音频信号进行不失真的功率放大，以足够的电功率去推动扬声器。
其电路结构形式包括OTL、OCL、BTL以及全对称、全直流等多种形式。
一、OCL功率放大电路
在要求较高的放大器中采用OCL电路。
电路采用正、负两电源供电使推挽电路较为对称地工作，同时，省去了输出电容，使低频端没有衰减，其电声性能指标远远超过OTL电路。
1.OCL电路
（1）基本结构
OTL推挽功放电路，每个功率管分别由各自的电源VCC1和VCC2供电，且VCC1=VCC2，即VCE1=VCC1，VEC2=VCC2。
两管的发射极与扬声器直接相连接，无输出电容。
此时，OCL电路输出的中点电位VA=0。
这样就保证了扬声器中无直流电流流入，既保护了扬声器，又能避免额外的失真。
（2）工作过程
当输入信号vi加于电路输入端时，对于vi的正半周，VT1导通，VT2截止，产生电流iC1从左向右流经负载RL；对于vi的负半周，VT1截止而VT2导通，产生电流iC2从右向左流经负载RL；从而在负载RL上得到一个完整的放大了的输出信号。
OCL功放电路的输出功率与电源电压VCC1（VCC2）、负载电阻RL的关系为
其中，VCC1（VCC2）为每侧电源电压之值。
若以VCC=VCC1+VCC2，VCC1=
VCC表示，其输出功率则与OTL功放电路的输出功率
完全一样。
2.差分输入放大电路
OCL电路各级晶体管间均采用直接耦合，温度的变化，电源电压的波动，都会产生零点漂移现象，使OCL电路输出的中点偏离零电位。
因此，OCL电路往往在前级采用温度稳定性极好的差分（差动）放大电路来克服零点漂移，稳定电路的输出中点，确保中点为直流零电位。
（1）基本结构
由VT4、VT5及R1~R4组成差分电路。
它是一个单端输入、单端输出电路。
要求两只晶体管的特性参数对称，两只偏置电阻R2和R3电阻数值相等，一个接
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