三分頻揚(yáng)聲器系統(tǒng)分頻器電感的精確設(shè)計(jì)

1、三分頻揚(yáng)聲器系統(tǒng)分頻器電感的精確設(shè)計(jì)1引言揚(yáng)聲器系統(tǒng)的分頻器分為前級(jí)分頻和功率分頻2類。前級(jí)分頻是前級(jí)電路中由電子元件產(chǎn)生的分頻，再由各自的功放分別驅(qū)動(dòng)高、中、低音揚(yáng)聲器系統(tǒng)，如圖(1a)所示，屬于小信號(hào)有源分頻。而功率分頻則是由電感、電容、電阻元件構(gòu)成的位于功放與揚(yáng)聲器之間的無源分頻電路，如圖(1b)所示。功 放分版器：山力辛分忖因杓推用高上功放功放動(dòng)放圖2:分顆器組介傳輸功率特性3分頻電感電容參數(shù)值的計(jì)算下面以三分頻分頻器為例說明其參數(shù)的計(jì)算，如圖3所示。前置放一*大小)前線電子分領(lǐng)結(jié)構(gòu)框圖圖1斤頻分強(qiáng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖采用功率分頻的揚(yáng)聲器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低，而且又能獲得很高的放音質(zhì)量，因而在

2、現(xiàn)代高保真放音系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍。其性能的好壞與揚(yáng)聲器的各項(xiàng)指標(biāo)以及分頻電路、電感元件的性能、精度有密不可分的關(guān)系，精確計(jì)算電感參數(shù)便是成功的關(guān)鍵。2對分頻器電路、元件的要求(1)電路中電感元件直流電阻、電感值誤差越小越好。而且為使頻響曲線平坦最好使用空心電感。(2)電路中電容元件損耗盡可能小。最好使用音頻專用金屬化聚丙烯電容。(3)使各揚(yáng)聲器單元分配到較平坦的信號(hào)功率，且起到保護(hù)高頻揚(yáng)聲器的作用。(4)各頻道分頻組合傳輸功率特性應(yīng)滿足圖2所示特性曲線的要求(P0為最大值，P1為對應(yīng)分頻點(diǎn)fl、f2的值)。分頻點(diǎn)處的功率與功率最大值之間幅度應(yīng)滿足P1(=0.30.5)P0的范圍。(5)整個(gè)頻段

3、內(nèi)損耗平坦，基本不出現(xiàn)高峰”和深谷”。國3三分班出路原理圖1）計(jì)算分頻電感L1,L2,L3,L4和分頻電容C1,C2,C3,C4。為了得到理想的頻譜特性曲線，理論計(jì)算時(shí)可?。篊1=C4,C3=C2,L1=L3,L4=L2,分頻點(diǎn)頻率為fl,（f2見圖2）,則分頻點(diǎn)co1=2兀f032=2兀f2并設(shè)想高、中、低揚(yáng)聲器阻抗均相同為RL。每倍頻程衰減12dB。則 Cj=C3=一 V s Ct=C4= _!叫& V 2嗚丸2）實(shí)驗(yàn)修正C1,C2,C3,C4,L1,L2,L3,L4的值為精確起見，可用實(shí)驗(yàn)方法稍微調(diào)整C1,C2,C3,C4,L1,L2,L3,L4的值，以滿足設(shè)計(jì)曲線（見圖2）的要

4、求。即通過實(shí)驗(yàn)描繪頻響曲線，從而得到C1,C2,C3,C4,L1,L2,L3,L4的最佳值。如果沒有實(shí)驗(yàn)條件，這一步也可不做。求出電容電感的值后就可計(jì)算電感值了。4最佳結(jié)構(gòu)電感的作用4.1 最佳結(jié)構(gòu)電感的提出空心分頻電感（簡稱電感）的基本參數(shù)是電感量和直流電阻。一般來說，電感量不準(zhǔn)會(huì)導(dǎo)致分頻點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)要求并可能影響揚(yáng)聲器系統(tǒng)的頻響，大家都比較重視。然而其直流電阻不宜過大，否則會(huì)對音質(zhì)產(chǎn)生影響。通常人們對此電阻在電路中的影響及其定量要求不甚了解，因此未引起足夠重視，對此特作以下簡要分析。以圖3的分頻網(wǎng)絡(luò)為例，由于低音單元的分頻電感L2與負(fù)載R（L低音單元額定阻抗）相串聯(lián)，因此若L2的阻抗過大，功

5、放輸出功率在其上的損耗將增大。同時(shí)，功放內(nèi)阻對低音單元的阻尼作用也將大大減弱。前者影響功放的有效輸出功率，后者對音質(zhì)的影響卻無可挽回。由于分頻網(wǎng)絡(luò)中L2的電感量最大,且隨分頻點(diǎn)的降低而增大，所以L2的直流電阻的影響相當(dāng)突出。至于高音單元的分頻電感L1,因它未與負(fù)載串聯(lián)，就不存在L2那樣的功耗和阻尼問題。但是仍希望其阻抗盡可能小些。因?yàn)樗c負(fù)載并聯(lián)，起著旁路來自C1的殘余低音頻成分的作用。若阻值過大，就會(huì)影響高音分頻網(wǎng)絡(luò)對低音頻的衰減陡度。綜上所述，電感直流電阻的數(shù)值在理論上是越小越好，實(shí)際應(yīng)用中對電感直流電阻數(shù)值的要求，應(yīng)從減小它對電路的影響方面去考慮。具體說又分2種情形，對與負(fù)載串聯(lián)的電感（

6、如L2）,應(yīng)從允許的功率損耗和有足夠的阻尼兩方面去考慮；對與負(fù)載并聯(lián)的電感（如L1）,則主要從具有足夠的旁路作用去考慮。對L2電阻影響功率損耗和L1電阻影響旁路作用的處理原則相同，即應(yīng)使L1和L2的阻抗R遠(yuǎn)小于揚(yáng)聲器的額定阻抗R（L即R<<RL）。從數(shù)學(xué)上分析這相當(dāng)于要滿足條件：RWRL/10。此時(shí)，在L2上的功率損耗已相當(dāng)小，L1對負(fù)載的旁路作用很明顯。至于阻尼作用對L2電阻的要求，可根據(jù)對晶體管功放阻尼系數(shù)、揚(yáng)聲器與功放之間的饋線及功率分頻電感直流電阻之間的關(guān)系及其典型值的考查后認(rèn)為，作為家用高保真聲箱中與負(fù)載串聯(lián)的分頻電感直流電阻應(yīng)小于負(fù)載阻抗的1/20，即滿足條件RWRL/

7、20，才能得到良好的阻尼特性。對于C3,C4,L3,L4組成的中音分頻電路，則因需滿足圖2的頻譜特性，已取C3=C2,C1=C4,L1=L3,L4=L2。故可不予分析，只照圖連接即可。若是多個(gè)電感串聯(lián)時(shí)，應(yīng)把用以上方法確定的電阻均分到各個(gè)電感上去。綜上所述，可得出這樣的結(jié)論：對與負(fù)載串聯(lián)的電感，一般按阻尼要求RWRL/20確定其電阻值。例如，對8負(fù)載，L2的電阻不應(yīng)高于0.4對4a負(fù)載則不應(yīng)高于0.2Q。對與負(fù)載并聯(lián)的電感按RWRL/10確定其阻抗值。例如對8a負(fù)載，L1的電阻不應(yīng)高于0.8;對4a負(fù)載，則不應(yīng)高于0.4Q。按這樣的要求可能許多著名的揚(yáng)聲器系統(tǒng)都達(dá)不到指標(biāo)。對同一電感量，其繞組

8、結(jié)構(gòu)可任意多。因此空心電感線圈必然存在一個(gè)最佳結(jié)構(gòu)尺寸，它應(yīng)使電感量L對其電阻R之比L/R達(dá)到最大值。即可找出一套合理繞制空心電感線圈的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，與其它方法得出的結(jié)構(gòu)尺寸相比，相同的電感值具有最小的阻抗值。其實(shí)電感結(jié)構(gòu)是否最佳很容易從其外形判別。如果繞組截面大致呈正方形，且繞組內(nèi)徑為繞組寬度（即繞組高度）的4倍，那么基本上屬于最佳結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)最佳的電感線圈應(yīng)該用料省、體積小，并可使電感量和電阻同時(shí)滿足預(yù)先給定的數(shù)值。由于對每一電感值和電阻值均有一個(gè)最佳結(jié)構(gòu)尺寸，因此應(yīng)舍棄傳統(tǒng)的計(jì)算方法求取、制作電感。因?yàn)閭鹘y(tǒng)方法不經(jīng)測試修正難以滿足最佳要求。下面介紹改用經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算方法，此方法能滿足最佳要

9、求。而且它對一些特殊結(jié)構(gòu)尺寸的電感計(jì)算精確度也很高。4.2 最佳結(jié)構(gòu)電感的計(jì)算設(shè)所需電感量為L（pH）,其阻抗值為R（Q）,先求出繞組的結(jié)構(gòu)參數(shù)L/R8.66(nini)(1 )(3)(4)(5)參數(shù)b是繞組的高度（寬度），決定了繞組的內(nèi)徑和外徑。所以求得b后即可按圖4制作繞組骨架，其中骨架外徑適當(dāng)加大10%左右，然后求取N=l9,88VL/b"(ttLid=0.841b/VN(mm)i=187,3VHmm)w=b/21g)其中，N為繞組匝數(shù)，d為導(dǎo)線銅芯直徑，i為導(dǎo)線總長度，w為導(dǎo)線總重量。圖4電感骨架結(jié)構(gòu)尺寸圖根據(jù)銅芯直徑d從線規(guī)表中選取對應(yīng)的標(biāo)稱直徑，由導(dǎo)線總重量可選購足夠用量

10、的高強(qiáng)度漆包線。采用該計(jì)算方法繞制的電感經(jīng)與實(shí)驗(yàn)對比，誤差一般小于5%,繞制后是否測量已無關(guān)緊要了，基本上能滿足直接應(yīng)用的要求。由于以上繞制方法中，實(shí)際使用導(dǎo)線銅芯直徑D總是選得比計(jì)算直徑d大一些，從而造成繞制后的電感量總比計(jì)算值低些，顯然，加長繞制導(dǎo)線長度，即多繞幾匝就可使實(shí)際電感量更接近計(jì)算值。實(shí)際繞制導(dǎo)線的總長度可由k=0.4(D/d)-i(6)I(=i+k)i(7)求出。其中k為實(shí)際導(dǎo)線的加長系數(shù)，I為實(shí)際繞制導(dǎo)線總長度，把長度I全部繞入骨架即可。D為實(shí)際導(dǎo)線直徑。如計(jì)算1mH、電阻值為0.8的空心電感線圈的最佳結(jié)構(gòu)尺寸及繞制參數(shù)。將數(shù)值代入式(1)式(5)得Vo.ODV8.00N=1

11、9sH/而=19.88v'l000/12=181(fed=0.84Ib/x/K-=0.841*2K八81.5=0.75(mm)：i=187.3VyLb=m.SXV7!000X12=2O518(mm)twb'/21.4=12%】4=81(g>骨架的中心軸外徑取2b=24mm,骨架兩夾板間距為b=12mm,骨架夾板外徑取4b=48mm,(實(shí)際制作時(shí)可加大10%)。計(jì)算結(jié)果如下b=12mm;2b=24mm;N=181.5匝；d=0.75mm;i=20.52m;w=81g。如果采用導(dǎo)線直徑實(shí)際為D,則用k=0.4(D/d)-i,I(=i+k)i進(jìn)行修正。采用方法計(jì)算出L1,L2,L3,L4的值，照圖裝配即可。作為計(jì)算驗(yàn)證，筆者按Hi-ViS