便攜式設(shè)備中的無源元件對音頻質(zhì)量的影響

便攜式設(shè)備中的無源元件對音頻質(zhì)量的影響在音頻電路設(shè)計中通常采用無源元件設(shè)置增益，提供電流偏置和電流退耦，并用來分隔相對獨立的直流電路模塊。而對于便攜式音頻設(shè)計，因為受到空間、高度和價格的限制，必須采用小封裝、低高度和低價格的無源元件。1非線性的來源電容器和電阻器都具有電壓系數(shù)，就是說如果在其兩端施加不同的電壓時其物理參數(shù)會發(fā)生變化。例如，一個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)和化學成分（對于電容器）。有些生活廠家會提供元件的電壓系數(shù)曲線圖，給出標稱電壓百分比和標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)，實驗室條件下很難測量其誤差。電容器則不同，從以下幾方面來看將會限制音頻性能?！耠妷合禂?shù)?！窠橘|(zhì)吸收（DA）：一個看似完全放電的電容器仍然會有極少量的電荷殘留?！竦刃Т?lián)阻抗（ESR）：這是一個與頻率相關(guān)的參數(shù)，一個經(jīng)串聯(lián)耦合電容器驅(qū)動的低阻抗耳機或擴音器，由于耦合電容器存在ESR將會限制最大輸出功率。●顫噪效應：有一些電容器具有有顯著的壓電效應，但它受到外部壓力彎曲時，會在兩端產(chǎn)生相應的電壓輸出。圖2●公差：對于多數(shù)大容量的電容器（幾微法或者更高），一般很少標注公差值。而電阻器的公差一般為1%~2%。下面介紹一種測試方法，同時也包括簡單的測試電路。從音頻測試設(shè)備顯示結(jié)果來看，要吧清楚地量化音頻信號電路的電容器非常線性對音頻質(zhì)量的影響。我們的目的主要是提醒讀者注意這種現(xiàn)象，仔細觀察這種有代表性的結(jié)果，并且提供一種有效的測試和比較方法。2測試方法電容器的非線性交流效應比較容易發(fā)現(xiàn)。如果以模擬音頻電路的頻率響應來劃分，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的并且是可以量化的。考慮一個簡單的高速RC濾波器（見圖1）。當輸入信號頻率高于它的-3db截止頻率時，電容器相對于電阻器來說具有很低的阻抗。如此高頻的交流信號在電容器兩端會產(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）與輸入信號電流的乘積會在電容器上產(chǎn)生相應的壓降，必須注意ESR的非線性會增大電路的總諧波失真（THD）。當信號頻率接受或等于-3db截止頻率的總諧波失真（THD），這種測試突出了電容器電壓系數(shù)的非線性特性對THD的影響。測試電路基于一個-3db截止頻率為1kHz的高通RC濾波器。當我們選擇不同結(jié)構(gòu)、不同材料及不同類型的電容器時，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的電容器進行測試。配合150Ω的負載電阻器，構(gòu)成一個標稱截止頻率等于1kHz的耳機濾波器。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)對總諧波失真THD的影響。注意聚酯電容器將導致1kHz頻率以下THD的升高，實際輸出信號減小。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，耳機放大器的隔直流電容通常要在幾個μF以上。圖(b)是另外一個THD+N與頻率的關(guān)系曲線，它包含一個傳統(tǒng)的通也鉭電容器測試曲線和三個普通的表貼型鉭電容器測試曲線。所有電容器的容值都是1μF，所不同的只是物理尺寸和額定闊電壓斗（請愧參考瓜表1治）。云注意竟測試熔時沒祝有施販加直誤流偏稍置電隨壓。管在音媽頻電川路中責經(jīng)常扇采用臟陶瓷延電容垂器作姻為交圍流耦怨合元涂件，侵在低壁頻提繭升和名濾波羽電路微中也莊大量濾使用頌。圖酬2(經(jīng)C)樂所示三測試強曲線庫類似滲于圖楚2(鍋b)拼，所更不同蠟的只昌是采賤用了禽表2象給出健的三鑼種陶廊瓷電脹容器挺做測觀試。莊表1落三汪種表獅貼型趣鉭電畝容器脊的參李數(shù)呢電容必值/屠μF雪尺寸繼L×包W/牙m(xù)m寶額定滋電壓鞠/V落1撫A(鋪3.寶2x其1.以6)咱25豬1細B(飾3.閉5x攜2.甜8)借35臨1莖C（推6.扔0x滿3.隆2）巖50被表2炮三揉種表降貼型斧陶瓷街電容暮的參章數(shù)石電容邀值/趕μF徹尺寸沸L×可W/圣mm尤額定挺電壓撈/V牧介質(zhì)盲類型沈1巴06塑03恨10僻X5棉R究1伯08慨05紗16割X7艇R凱1漸12預06給16朝X7棗R劃圖2哈(c紀)同漁樣給碑出了辰一個徑隨機尾選取吼的能宇孔陶盟瓷電爺容器翁的測傍試曲警線。極從圖趁上觀尚察，訴對于辯X5動R的暈陶瓷拌電容作器來杰說，億在-饒3d炊b截留止頻殖率(逃1k哲Hz蔑點)翠附近中最差副的T觸HD溪+N已值為江0.革2%丟,相旅當于峽-5奸4d侵b的蜘失真盲。大脈多數(shù)斃16晃位音哪DA習C和察編解應碼器名（C決OD犯EC粉）的錦TH弦D指普標都胡優(yōu)于糧這個陶數(shù)值石。在弱這里孩，我抓們需追要注羨意C物OG惰介質(zhì)現(xiàn)電容顆器具刻有非欺常低盆的電易壓系擦數(shù)，騰但它漫的最極大電生容量教受到衣限制烘，通速常最復大值別只有她0.假04鄰7μ塌F。追上述侍測試姥用了詢1μ覆F電盈容器鈔，所筋以沒槍有包清括C推OG汪電容諸器。愁4它怎樣篇避免稀電容邀器電拴壓系五數(shù)的松影響緊圖3讓所示肝音頻絹放大舞器采稀用了恭一種辣新穎籍的交電流耦織合方畢式，闊它與仔傳統(tǒng)糖的耦過合電掠路配把置相斯比只拒需要版非常援小的章耦合沖電容圾器。辱圖中強輸入乖電容封器（紋C1澇）的喂容量初僅為株0.蓮04珠7μ矩F。誤因此零，我塑們可哲以采壞用電肉壓系嫩數(shù)非特常低屑的C極OG華/1爛20孕6陶遼瓷電毛容器要這樣晝可以紛最大亦限度屑地降緒低電聲壓系晴數(shù)的略影響先。運團算放歲大器云（必仍須采等用低雙偏置釘電流獨的放曠大器景，例伴如M豆AX綢44授90蔬型）泡的直熔流反斬饋由念兩個姨10施0k桃Ω的歪電阻能器（謠R3必和R拳4）溫組成卡，C鹿2和奇R5厭用來在衰減構(gòu)直流煎反饋閃環(huán)路齒的音誘頻頻王率。倚主要符音頻文反饋盛元件損為R梨1、附R2悔和C踏1三丸個無情源元倆件。振根據(jù)籮圖中窩所示牲的元仍件值別，該僑電路辱的-濕3d理b截劈止頻耕率設(shè)撒置在侍5H衡z。宣錄涼圖3箱示出乓一種駝新穎歌的輸紛入耦夜合配義置音頌頻放甜大器勻允許經(jīng)采用蜜較小拉容值鑄的C離OG域/1符20永6陶陷瓷電頸容器恒作為示輸入胖耦合糕電容漫器，貌以最奶大限撲度地擇降低溝電壓款系數(shù)蓋的影鴨響，冶適用傅于便服攜式亦音頻沙放大見器。餅復合吼反饋獲環(huán)路現(xiàn)基本辭上具捎有一援階的鈴低頻由衰減臟響應卵，但害是它添民可這以調(diào)天整為蜘兩階葡響應神的高敵通濾纖波器頃。調(diào)撇整圖役3中遠的相匹關(guān)無端源元上件時甜需要腐注意催放大肚電路瞎的過貨載響填應和瞞與之森相關(guān)歪的峰褲值。憶圖示逐電路塵具有言近似無的最范大平濃坦度拔高通雪響應漁。這環(huán)個電貢路可睜以簡悔單運百用到容偽差愈分和臨全差日分輸幣入級伏放大滴電路自設(shè)計慕中。然圖4鵲所示陪是圖刊3音寫頻放躁大器胸的頻采率響廁應曲埋線，沿頻率檢低于械10季Hz統(tǒng)時該載電路鏟具有替-2疊0d贈b/鏈每1萬0倍炕頻程農(nóng)的衰巡減，熱它的首-3蘭db膨截止忘頻率侍位于危5H貼z附牌近。憂圖5務所示薪立體司聲耳聞機放靜大器傅MA棄X4勒41抓0彩印了一傾種創(chuàng)跨新的蠢專利破技術(shù)州即D斯ir奧ec茫tD簽ri惰ve對。盡蝶管采拳用單負電源脂供電辟，但掙其輸諸出直少流電裂平被律設(shè)置玩在0載V，刮因此竹，放禍大器鋼輸出橋可以詠采用蒸直流旅耦合考方式岸直接愧與耳彼機連馳接。駝Di墾re部ct規(guī)Dr價iv預e技蛙術(shù)具脹有如悅下的我優(yōu)勢脖：塵●不豎需要剃采用哄大容較量的漫（1遺00綠μF雄~4執(zhí)70磁μF洋典型卷值）郊隔直蛋耦合虧電容竄器，畏避免掀了電策容器灘的電澤壓系靈數(shù)所削造成卸的輸弄出音秒頻T揮HD這指標刻惡化王。巴●圖惕5所襪示電調(diào)路具司有極熟低的毀-3刪db志截止噸頻率畏，根考據(jù)輸派入電教容和掘輸入床電阻片可以體計算劍出截臉止頻王率為威1.升6H莊z。撓如果偵我們徹考慮菌標準很交流妥耦合念的1岔6Ω闊耳機賽放大己器具敵有同姨樣的烘1.哀6H氧z的煌-3辟db頂截止狂頻率袖點，斬那么爆，需確要的嫌耦合寬電容隆器容須值為悶62店00漠μF平。因帖此放投大器抹的低爹頻響撿應幾棍乎與交負載襖無關(guān)跡。適●節(jié)價省了幻大容單量的沒交流獄耦合援電容伴器也層節(jié)省鋪了電杠路板介面積夾。同掌時，啄大容泄量耦茂合電蜘容器飲相對鉗于M估AX汁44傘10籌需要蓄的1杏μF卸和2嫁.2健μF聞的小貢陶瓷竹電容看器來吉說，義價格素也偏蝶高。對●另這種愁輸出晚架構(gòu)捧支持州吸入采和源況出（葬相對戶于以遇地為性參考滴的負蘇載）魚負載醉電流槽。M膝AX枕44晚10紙放大椅器內(nèi)咬部集攜成了刷電荷趟泵，惑它產(chǎn)拍生一葉個與綿輸入攤正電性源（釣Vd丑d）綁極性僑相反醫(yī)的負大電源館（P吼vs啦s）珠。放謹大器甘輸出勺電壓旦擺幅姻將接漫近2勸Vd奸d，穴是傳遷統(tǒng)單狂電源張交流獨耦合娛耳機威放大托器輸嶄出擺波幅的玻2倍仗。裙圖5排地鋤圖5秒所示種MA企X4繭41網(wǎng)0典認型的寺立體乘聲耳億機放釋大器柏應用縮電路籃。設(shè)匠置輸昂入電志容C沸in蜘等于指10激μF墳時能墓夠?qū)⒚茧娙菝撈麟娦U壓系昏數(shù)的予影響攝限制想到亞籠音頻股頻率帖，該亡電路蹈省略址了大境容量份的輸盼出耦鞏合電費容器成。摔在這角個例乳子中云，我浪們只省需選剖擇一蛋個合若適的歸輸入遞耦合溫電容鈴器（被包括咽容量揪和介藍質(zhì)類祥型）劑以盡劈量降第低電余壓系晌數(shù)的漫影響喉。如鞠果選喝定1債0k醉Ω的動輸入撥電阻擦器和判10六μF塔的輸誓入陶霸瓷電針容器扣Ci格n，舌那么潤該電鐵路的則-3粘db式截止賣頻率譯等于鵲1.精6H荒z。兔關(guān)于部大容騾量電干容器妖，圖蚊6給雕出兩殼種1才00薪μF三電容激器和臥16炮電阻孝器組鼓成的恰無源鈔高通刻濾波吸器的亞TH公D+哀N與佩頻率蛙的關(guān)偏系曲賤線。豪在1訪00膊Hz諷、-挎3d零b截哲止頻腿率，筒兩種照電容繁器的護電壓足系數(shù)恢均會區(qū)導致舟TH希D指硬標惡客化?；?0塔0μ豈F的遠鉭電篩容器窩在-遷3d脂b截戲止頻忘點T查HD奧+N贏指標逆為0登.2亮%。吧如果爺采用還Ma硬xi送m專置有的社Di稈re玉ct腎Dr撥iv姻e放葛大器抬，因苦為省蹄略了迅這個殖大容員易輸林出耦薦合電挑容器鳥，可細大大蒼改進享低頻故和音興頻質(zhì)關(guān)量。漫在圖刺6所費示曲喂線中規(guī)，M明AX貸44呈10懶測試直曲線廈近似主等于晃參考海值。趕圖6謊所示栗是兩頂種不辭同類坑型的速10還0μ差F電串容器于（鉭愉電容涂器和愧鋁電掀解電股容器俘），燙驅(qū)動暖16細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