一、相关原理..DOC

單元十八音頻放大器 實習內容 一. 相關原理 音頻( Audio Frequeucy )或稱可聞頻率( Audible Frequency )，係人類耳朵可以聽見之頻率，其範圍約為20Hz~20kHz。 音頻放大器之主要用途係將來自唱盤、收音機、錄音機等之微弱音頻訊號予以放大，以便有足夠之功率來推動喇叭，將聲音、音樂重播。各種音源訊號之輸入端子名稱、電壓、匹配阻抗及頻率特性，如表18-1所示。 故一部完整之音頻放大器大概分成兩部份(1) 前置放大器( Pre-amplifier )或簡稱為前級，(2) 功率放大器( Power-amplifer )或稱之為後級、輸出級。前置放大器之主要目的在於依據不同之訊號源，予以個別修正、匹配、消除不必要之雜訊，並且放大到同一電壓準位( 約1~3V )，同時將輸出阻抗降低到數k(以下，以利後級功率放大器之匹配。功率放大器則將前置放大器所處理妥當之訊號電壓、電流予以充份放大，並使輸出阻抗降至1(以下，以推動只有4(~16(之低阻抗喇叭( 通常為8( )，達到最大功率輸出。故前置放大器首重電壓放大，後級放大器，則首重電流放大。一般音頻放大器應具備之條件如下： 表18-1 音源訊號特性表 分類 音源名稱 輸入端子名稱 訊號準位 匹配之電路 輸入阻抗 頻率特性 AM/FM調諧器 TUNER 150mV~250mV 47k(~100k( 預備端 AUX 0.1V~1V 47k(~100k( 高電平 晶體唱頭 PHONO(X. TAL) 0.25V~1V 500k(以上 陶瓷唱頭 PHONO(CERAMIC) 0.1V~1V 500k(以上 錄放音座 TAPE PLAY 0.1V~2V 500k(以上 麥克風 MIC 3mV~4mV 20k(~47k( 低電平 電磁式唱頭 PHONO (MM) 3mV~4mV 47k( RIAA頻率修正 錄放音磁頭 TAPE HEAD 0.1mV~0.5mV 10k( NAB頻率修正 1. 頻率響應要好 音頻放大器之電壓增益( 單位dB )=20 log(VO / Vi)，以1kHz訊號之電壓增益作為標準，其(3dB頻寬( BW，fL~fH )愈大愈好，亦即頻率響應曲線( 振幅波德圖 )愈平直愈好。 2. 增益要高 以提供音頻訊號足夠之電壓準位放大，供後級放大器驅動負載。 3. 訊號雜訊比( Signal-to-Noise ratio，S/N ratio )要高 音頻放大器之訊號雜訊比 S/N ratio(單位dB)=20 log VOmax/VN ( 18-1 ) 其中 Vomax為放大器所能輸出之最大不失真電壓。 VN 為放大器在無輸入訊號時之輸出端雜訊。 S/N比與動態範圍意義相近，交響樂團演奏之動態範圍( 最強音與最弱音之比 )高達70dB，一般唱片也有55~60dB，若音頻放大器之S/N比無法超過動態範圍，則若不是最大訊號輸入時發生非線性失真( 過載削幅 )，就是雜音淹沒了音樂中微弱之訊號。 4. 失真要低 音頻放大器之失真成分主要有四種： 振幅失真、互調失真、相位失真、頻率失真，分述如下： (1) 振幅失真 若放大器輸入與輸出特性為非線性，則輸入正弦波，將造成輸出並非單純之正弦波形(通常趨近於方波或三角波)，即產生了失真之現象，此失真稱為振幅失真或非線性失真( Nonlinear Distortion )。 (2) 互調失真( Intermodulation Distortion ) 放大器於處理包含複雜頻率訊號時，各頻率間互相調制，而產生與原有頻率不同之成份，稱之為互調失真，例如混合100Hz與1kHz訊號輸入，將多出了1kHz( n( 100Hz )，n=1，2，3(等頻率，這些成份總和佔基頻(1kHz)之百分比，稱之互調失真，如圖18-1所示。一般測試放大器之互調失真，乃以70Hz與7kHz，兩者電壓比4：1混合後，輸入放大器，利用頻譜分析儀觀察7 kHz左右，所產生之旁波帶成份。 (3) 相位失真 訊號由放大器輸入端到輸出端間之訊號延遲造成，尤以高頻為甚，嚴重者甚至會造成振盪。電容器與變壓器通常是造成相位失真的主要原因，是故近來之電晶體電路都儘量採用直接耦合，更可免除低頻衰減之困擾。 (4) 頻率失真 放大器電路中，由於耦合電容、極際電容( 低頻 )與晶體內部電容、雜散電容( 高頻 )之影響，使得增益於各頻率範圍內，發生不同程度之衰減，此現象稱為頻率失真。 為避免上述之失真產生，並配合不同之音頻訊號源，一般音頻放大器之基本結構如圖18-2所示。其中音量控制即放大率控制，雜訊濾波器即為帶通濾波器，餘RIAA、NAB等化放大器，音質控制放大器，後級放大器等之原理與電路，將分述於下列章節實習中。 圖18-1