阻容元件對音頻放大器的影響及其選用

摘要：阻容元件是在音響設備中使用量最大的無源器件，近年來國內(nèi)的音響制造商，在設計音源(CD或DVD)、功率放大器的過程中，非常重視集成塊(IC)、晶體三極管、場效應管及電子管等有源器件的選用，在電路設計、產(chǎn)品工藝等方面取得了長足的進步。但在高附加值的HI-END級音響產(chǎn)品領(lǐng)域，與歐美國家存在較大的差距。原因之一是對電阻、電容等無源器件的選用重視不夠。為了提高音響設備的重放效果，通過對阻容元件的分析、研究，采用同一套音響設備、不同的阻容元件進行比較測試，發(fā)現(xiàn)阻容元件對音響設備的影響不容小視，合理選擇阻容元件可提高音響設備的性能指標和重放效果。
關(guān)鍵詞：電阻器；電容器；影響；選用

音響設備主要由音源(CD或DVD)、前級均衡放大器(功放前級)和后級功率放大器(功放后級)組成，以上設備中的音頻放大部分基本采用集成塊(IC)和分立元件兩種模式。集成塊模式大多由集成運算放大器和阻容元件組成，而分立元件模式大多由晶體三極管、場效應管或電子管和阻容元件組成。一直以來，我們在設計音響設備的時候，非常重視集成塊(IC)、晶體三極管、場效應管或電子管有源器件的選用，而對電阻、電容等無源器件的選用就比較隨便。不少人認為阻容元件對聲音影響不大，的確，在要求不高的場合，如一般的家庭影院、電腦音響、彩電的伴音電路，可采用普通的阻容元件；但在高端音頻設備中，必須慎重地選擇電阻、電容等元器件，否則，就難以達到HI-FI或HI-END的水準。

1 關(guān)于電阻器
電阻器是各種電路中使用量最多的器件，在HI-FI或HI-END設備中，電阻器的選用將直接影響設備的性能指標，如信噪比、保真度等。進入工作狀態(tài)的電阻器會產(chǎn)生噪聲，噪聲大小取決于電阻值、溫度、施加的電壓以及電阻器類型。電阻器總噪聲由多個成分組成。與各種音頻電路密切相關(guān)的是熱噪聲和電流噪聲。
1．1 電阻器的熱噪聲
在電阻器中，由于電子的不規(guī)則熱運動，在一個足夠小的體積內(nèi)，電子濃度的瞬時值存在不規(guī)則的起伏，電位也發(fā)生不規(guī)則的起伏，因此，電阻體任意兩小塊體積之間就形成一個起伏的電位差，這就是電阻的熱噪聲。在頻率特性上，它屬于白噪聲，即頻譜等幅均勻分布的，如圖1所示。在頻寬內(nèi)，熱噪聲的均方根值可表示為
ST=4kTR△f…… (1)

式中：R為電阻器的電阻值，單位為Ω；T為電阻器溫度單位為K；k=1．380 7×10-23 J／K為玻爾茲曼(Boltzmann)常數(shù)。上式表明，電阻器的熱噪聲與電阻材料無關(guān)，與電阻值、溫度和頻寬成正比。熱噪聲是一種不可抑制的物理現(xiàn)象，在任何類型的電阻器中都存在，不能通過改變電阻器的質(zhì)量來消除。
1．2 電阻器的電流噪聲
電阻器的電流噪聲與電阻材料、工藝、類型(非線性大小)具有直接關(guān)系。電阻器的非線性反映電阻體材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不致密和不連續(xù)(非均質(zhì))的程度，因此在一定程度上反映了電阻器質(zhì)量的好壞。通過實驗發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)電阻器都存在一定的非線性。對于非線性電阻器，電流噪聲的均方根值可表示為：

式中，K是取決于電阻元件材料及其制造工藝的常數(shù)，U是電阻器兩端的直流電壓降，△f為頻寬，為信號頻率。上式表明，在一定的△f頻寬內(nèi)，電流噪聲SE與電阻器上的直流電壓降U的平方成正比，與頻率成反比。當U、R、△f確定之后，電流噪聲SE與頻率f的關(guān)系可用圖2來表示。

電阻器中電流噪聲等級通常用噪聲指數(shù)[NI]dB來表示

式中，u是帶寬上的均方根噪聲電壓，而U是電阻器上的直流電壓降，u和U的測量單位均是V。[NI]的單位是dB。