滤除噪音的电子分频器

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放唱片时,在放音系统中会有唱盘转动的隆隆声与唱针摩擦唱片的表面噪声出现在扬声器中;接收调频广播电台的节目时,“咝咝”高频声或立体声19kHz的副载波也会被放出去。这些高、低频噪声如能被滤除,音乐节目重放时的质量无疑将进一步提高。

在有的扩音机中,低音与中高音信号分别经电子分频器送入到各自的功率放大器,然后再去推动不同频带的扬声器放声。如果将普通的电子分频器改为能滤除噪音的电子分频器,则可抑制上面提到的高、低频噪音。

该分频器实际上是一个带通滤波器,它是由有源的高通与低通滤波器级联而成的。高、低通滤波器都为二阶的,在截止频率点有3dB的衰减,并且具有每倍频程12dB的衰减斜率。滤波器在通带内的增益为1,有平直的响应,其特性如图1。图2为高通滤波器,对于图2a来说,若取C\(_{1}\)=C2、R\(_{1}\)=\(\frac{1}{2}\)R2,则分频点f\(_{H}\)=1;2\(\sqrt{2}\)πR1·C\(_{1}\);对于图2b,取C′l=C′\(_{2}\)、R′1=\(\frac{1}{4}\)R′\(_{2}\),其分频点f′H=1;22πR′\(_{1}\)·C′1。图3是低通滤波器,若取R\(_{1}\)=R2、C\(_{2}\)=\(\frac{1}{2}\)C1,则分频点f\(_{L}\)=1;2\(\sqrt{2}\)πR2·C\(_{2}\)。可以看出,对这两种滤波器的设计是十分相似的。

图1
图1 🔍原图 (826×697)
图2
图2 🔍原图 (913×325)

高通滤波器可以用来衰减唱盘转动时的隆隆低频声,但是我们不希望它对节目内容的有用的频谱功率产生显著的改变。鉴于大多数音乐在最低八度音方面不包含过多的信息,所以我们选50Hz作为高通滤波器的截止频率点。

低通滤波器能衰减调频节目中的“咝咝”声和唱片的表面沙沙噪声,还可以抑制19kHz的调频立体声的副载波信号。为了合理选取低通滤波器的截止频率,考虑到大多数音乐节目中很少含有极高音频的信息,并考虑到一般高音扬声器的高限频率为16kHz,因此选取13kHz作为低通滤波器的截止频率。

在只有两分频的电子分频器中,常选取5kHz作为高、低音频的分频频率点,由此便可确定:低音通道的频带滤波器的频率范围可取为50Hz~5kHz,高音通道的频带滤波器则选为5kHz~13kHz。

图4是用运算放大器组成的这种滤除噪声的实用电子分频器。图5则是采用晶体管分立元件构成的电路。可以看出,它们的第一级都是电压跟随器,作阻抗变换用。在这种分频器中,低通滤波器与电压跟随器是采用直接耦合的。

图3
图3 🔍原图 (928×553)
图4
图4 🔍原图 (895×706)

高、低通滤波器级联的方式是先低通、后高通。应注意的是,低通滤波器的作用是滤除高频噪声,高通滤波器的作用是滤除低频噪声,所以,这种分频器的低音带通滤波器中,低通与高通滤波器的截止频率分别为f\(_{L1}\)=5kHz和fH1=50Hz。而高音带通滤波器中的低通与高通的截止频率选为f\(_{L2}\)=13kHz和fH2=5kHz。

设计举例:算出图4电路中各滤波器的阻容元件数值。

根据前面所给出的截止频率,按附表选取标称电容值,这是由于电容标称值的规格比电阻少得多,较难选配,电阻容易选配。

因为f\(_{L1}\)=5kHz,从附表中选C2=5100P。又因C\(_{1}\)=2C2,选C\(_{1}\)为0.01μ,则根据公式fL=\(\frac{1}{2}\)\(\sqrt{2}\)πR\(_{2}\)C2,可求出R\(_{2}\)=1;22πfL·C\(_{2}\)=\(\frac{1}{8.9×5000×5100×10}\)\(^{-}\)12≈4.4kΩ,选R2=4.3kΩ标称电阻值,R\(_{1}\)=R2=4.3kΩ。

图5
图5 🔍原图 (892×316)

对于f\(_{L2}\)=13kHz,仍根据表1,初选C′2=1000P,则C′\(_{1}\)=2C′2=2000P,根据R′\(_{1}\)=\(\frac{1}{2}\)\(\sqrt{2}\)πfL2·C′\(_{2}\),算得R′1≈8.7kΩ,联系列值R′\(_{1}\)=R′2=9.1kΩ。

用同样的办法可以确定出高通滤波器中的各阻容元件值。当f\(_{H1}\)=50Hz时,选C3=C\(_{4}\)=0.47μ则R3=\(\frac{1}{2}\)\(\sqrt{2}\)πf\(_{H1}\)·C3≈1;8.9×50×0.47×10\(^{-}\)6≈4.8kΩ,取标称值R\(_{3}\)=4.7kΩ。R4=2R\(_{3}\),可取R4=9.1kΩ。

在f\(_{H2}\)=5KΩ时,选C′3=C′\(_{4}\)=4700P,R′3= R′\(_{4}\)=9.1kΩ。

按以上方法得出的阻容元件值,经过验算,可得出f\(_{L1}\)=5.2kHz,fH1=52Hz,f\(_{L2}\)=12.4kHz,fH2=5.2kHz,与设计要求相当接近,只要阻容元件的数值精确,各截止频率点是不会有很大偏离的。

在没有电子分频器的扩音机中,也可以象图6那样,在音调与功放电路中插入一个带通滤波器,其低、高通滤波器的截止频率分别为f\(_{L}\)=13kHz,fH=50Hz,同样能滤除高低频噪声。高、低通滤波器的截止频率,根据需要可以改变,只要根据附表选取电容,并且按照公式计算出电阻即可。(张国华)

图6
图6 🔍原图 (886×637)