自制音频信号检测电路

valine · 发表于 2010-5-7 10:20:54

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　这里介绍的音频信号检测器，即音频信号注入/寻迹器。它可用于检修视盘机、收音机、扩音机、录音机、CD机、VCD、DVD机等音频设备，以及检修电视机、家庭影院等设备的音频电路。音频信号注入/寻迹器是一种较简单的常用仪器，它实际上是如下两种仪器的结合。
　　一是信号注入器。通过仪器前端的探针，向被检修电路各级注入音频信号，以判断出故障所在。
　　二是信号寻迹器。通过仪器前端的探针，从被检修电路各级探寻音频信号，以判断出故障所在。
　　下面分析音频信号注入/寻迹器的电路图。

　　1.整机电路分析　　音频信号注入/寻迹器的电路如下图所示。
　　由于该仪器具有“信号注入”和“信号寻迹”两种功能，因此，我们首先可以判断出Sl是功能选择开关，当Sl置于“xJ”档时，电路组成信号寻迹器;当Sl置于“ZR”档时，电路组成信号注入器。
　　在下图中，Sl指向“XJ”档，电路组成信号寻迹器。
　　我们知道，信号寻迹器的功能，是将被检测电路的音频信号放大后播放出来，因此，电路图左边的探针(x)是信号输入端，电路图右边的扬声器(BL)是最终负载，信号处理流程方向是从左到右。作为整机电源的电池(GB)在电路图的右边，因此直流供电电路方向是从右到左。
　　下面依次分析信号寻迹器与信号注入器电路。
　　(1)信号寻迹器
　　从下图
　　(Sl指向“xJ”)可见，信号寻迹器电路的主要元器件是4个晶体管。以这4个晶体管为核心，可将电路图分为3个单元，从左到右依次为：①以晶体管VT1为核心的输入缓冲单元;②以晶体管VT2和VT3为核心的电压放大单元;③以晶体管VT4为核心的电流放大单元。以上单元电路组成了音频信号寻迹器的整体电路，右图为其方框图。其电路工作原理是：由探针X从被检测电路取出的微弱的音频信号，经VT1缓冲后送入VT2、VT3进行电压放大，再经VT4电流放大后推动扬声器BL发声。下面我们从左到右依次分析电路图各单元电路。
　　1)输入缓冲单元电路分析。晶体管VT1与R3、R4等构成了一个射极跟随器，信号从VT1的基极输入，从其发射极输出。C3、C4分别为输入端和输出端的隔直流耦合电容。射极跟随器实际上是一个共集电极放大电路，输出信号由发射极电阻R4上取出，同时，R4又串联在输入信号回路中，将输出电压全部负反馈到输入端，因此，这还是一个反馈系数为1的电压串联负反馈放大器。由于深度负反馈的作用，射极跟随器具有：
　　①很高的输入阻抗;②很低的输出阻抗;③电压增益略小于1，输出电压与输入电压同相;④电流增益等于晶体管电流放大系数等特点。
　　射极跟随器作为整个仪器的输入级，由于其具有很高的输入阻抗，对被检测电路的影响极小，在被检测电路与放大电路之间起到了缓冲隔离作用。R3是偏置电阻，为VT1提供基极偏置电流。
　　2)电压放大单元电路分析。晶体管VT2、VT3等构成双管电压放大器，对输入缓冲级送来的被检测信号进行放大。射极跟随器VT1输出的信号，由C4耦合至VT2基极，经双管放大器放大后，从VT3集电极输出，并由C6耦合至后续电路。
　　双管放大器具有电压增益大、工作点稳定度高的特点。双管放大器由两级共发射极放大器直接耦合而成，总的电压增益等于两级电压增益的乘积。VT2的基极偏置电压不是取自电源电压，而是通过R7取自VT3的发射极电压(R9上的压降)，构成了直流负反馈来稳定电路的工作点。例如：当由于某种原因造成VT2集电极电流上升时，由于直接耦合使VT3集电极电流下降，R9上压降也下降，通过R7反馈至VT2基极，迫使VT2集电极电流回落，从而保持了工作点的稳定。调节R7可改变VT2与VT3的工作点。R5、R8分别为VT2，VT3的集电极电阻。R6是VT2的发射极电阻，可产生电流负反馈以进一步稳定本级工作点。

3)电流放大单元电路分析。双管放大器输出的电压信号，要驱动负载(扬声器)，还需要经过电流放大。
　　晶体管VT4等构成电流放大器，其实质也是一个射极跟随器。前面分析已知，射极跟随器具有较大的电流放大倍数，电压放大倍数约为1，因此具有较大的功率增益，足以驱动扬声器发声。电位器RP用于调节音量大小。C8为隔直流耦合电容。Rl0是VT4的偏置电阻。

　　(2)信号注入器
　　当前图中功能选择开关Sl指向“ZR”档时，电路构成信号注入器，可分为两个单元，从左到右依次为：
　　①以晶体管VT1—VT3为核心的音频振荡单元;②以晶体管VT4为核心的输出缓冲单元。下图为其方框图。其电路工作原理是：振荡器(VT1～VT3)产生的音频信号，经射极跟随器(VT4)缓冲后，由探针X送入被检测电路。
　　1)电路功能的转换。电路功能转换由功能选择开关Sl完成。Sl是四刀两档开关，当Sl从“xJ”转为“ZR”时(由信号寻迹器转为信号注入器)，整个电路有以下变化：第一，Sl-b和Sl-c将反馈网络(Cl、C2、Rl、R2、RT)接入电路;第二，Sl-a将探针X与VT1的连接切断：第三，Sl-d将VT4的输出端接至探针X，而切断与扬声器BL的连接。

　　2)音频振荡器电路分析。
　　晶体管VT1—VT3等构成的音频振荡器，是一个典型的RC桥式振荡器，由RC电桥和放大器两部分组成，下图是原理方框图。RC桥式振荡器具有：体积小、易起振、振荡波形好、频率调节范围宽等优点，在低频振荡器中获得广泛应用。
　　①RC电桥。RC桥式振荡器是用RC电桥作反馈回路的振荡器。下图左半部分为RC电桥，电桥的左边是由Cl、Rl串联和C2、R2并联组成的2个臂，右边是由RT和R6构成的2个臂。放大器的输出电压Uo加到电桥的一个对角线AC，从电桥的另一个对角线BD取出反馈电压Ui送回放大器输入端。我们知道，形成振荡的相位条件是正反馈，即Ui与Uo同相。当RC
　　-定时，电桥只在1个频率上满足这一点，因此RC电桥具有选频作用，其频率f=l/(2πRC)，式中：R=R1=R2，c=C1=C2。改变R、C的值，即可改变振荡频率fo(图1电路中f～800
　　Hz)。

　　②放大器。RC桥式振荡器要求其放大器相移为0，且有足够的放大倍数。VT2和VT3组成的双管放大器，其输入与输出同相，可以满足这个要求。对放大器而言，电桥左边(Cl+Rl)臂和(C2//R2)臂构成正反馈选频电路，右边RT臂和R6臂构成负反馈稳幅电路。
　　R6同时还是VT2的发射极电阻。
　　③振幅的稳定。RC振荡器中的放大器必须工作在甲类放大状态，以保证良好的振荡波形，所以，RC振荡器不能像LC振荡器那样利用振荡管本身工作到非线性区域来保持振荡的稳定。可行的办法是：在负反馈电路中采用热敏电阻。图1中RT是负温度特性热敏电阻。当振荡器输出电压U。增大时，通过RT的电流加大，RT温度升高而阻值减小，负反馈系数R6/
　　(RT+R6)增加，放大器电压增益下降，把U。拉低，使振荡趋于稳定。
　　④VT1的作用。射极跟随器VT1接在RC电桥与双管放大器之间，射极跟随器其有很高的输入阻抗，减轻了放大器对RC选频网络的影响，有助于提高频率稳定度。
　　⑤输出缓冲电路分析。输出缓冲电路的作用是隔离负载(被检测电路)对振荡器的不良影响。输出缓冲电路实际上是由VT4构成的一级射极跟随器，由于其具有很高的输入阻抗，对振荡电路的影响极小;同时又具有很低的输出阻抗，提高了振荡电路的输出驱动能力。通过RP可调节输出信号的大小。
　　

2.直流供电回路分析
　　从前图所示电路的最右边可见，整机采用9V电池为电源，从右到左依次为VT4、VT3、VT2、VT1供电。
　　Rl0、R7、R5、R3分别为各管的基极偏置电阻，改变它们即可改变相应晶体管的工作点。
　　3.制作与调试
　　各元器件见前图，无特殊要求。调试时：
　　(1)将Sl置于“XJ”档位，调节R3，使R4上压降为5V：
　　(2)调节R7，使R6上压降为1V、R9上压降为3.2V：
　　(3)调节Rl0，使VT4发射极对地电压为4V;(4)将Sl置于“ZR”档位，调节RT，使起振且输出波形良好。如欲改变振荡频率，可改变Cl、C2、Rl、R2的大小。

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