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          便攜式設(shè)備中的無(wú)源元件對(duì)音頻質(zhì)量的影響

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          作者: 時(shí)間:2006-06-29 來(lái)源: 收藏

          在音頻電路設(shè)計(jì)中通常采用無(wú)源元件設(shè)置增益,提供電流偏置和電流退耦,并用來(lái)分隔相對(duì)獨(dú)立的直流電路模塊。而對(duì)于便攜式音頻設(shè)計(jì),因?yàn)槭艿娇臻g、高度和價(jià)格的限制,必須采用小封裝、低高度和低價(jià)格的無(wú)源元件。

          1 非線性的來(lái)源

          電容器和電阻器都具有電壓系數(shù),就是說(shuō)如果在其兩端施加不同的電壓時(shí)其物理參數(shù)會(huì)發(fā)生變化。例如,一個(gè)在零電壓下精確阻值為1.00kΩ的電阻器,如果施加10V的端電壓,那么,它的阻值將變?yōu)?.01kΩ。電壓系數(shù)的影響程度取決于元件的類型、結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分(對(duì)于電容器)。有些生活廠家會(huì)提供元件的電壓系數(shù)曲線圖,給出標(biāo)稱電壓百分比和標(biāo)稱電容器百分比的關(guān)系曲線。新一代薄膜電阻器具有非常好的電壓系數(shù),實(shí)驗(yàn)室條件下很難測(cè)量其誤差。電容器則不同,從以下幾方面來(lái)看將會(huì)限制音頻性能。

          ●電壓系數(shù)。

          ●介質(zhì)吸收(DA):一個(gè)看似完全放電的電容器仍然會(huì)有極少量的電荷殘留。

          ●等效串聯(lián)阻抗(ESR):這是一個(gè)與頻率相關(guān)的參數(shù),一個(gè)經(jīng)串聯(lián)耦合電容器驅(qū)動(dòng)的低阻抗耳機(jī)或擴(kuò)音器,由于耦合電容器存在ESR將會(huì)限制最大輸出功率。

          ●顫噪效應(yīng):有一些電容器具有有顯著的壓電效應(yīng),但它受到外部壓力彎曲時(shí),會(huì)在兩端產(chǎn)生相應(yīng)的電壓輸出。

          圖2

              ●公差:對(duì)于多數(shù)大容量的電容器(幾微法或者更高),一般很少標(biāo)注公差值。而電阻器的公差一般為1%~2%。

          下面介紹一種測(cè)試方法,同時(shí)也包括簡(jiǎn)單的測(cè)試電路。從音頻測(cè)試設(shè)備顯示結(jié)果來(lái)看,要吧清楚地量化音頻信號(hào)電路的電容器非常線性對(duì)音頻質(zhì)量的影響。我們的目的主要是提醒讀者注意這種現(xiàn)象,仔細(xì)觀察這種有代表性的結(jié)果,并且提供一種有效的測(cè)試和比較方法。

          2 測(cè)試方法

          電容器的非線性交流效應(yīng)比較容易發(fā)現(xiàn)。如果以模擬音頻電路的頻率響應(yīng)來(lái)劃分,最基本的濾波器包括高通、低通和帶通三種,這些濾波器的非線性特性是真實(shí)的并且是可以量化的。

          考慮一個(gè)簡(jiǎn)單的高速RC濾波器(見圖1)。當(dāng)輸入信號(hào)頻率高于它的-3db截止頻率時(shí),電容器相對(duì)于電阻器來(lái)說(shuō)具有很低的阻抗。如此高頻的交流信號(hào)在電容器兩端會(huì)產(chǎn)生非常小的壓差,那么電容電壓系數(shù)的影響就可以忽略。但是電容器的等效串聯(lián)電阻(ESR)與輸入信號(hào)電流的乘積會(huì)在電容器上產(chǎn)生相應(yīng)的壓降,必須注意ESR的非線性會(huì)增大電路的總諧波失真(THD)。

              當(dāng)信號(hào)頻率接受或等于-3db截止頻率的總諧波失真(THD),這種測(cè)試突出了電容器電壓系數(shù)的非線性特性對(duì)THD的影響。測(cè)試電路基于一個(gè)-3db截止頻率為1kHz的高通RC濾波器。當(dāng)我們選擇不同結(jié)構(gòu)、不同材料及不同類型的電容器時(shí),在音頻分析儀上觀察THD的變化情況。我們選擇了多種類型的1μF的電容器進(jìn)行測(cè)試。配合150Ω的負(fù)載電阻器,構(gòu)成一個(gè)標(biāo)稱截止頻率等于1kHz的耳機(jī)濾波器。需要注意的是電容器兩端沒有額外的直流偏置,輸入/輸出具有同樣的直流電位。

          3 不同電容器的測(cè)量結(jié)果

          圖2給出上述電路的THD+N與頻率的關(guān)系曲線,圖(a)選用的是聚酯電容器,額定電壓為25V的通孔聚酯電容器并不適用于便攜式設(shè)備。從該圖可以清楚地看出電容器電壓系數(shù)對(duì)總諧波失真THD的影響。注意聚酯電容器將導(dǎo)致1kHz頻率以下THD的升高,實(shí)際輸出信號(hào)減小。另外,我們注意到頻率高于1kHz以后聚酯電容器造成的影響非常小,TND+N指標(biāo)只是略微高于參考值。

          便攜式設(shè)備中大量使用鉭電容器,耳機(jī)放大器的隔直流電容通常要在幾個(gè)μF以上。圖(b)

          是另外一個(gè)THD+N與頻率的關(guān)系曲線,它包含一個(gè)傳統(tǒng)的通也鉭電容器測(cè)試曲線和三個(gè)普通

          的表貼型鉭電容器測(cè)試曲線。所有電容器的容值都是1μF,所不同的只是物理尺寸和額定

          電壓(請(qǐng)參考表1)。注意測(cè)試時(shí)沒有施加直流偏置電壓。

          在音頻電路中經(jīng)常采用陶瓷電容器作為交流耦合元件,在低頻提升和濾波電路中也大量使用。圖2(C)所示測(cè)試曲線類似于圖2(b),所不同的只是采用了表2給出的三種陶瓷電容器做測(cè)試。

          表1 三種表貼型鉭電容器的參數(shù)

          電容值/μF 尺寸L

          評(píng)論


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