电子分频前级放大器部分一

2013-07-11

无论从原理还是从实践上，电子分频的优点已经被广泛认同。但是为什么没有被广泛推广？本人认为主要原因有两个：
    第一，不同扬声器单元的有效频段都不相同，一套固定分频点的电子分频器只能针对一套特定的扬声器单元，这点与功率分频相似，不同之处在于：功率分频已经把分频器安装在了声箱之内，与声箱构成了一个整体而不需要用户调整；而电子分频的分频器则插在功放之前，分频点需要根据扬声器单元的特性来设定，这样分频器、功放和声箱共同构成了一个系统，用户难于调整。因此，固定分频点的电子分频器对成品声箱，缺乏普遍的适用性。如果分频点可以根据不同扬声器单元的特性自由调整，将大大开阔电子分频器的适用范围。
    第二，现有器材升级为电子分频，需要使用者具备一定的专业知识。如果电子分频器能够象其他器材一样可以简单地仅通过按钮来调节分频点，使用接插件来连接，就能够解决普及应用的问题。
虽然电子分频需要更多的功率放大器，需要更大的投入，但是现在多声道的功率放大器已经非常普遍，尽管绝大部分都是AV功放，但是由此可知，适用于电子分频的多声道Hi-Fi功率放大器，其价格将不会成为限制电子分频普及推广的主要因素。
    经过长期努力，我们研发完成了这套电子二分频前后级放大器，集信源选择、高低频独立、准确的分频点调整、衰减调节、相位调节、四通道高品质、高可靠性的MOSFET高偏流甲乙类功率放大器、多种输入输出组合于一个系统内，利用微处理器控制分频点的调节和显示，在此奉献给各位烧友。外形见题头照片。
一．二分频前级放大器。
    前级放大器是一个电子二分频的分频前级放大器，由输入选择和放大电路、分频滤波电路、单片机控制电路、电源电路构成。
1．输入电路
输入选择部分的信号切换由进口高品质微型信号继电器JR17－JR20构成，通过插座Js由一个四位波段开关来控制。这种结构最大限度地缩短了线号线的长度，优点不言而喻。Jin是一个四联的双声道RCA插座，可以接入四路立体声信号。经选择后的双声道信号分为两路：一路通过RCA插座Jdt输出，供"直通"输入输出，或者外接重低音放大器使用；另一路通过插座JUV连接到音量电位器，而后输入到双运放U1A、U1B完成前置放大，放大倍数可根据需要而定，图中的数值是10倍。放大器的输出信号直接被送到图2所示的分频滤波电路。

2．分频滤波电路
经综合考虑，分频滤波电路还是选用了瞬态特性和衰减特性都能兼顾的二阶巴特沃思(Butterworth)滤波器，基本电路见图2a、b。当然，这里也可以选用瞬态特性更加优异的贝塞尔(Bessel)滤波器，或者衰减特性更好的切比雪夫( Chebyshev)滤波器(基本电路都与图2相同，只是阻容值不一样)。但贝塞尔滤波器的缺点一是阻带内的衰减相对较小；二是转折点的相移不是90°(对二阶而言)，而是74.2°，不利于分频点除的相位衔接；三是电容取值更复杂。但是贝塞尔滤波器优良的瞬态特性和平坦延迟的特点，使其更多在CD中被用于低通滤波器。因为CD中的低通滤波器的任务是彻底滤除高频分量，而不用考虑高低频相位衔接的问题。切比雪夫滤波器有更陡峭的衰减特性，但是其瞬态和相位特性都稍差，而且通带内的衰减率有纹波状的小幅度波动，因此只在有源低音箱上偶有应用。

在图2中，每个声道的高低音分频器都使用了4只高品质的进口微型信号继电器，用于改变滤波网络中电阻的阻值，因此共使用了JR1－JR16共16只继电器。在每一路中，滤波电阻连接在继电器的每组动触点与常开触点之间，依靠继电器的吸合和释放来将电阻短路或者接入电路，这样4个继电器就有2 4 ＝ 16个吸合和释放的排列，也就产生了16个分频点。全部继电器通过8条控制线A0－A7由图4中的单片机来控制，其中A0－A3用来控制左右声道高音的分频点；A4－A7用于控制左右声道低音的分频点。由于A0－A3和A4－A7相互独立，因此高低音的分频点可以独立调整。例如，高音分频点可以调整到2.5kHz，而低音调整到3.1kHz，这样高低音之间就可以有2.5－3.1kHz的重合区域，相反亦然。这种独特的设计非常方便发烧友试验器材的听音特性，找到问题或者调整器材。左右声道的高音分频运放U2A、U3A的输出端，分别连接到反向放大器U4A、U4B的输入端，构成高音衰减网络。在实际应用中，图中的衰减电位器WT(A、B)已经被更换为一只由2*6的波段开关和固定电阻构成的衰减网络，最大阻值与电位器WT相同，通过PCB上的接插件Jt-adj接入。用固定电阻来替代电位器，衰减值就可以被明确标度，在此分别是0、-1、-2、-3、-4、-6dB，足以适应绝大多数声箱中高低音扬声器灵敏度的差异。U2B、U3B及其阻容网络构成了左右声道的低音分频器，结构形式与高音部分相同，在此不再螯述。左右声道的高低频分别通过RCA插座Jout输出，电阻R147、R148和R247、R248起到隔离保护的作用。由于运放中点电位漂移最大只有十几个mV，故电路均直流耦合以拓展系统频响。