奇声AV-2100杜比功放原理

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奇声AV-2100杜比功放,是奇声公司以工薪阶层为消费对象而设计开发的又一款杜比功放。该机以DVD为主要视听接驳对象,设计了杜比定向逻辑环绕声解码(PRO.LOGIC)、数字环绕声场处理(DSP)、视频/音频同步切换控制、卡拉OK放大调节系统等AV杜比功放常备的各种功能;且提供了录音输出端口,用户可方便地通过此端口把自己演唱的歌声与DVD(或其它音源)的伴奏音乐一起,接入录音座进行录音;另外,针对DVD内置的杜比AC-3解码功能,设计了杜比AC-3输入接口,能对DVD机中AC-3解码输出的6声道(5.1声道)音频信号进行独立放大,实现与DVD的完美搭配。该机摒弃各种机械式控制开关,采用轻触式按键,配合中央微处理器来实现各种功能,使用非常方便。为达到质优价廉的目的,该机取消了遥控控制,而且采用静态显示屏,从而简化了电路,大幅度地降低了成本。

奇声AV-2100杜比功放的电原理框图见附图。

图1
图1 🔍原图 (2800×2032)

1N02(TC4052)和1Q01组成了视频输入选择电路。1Q01是射极跟随器,起缓冲和阻抗变换作用,具有高输入阻抗和低输出阻抗等特性,使视频源与电视机进行很好的匹配。与音频同步输入的4路视频信号,在1N02(TC4052)中选择接通,从13/3脚输出,且合并为一路,经1Q01组成的射极跟随器和1C04、1R15隔离后,分两路视频输出。

另外,来自音源的4路音频信号,被直接送入“双1对4路”电子选择开关1N01(TC4052),在微处理器的控制下,电子开关选择、接通其中1路的L、R声道信号,分别从13脚、3脚输出,经1R02、3C58(L声道)、1R01、3C57(R声道)、隔离,送入杜比定向逻辑解码集成电路3N03(M69032),进行声场处理。

M69032是日本三菱MITSUBISHI电气公司1995年为杜比定向逻辑环绕声系统(DOLBY PRO LOGIC SURROUND)开发研制成功的专用大规模集成电路,其内部电路引入了杜比实验室为立体声电影院的特定环境开发的杜比定向逻辑环绕声标准,且具备声场处理中的所有功能。在奇声AV-2100功放的电路中,分三种工作状态,工作流程如下:

1.在杜比定向逻辑状态,含有中置、环绕音频分量的Lt、Rt信号分别从M69032的15脚、22脚进入集成块内部,经自动平衡缓冲放大器与噪声序列测试开关,送入定向逻辑自适矩阵电路,进行解码,产生L(左声道)、R(右声道)、C(中置声道)、L+R、L-R和未经延时的S'(环绕声道)信号,其中,S'信号从39脚输出,进入“三1对2路”电子选择DSP开关3N01(TC4053),在杜比定向逻辑状态时,CPU控制3N01的13脚与14脚接通,让S'信号直接通过。根据杜比PRO LOGIC原理,S'应进行延时、降噪等处理,因此,经过3N01的S'信号又从3N02(BA5096)的28脚送入延时处理电路,在CPU的控制下可实现15ms~30ms四种延时方式;经延时后的S'信号从3N02的24脚输出,经M69032内的7kHz低通滤波器滤波,再经42脚内的修正杜比B型降噪器进行降噪后,变成所需的S(环绕声)信号,与L、R、C信号一起送到中置工作模式控制电路,分别从32脚、33脚、38脚、29脚受控输出。

中置工作模式由31脚、36脚外接的模式选择电路进行控制,通过CPU控制3D04、3D05、3Q04导通与否,可以实现DOLBY SURROUND(杜比环绕立体声4CH)或DSP、DOLBY 3STEREO(杜比三立体声3CH)等声场处理模式和STEREO(两声道2CH)直通;在杜比4CH、3CH时,控制3Q03、3Q02的导通与截止,可以实现NORMAL(普通)、WIDE(宽频)、PHANTOM(幻像)三种中置模式(注意:杜比三立体声状态下无幻像中置模式)。

为了便于正确地调节好各声道的音量和检查各声道接驳的准确性,M69032内置了一个粉红噪声序列发生器。23脚是噪声序列测试(TEST)的控制脚,当其外接低电平时,测试功能OFF(关闭),Lt、Rt信号正常进入矩阵电路;当其外接高电平时,测试功能ON(打开),同时断开Lt、Rt信号;各声道的测试输出状态由24脚、25脚的输入电平的高低所决定。其控制真值表见表1。

图2
图2 🔍原图 (565×377)

2.在DSP状态,从15脚、22脚输入到M69032的应是立体声L、R信号,经矩阵电路产生模拟声场的各路信号:L、R、C和L+R、L-R、S',其中L+R、L-R、S'同时送入DSP选择开关3N01进行效果选择,再送入延时电路进行同步延时。在CPU的控制下,3N01的11脚、10脚、9脚的电位组合再配合3N02的11脚、12脚、13脚的电位组合控制,可以实现HALL(大厅)、MUSIC(音乐厅)、LIVE(现场)、THEATER(电影院)四种DSP效果,当然,每种效果都可进行15ms~30ms的延时选择,其控制真值表见表2。

图3
图3 🔍原图 (1454×467)

3.在欣赏纯音乐时,我们应选择STEREO(双声道立体声)模式,此时,CPU输出相关的控制指令,经3N09(TC4094)扩展后,调节M69032的外围模式选择电路,使31脚接低电平,控制内部的“中置工作模式控制电路”工作在“2CH”状态,关闭解码输出,使进入集成电路的立体声信号直通输出。

为了能得到震撼力非凡的低频效果,该电路中还设计了超重低音电路:从34脚输出L+R信号分出一路,被2N05(4558)两个运算放大器组成的150Hz低通滤波电路滤波,获得150Hz以下的S-BASS(超重低音信号)。

从M69032解码输出的L、R、C、S(分为L、R两路)和另一路S-BASS信号与从DVD(或LD)送进来的杜比AC-35.1声道音频信号一起,送入由3N04、3N05(4053×2)组成的声场方式选择电路进行同步选择。选择出的L、R、C、RL(环绕左声道)、RR(环绕右声道)、SB(超重低音声道)6路音频信号,经一个六联同轴电位器进行总音量控制后,分6路放大和控制。

C、SB声道经2N07(4558)中的两个运算放大器放大,再分别受2RP9、2RP8进行CENTER(中置)、S-BASS(超重低音)的音量控制。SB信号直接通过线路输出,提供给用户的有源低音音箱。C信号则分两路走:一路从线路输出,提供给没有中置音箱的用户,直接接入电视机使用;另一路经LM1875进行功率放大后输出,推动中置音箱。

RL、RR信号经2N06(4558)放大后,RR声道分出一路经2R50隔离后作为声场扩展信号。在DSP状态,通过2R78、2R81提供给两路主声道,以获得需要的模拟声场效果;在其它状态时,CPU控制3Q05、3Q06导通,把该信号接地。而环绕信号则受双联电位器2RP7进行REAR(环绕)音量控制后,进入功率放大集成块TDA7264进行功率放大。

TDA7264是一立体声专用双通道功率放大集成块,额定输出功率达25W/8Ω×2,具有短路、过热、过载保护和静音功能,其4脚是静音(MUTE)控制端,外接高电位时,启动静音功能,反之,则正常播放。RL、RR信号从TDA7264的6脚、8脚进入,经功率放大后,分别从3脚、1脚输出,推动环绕音箱工作。

L、R信号则先送入2N10(4558)进行前置放大,以补偿后面音调电路的损耗,再送音调控制电路;该机的主声道音调控制采用了典型的衰减——负反馈式控制电路,由集成电路2N11(4558)、双联电位器2RP11、2RP12等元件组成。由于采用运算放大器做负反馈的核心器件,所以能得到很好的调节特性。实测低频100Hz和高频10kHz的调节量均不小于20dB。L、R声道音调控制的输出信号分别经2R79、2R82送到2N12(4558)的两运放器的反相端,与DSP扩展信号和卡拉OK信号汇合。

该机的卡拉OK电路由前置放大电路、音量/音调控制电路、延时/混响电路和输出电路组成。2路话筒信号经2N01放大,再经2RP1、2RP2分别进行音量控制后,进入音调控制电路。通过对话筒1、话筒2音量实行分别控制,可以使两路话筒的信号强度一致,便于在对唱、齐唱(特别是男、女声混合唱)时达到协调的目的。

话筒音调控制电路也采用了由2N02、2RP3、2RP4等组成的衰减——负反馈式控制电路,调节2RP3(高音)、2RP4(低音)便改变电路的频率曲线,即控制信号的高、低频率成分的增益,很好地改善演唱者的声音。

卡拉OK延时/混响电路是以(PT2399)为核心,辅以2N04(4558)、2RP5、2RP6及一些阻容元件组成的。从音调电路2N02(4558)第7脚输出MIC信号,分两路走:一路经2C14、2R32直通,另一路则经2C12、2R20、2R27等阻容元件,从PT2399的16脚进入延时电路。在集成电路内部又分两路:一部分信号经低通滤波后,从15脚输出,另一部分信号经低通、A/D转换、数字延时、D/A转换后从14脚输出,经2RP5进行ECHO调整后,再经2C18、2R27和16脚回到集成电路内部,一部分经延迟的信号从15脚输出,另一部分经延迟的信号又进行另一轮延时,这样循环下去,产生混响效果。延时量由2RP6控制。从15脚输出信号经2R33与直通的信号混合,送2N04进行混合放大,经2C32、2R35隔离、K-1、K-2控制后,分两路经2R77和2R80与L、R声道信号、DSF扩展信号汇合。

MIC1、MIC2插头分别控制K-1、K-2的通断,在无MIC插入时,OK信号被断开,避免OK电路的静态噪声干扰L、R声道。只要有一只MIC插入,K-1或K-2就可在其插头的顶碰下打开接通信号。

来自各电路的各种信号分别与L、R声道混合后,送入2N12(4558)进行混合放大,以获得后面电路所需要的信号幅度,然后分别从1、7脚经2C68、2C69耦合输出,再经2R85、2R86隔离和2RP13进行平衡控制后,送往L、R声道功率放大器。

为对音频的电平幅度进行显示,在2R85、2R86前各取一路,经2R87、2R8隔离后合并,送4N14(LM324)放大到一定幅度,再整流滤波,得到代表音频电平幅度变化的平滑信号,经6级比较器进行电平比较输出,送入两个LM324放大,驱动显示屏点亮相关段位,实现音频电平的动态显示。

为了方便用户在演唱卡拉OK时能记录自己的歌声,该电路在进入L、R声道功率放大前各取一路,经2R101、2R102隔离,进行线路输出,把伴奏、人声一起提供给录音机。

该机的功率放大采用了常见的OCL电路,但由于前置放大采用了差分输入和镜像恒流源,所以有效地克服了零点漂移,且共模抑制比高,输入阻抗高,使电路工作非常稳定;对比“长尾式”恒流源差分输入的功率放大电路,具有音质细腻丰满、层次分明等等优点。

经功率放大后的L、R信号,分别经6L01、5L01补偿和继电器的控制后输出。为了在用户操作不当或机器出现故障时不致于损坏音箱,该机设计了完善的音箱保护电路。L或R声道的过流监测信号,经6R22、6D03或5R22、5D04隔离,送保护检测电路。该机OCL电路中点直流电压检测方式与其他功放不同,是从继电器开关控制后面取出送保护检测电路的,以避免开机时因功率放大电路处于初始化状态,中点不为零而使CPU误识别,出现自锁保护,引起无输出。当出现异常时,音箱保护检测电路,输出高电平给CPU的13脚,经中央微处理器识别后,从其8脚输出高电平,控制保护驱动电路,使继电器释放,断开L、R、C的输出,同时也断开TDA7264等4脚的接地,迫使RL、RR停止输出,从而实现音箱保护功能。

该机采用了传统的AT80F51单片机做中央微处理器(CPU),通过对其21~28脚外按键盘的控制,CPU的部分I/O端口配以3N08、3N09(4094×2)集成块进行控制扩展输出,实现了对输入选择、模式转换、声场方式选择、声场延时调节、音箱保护等等功能的控制,同时其显示信息通过4N02、4N03、4N04和4N09的扩展输出,经6个LM324和一个ULN2003中三十多个运算放大器放大,驱动显示屏点亮相关的段、位,实现了功能状态的显示。

为了满足各功能电路的工作条件,AV-2100的电源电路提供了多种电压,电路相对复杂。AC220V经变压后输出交流30V、14V、15V、22V、3V五组低压电压,其中AC30V、14V经桥式整流后得到±40V和±18V的直流电压提供给6路功率放大电路;从AC30V分出的一路经半波整流获+20V直流电压供音箱保护电路;AC15V经桥式整流获±18V,从+18V取一路供卡拉OK延时混响电路,其余经7812、7912稳压和电阻降压,获得±12V和±5.6V,供各弱信号放大(如4558)、电子选择电路;AC22V经桥式整流后分两路稳压,得到的+5V供给中央微处理器,+20V则与AC3V一起提供给显示屏及其驱动电路。(李水飞)