膽機(jī)產(chǎn)生失真的原因及消除的方法,amplifier distortion

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膽機(jī)產(chǎn)生失真的原因及消除的方法

膽機(jī)工作時(shí)常會(huì)產(chǎn)生諧波失真。通過(guò)頻譜分析發(fā)現(xiàn)，多數(shù)膽機(jī)的低次諧波較強(qiáng)，且以二次諧波為主，各次諧波降冪減弱。高次諧波很小，聽(tīng)感豐滿而明亮，充滿生氣，透明感好，聲底純靜，這是有益的一面。但是，如果我們?cè)谥谱髂憴C(jī)時(shí)，因調(diào)整不當(dāng)或使用的元件質(zhì)量不好時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生其他一些與Hi-Fi理念格格不人的失真現(xiàn)象。那么應(yīng)如何“揚(yáng)長(zhǎng)避短，打造精品”呢?

一、非線性失真
非線性失真主要是由于電子管工作在特性曲線的彎曲部分而引起的。這又有兩種情形．一是工作點(diǎn)選擇得不當(dāng)(偏高或偏低)，二是信號(hào)電壓過(guò)大。
如圖1所示：非線性失真(a)柵負(fù)壓過(guò)大，工作點(diǎn)(Q)過(guò)低，使電子管工作到動(dòng)特性曲線的下端彎曲部分，結(jié)果陽(yáng)極電流的負(fù)半周變得扁平，產(chǎn)生顯著的失真。圖1(b)柵負(fù)壓又太小，使電子管工作到動(dòng)特性曲線上端彎曲部分，結(jié)果陽(yáng)極電流的正半周變得扁平，產(chǎn)生失真。圖1(c)柵負(fù)壓雖然選得正確，但信號(hào)電壓過(guò)強(qiáng)，因此陽(yáng)極電流正半周、負(fù)半周都變得扁平，也出現(xiàn)失真。圖1(d)柵負(fù)壓和信號(hào)振幅選擇適當(dāng)，所以失真很小。

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由上可知：當(dāng)放大器有了非線性失真時(shí)，如果輸入的是正弦波，那么放大了的信號(hào)就成了非正弦波，而非正弦波又可以分解成直流、基波及高次諧波成分。所以非線性失真的特點(diǎn)是放大器的輸出端出現(xiàn)了新的頻率成分。
實(shí)驗(yàn)證明，只要低頻放大器非線性失真系數(shù)不超過(guò)一定范圍，人耳是不易覺(jué)察的，在一般情況下．放大器的非線性失真系數(shù)不應(yīng)超過(guò)10%，最大不超過(guò)15%。
根據(jù)以上分析，我們可以肯定非線性失真對(duì)音質(zhì)是有害的，通過(guò)實(shí)踐證明：這種失真使放大器在放大語(yǔ)言時(shí)，音質(zhì)變壞，出現(xiàn)嘶啞聲，語(yǔ)言模糊。為了減小非線性失真，就必須正確地選擇工怍點(diǎn)(Q)及信號(hào)電壓，使放大器工作在電子管動(dòng)特性曲線的直線部分，也就是在甲類工怍狀態(tài)(這一點(diǎn)尤其對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)非常重要)，而乙類和甲乙類都會(huì)產(chǎn)生較大的非線性失真，必須采用推挽電路加以減小，才能應(yīng)用。

二、頻率失真
放大器所要放大的信號(hào)在很多情況下并不是單純的正弦波，比如語(yǔ)言，就是由許多頻率不同的正弦波按一定比例關(guān)系疊加而成的，要使放大后的波形和輸入的波形一樣，就要求放大器對(duì)所有頻率成分都有相同的放大倍數(shù)，如果對(duì)不同頻率成分放大倍數(shù)不同，那么各頻率分量之間原來(lái)的比例關(guān)系就發(fā)生變化，從而使輸出波形與輸入波形不一致。如圖2所示：頻率失真(a)表示柵極輸入信號(hào)包含基波和二次諧波，圖2(b)表示經(jīng)過(guò)放大后的輸出信號(hào)，它也有基波和二次諧波．但因放大器對(duì)二次諧波的放大倍數(shù)超過(guò)了對(duì)基波的放大倍數(shù)，因而經(jīng)放大后的合成波形變形了，產(chǎn)生了頻率失真。

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我們常用頻率特性曲線來(lái)表示放大器的頻率失真，所謂頻率特性曲線就是放大器的放大倍數(shù)K與頻率f的關(guān)系曲線。一個(gè)理想的沒(méi)有頻率失真的放大器，頻率特性曲線是一條平行橫軸的直線，如圖3中的虛線。而Hi-Fi放大器的實(shí)際頻率特性曲線，如圖3中的實(shí)線。這條曲線表明，在(fn-fm)音頻范圍以內(nèi)，放大倍數(shù)是均勻的，放大器所產(chǎn)生的頻率失真很小。但是，變壓器耦合的電壓放大器頻率特性就不是一條平坦的直線，如圖4實(shí)線部分所示。隨著頻率的降低，變壓器初級(jí)線圈的感抗要下降。變壓器初級(jí)線圈兩端的電壓和次級(jí)線圈電壓隨著減小，放大器的放大倍數(shù)下降。隨著頻率的升高，在某一頻率，可使Co(等效電容，它不但包括下級(jí)電子管的輸入電容和接線的分布電容，還包括次級(jí)線圈的分布電容)與漏電感產(chǎn)生串聯(lián)諧振，因此輸出電壓增高，放大倍數(shù)升高，出現(xiàn)峰值。頻率再升高，由于Co所呈現(xiàn)的阻抗很小，放大量很快下降。

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由于放大器的實(shí)際負(fù)載并不是純電阻，而是含有電感成分的。所以實(shí)際負(fù)載阻抗ZL將隨信號(hào)頻率的增減而增減，因而使得陽(yáng)極負(fù)載阻抗Za也隨著信號(hào)頻率的增減而作相應(yīng)的增減。這樣會(huì)引起兩種不良現(xiàn)象：
(1)頻率失真增大；
(2)非線性失真增大(因陽(yáng)極負(fù)載阻抗不等于電子管所需要的最佳負(fù)載阻抗了)。
當(dāng)放大器有了比較嚴(yán)重的頻率失真時(shí)，放大后的語(yǔ)言將會(huì)模糊不清，如果語(yǔ)言中低頻部分不能得到很好的放大，那么聲音就變得尖銳刺耳，很不耐聽(tīng)。為了克服上述缺點(diǎn)，通常用一個(gè)RC電路并聯(lián)在輸出變壓器初級(jí)端，如圖5所示，使放大器總的負(fù)載阻抗盡可能不隨頻率變化而變化。

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RC的常用數(shù)值是：
C=0.001 uF～0.01uF
R=(1.5～2)Za最佳
有時(shí)候在輸出變壓器初級(jí)端，只并上一個(gè)(0.001uF～0.005uF)電容器，同樣能起到補(bǔ)償負(fù)載阻抗在高頻時(shí)的升高作用。
在阻容耦合放大電路中；一般采用高品質(zhì)大容量(3.3uF～10uF)的銅膜或者銀膜極品電容(如丹麥的JENSEN電容)作為耦合電容，以增強(qiáng)對(duì)低頻信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力，使其頻率特性曲線趨于一條直線，確保Hi-Fi放大。

三、相位失真
由于放大器中有電抗元件存在，非正弦波信號(hào)中各頻率成分間的相位關(guān)系發(fā)生變化，從而使得輸出波形與輸入波形不一致，這就是相位失真，如圖6所示。

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圖6相位失真(a)是輸入信號(hào)波形，圖6(b)是輸出信號(hào)波形。輸入時(shí)，信號(hào)中的基波和二次諧波相位都從零開(kāi)始，但輸出時(shí)相位關(guān)系發(fā)生了變化，二次諧波產(chǎn)生了相移，所以合成波形與原來(lái)的不一樣了，這就產(chǎn)生了相位失真。解決的辦法：與頻率失真的解決辦法基本一樣。
以上分析了非線性失真、頻率失真和相位失真，它們的一個(gè)共同點(diǎn)，就是輸出波形產(chǎn)生失真，它們之間本質(zhì)的區(qū)別是：
(1)產(chǎn)生失真的原因不同。頻率失真和相位失真是由于電路中存在電抗元件(電感、電容)引起，而非線性失真則是由電路中非線性元件(電子管、鐵心變壓器等)引起的。
(2)放大器輸出信號(hào)中頻率成分不同。頻率失真和相位失真只能改變信號(hào)中各頻率成分的幅度和相位關(guān)系，而輸出信號(hào)的頻率成分和輸入信號(hào)一樣，沒(méi)有改變。非線性失真則要在輸出信號(hào)中產(chǎn)生新的頻率成分。
在認(rèn)識(shí)了它們的區(qū)別以后，我們就可以根據(jù)各種失真的特點(diǎn)和產(chǎn)生的原因，去減小或消除失真。
實(shí)際上，三種失真可能在同一放大器中出現(xiàn)，哪一種失真對(duì)放大器工作影響最大，必須作具體的分析，例如對(duì)語(yǔ)言信號(hào)進(jìn)行放大，人耳對(duì)相位失真就沒(méi)有明顯的感覺(jué)，就是非線性失真和頻率失真，人耳的感覺(jué)也不同，人耳對(duì)非線性失真更為靈敏。因此在音頻放大器中，應(yīng)特別注意減小非線性失真，其次再考慮減小頻率失真，而對(duì)相位失真一般都不必注意它。