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分頻器設(shè)計(jì)原理淺析
時(shí)間：2018-08-09 來源：未知
對(duì)于分頻器的認(rèn)識(shí)剛開始只是知道是一種可以用來劃分不同頻率的電路。借著機(jī)會(huì)認(rèn)真學(xué)習(xí)了分頻器的具體原理。以下內(nèi)容主要是分頻器設(shè)計(jì)原理的總結(jié)。
分頻器分為電子分頻和傳統(tǒng)的電容電感分頻器。電子分頻器通常位于功率放大器前。因?yàn)殡娏鬏^小可以用較小功率的電子有源濾波器實(shí)現(xiàn)，所以調(diào)整較容易、功率消耗小并且揚(yáng)聲器單元之間的干擾小。但是由于每路都要用到獨(dú)立的功率放大器，成本比較高，電路結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的多，電子分頻器主要運(yùn)用于專業(yè)擴(kuò)聲系統(tǒng)中。傳統(tǒng)的電容電感分頻器的本質(zhì)實(shí)際上是LC濾波網(wǎng)絡(luò)電路。
分頻器的應(yīng)用：
分頻器主要的應(yīng)用就是在音響中的應(yīng)用。分頻器把輸入的模擬音頻信號(hào)分離成高音，中音，低音等不同成分后，再分別送入相應(yīng)的高，中，低音喇叭單元中重放。實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的聲音播放出來。分頻器的好壞決定了音響音質(zhì)的好壞。由于現(xiàn)在音響種類很多，相應(yīng)的分頻器的種類也比較多，常用的分頻器有2分頻，3分頻4分頻等。要使音響達(dá)到不同的效果，通常需要靈活配置分頻器。
單元：
分頻器中的單元就是按照頻率劃分出來的超高音，高音，中高音，中音，重低音，低音，超低音等不同的頻率段。
分頻器基本電路原理圖：
分頻器的主要電路元器件：
電阻：在分頻電路中主要的作用是調(diào)整靈敏度
電感：阻擋較高頻率，只讓較低頻率成分通過
電容：獨(dú)擋較低頻率，允許較高頻率部分通過
電容器特性：
由于當(dāng)電容器兩端加載電壓的時(shí)候，兩端就會(huì)感應(yīng)并存儲(chǔ)電荷，此時(shí)電容器就相當(dāng)于一個(gè)臨時(shí)的存儲(chǔ)電能的器;當(dāng)電容器兩端電壓變化很快的時(shí)候，也就是我們所說的高頻，此時(shí)，由于快速變化的電壓導(dǎo)致電容器兩端的感應(yīng)電荷也同步地變化，也就等效于有電流流過電容器。當(dāng)頻率很低的時(shí)候，電容器兩端電壓變化很慢，也就近似沒有電流流過電容器。所以體現(xiàn)出來的效果就是電容器器的通高頻組低頻的特性。
電感特性：
當(dāng)有電流通過的時(shí)候，如果電流的大小和方向發(fā)生變化，線圈會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，它與原來的電壓方向相反，即體現(xiàn)出來的效果就是電感線圈是阻礙變化的電流通過的;當(dāng)電流變化很快的時(shí)候，線圈產(chǎn)生的負(fù)電壓就會(huì)很大，阻礙變化的電流通過的阻礙作用越大。所以體現(xiàn)出來的就是電感通低頻阻高頻的特性。
分離高頻部分的原理：
如上圖鏈接高音喇叭的電路部分，電流流過電容器的時(shí)候，由于電容器的通高頻阻低頻特性，此時(shí)得到的是高頻部分，并且喇叭與一個(gè)線圈并聯(lián)，此時(shí)線圈產(chǎn)生一個(gè)負(fù)電壓，這個(gè)負(fù)電壓對(duì)于高音喇叭來說就正好是一個(gè)電壓補(bǔ)償，這樣就很近似的把高頻部分的模擬信號(hào)還原成聲音電流。
分離低頻部分的原理：
電流流過線圈，由于電感線圈通低頻阻高頻的特性，高頻部分被阻止，低頻部分順利通過電感線圈，并且，低音喇叭并聯(lián)了一個(gè)電容器，利用電容器在高頻的時(shí)候產(chǎn)生一個(gè)電壓來補(bǔ)償損失的電壓，同樣，就很近似的把低頻部分的模擬信號(hào)還原成聲音信號(hào)。
分頻器的“路”：
是指分頻器將輸入的原始信號(hào)分成的不同頻率段的信號(hào)，即常說的2分頻、3分頻等。
分頻器的“階”：
是指一個(gè)無源分頻器中濾波電路的數(shù)量。通常精細(xì)的濾波器設(shè)計(jì)，在每一個(gè)濾波電路中都有多路濾波，經(jīng)過多次濾波得到想要的頻率部分進(jìn)行輸出。通常有“雙路一階分頻器”，“雙路二階分頻器”。
阻抗：
阻抗=原件本身的直流電阻+感抗向量值+容抗向量值
每一個(gè)額定電感量和額定電容量的電感和電容對(duì)某一個(gè)頻率的信號(hào)變化的阻礙作用是不一樣的，所以在信號(hào)的頻率發(fā)生變化的時(shí)候，單元的阻抗就會(huì)呈現(xiàn)出曲線。因?yàn)閱卧囊羧Ρ旧砭褪且粋�(gè)電感，電感當(dāng)然自身也有直流電阻。
一般來說高音單元的阻抗曲線較為平直，低音單元在某一個(gè)頻段的阻抗會(huì)表現(xiàn)出明顯的峰值。因此低音在分頻電路中總是需要被特殊照顧。
絕大部分為無源功率分頻器，通常稱為“巴特沃斯分頻器”。它的瞬態(tài)響應(yīng)好，又有平坦的頻響特性曲線。2階二路分頻器巴特沃斯參數(shù)設(shè)置如下:
C 1 = 0.1125 / RH F L1 = 0.2251 RL / F
C2 = 0.1125 / RL F L2 = 0.2251 RH / F
分頻器的設(shè)計(jì)重要的就是分頻點(diǎn)的選取和分頻器的相位的問題。分頻點(diǎn)選取高一點(diǎn)，高頻部分就比較亮麗;分頻點(diǎn)取低一點(diǎn)，高頻部分比較厚實(shí)。分頻器中有電容、電感。對(duì)于電容來說，通過電容的電流比電壓超前90゜，而通過電感的電流比電壓滯后90゜，對(duì)于一階和三階巴特沃斯濾波器來說，它們?cè)诜诸l點(diǎn)附近很大范圍內(nèi)相位的超前和滯后能夠相互抵消，可以使通帶內(nèi)的相移剛好為0。所以，一階和三階分頻器，高低音喇叭可以相連。對(duì)于四階分頻器來說，它具有比較好的相位特性，其分頻點(diǎn)處的相位差為360゜，即低高通網(wǎng)絡(luò)在分頻點(diǎn)處相位是相同的。所以高低音喇叭也是可以相連的。對(duì)于二階分頻器來說，在分頻點(diǎn)處有180゜的相位差，我們必須將高低音喇叭反相連接。
如果在分頻點(diǎn)處，高低音揚(yáng)聲器全功率工作勢(shì)必在分頻點(diǎn)附近，聲音特別響。所以，要設(shè)法在分頻點(diǎn)處，使高低音喇叭各分得一半功率。這樣我們可以認(rèn)為，Xc(高通容抗) =XL(低通感抗)=Z(喇叭阻抗)，則滿足了以上的分頻要求。由此等式可得： Xc=1/2πfC=Z C=1/2πfZ (1) ，XL=2πfL=Z L=Z/2πf (2) ，式中f為分頻點(diǎn)頻率。(1) (2)式計(jì)算出的值，即為高通電容低通電感數(shù)值。其它階數(shù)的計(jì)算公式都可以通過此基本公式推導(dǎo)而得。
設(shè)計(jì)出來的分頻器通常因?yàn)楦鞣N原因，在分頻點(diǎn)附近和其他頻率點(diǎn)上都會(huì)產(chǎn)生峰谷。這就要運(yùn)用“RLC”電路來校正。
其實(shí)傳統(tǒng)的電感電容分頻器就是常說的功率分頻器，其特點(diǎn)是連接簡(jiǎn)單，使用方便。同時(shí)因?yàn)樗鼤?huì)消耗功率，出現(xiàn)音頻谷點(diǎn)，還會(huì)產(chǎn)生交叉失真，其參數(shù)與揚(yáng)聲器阻抗有直接聯(lián)系，揚(yáng)聲器的阻抗是頻率的函數(shù)，通常情況下設(shè)計(jì)出來的分頻器與理想效果偏差比較大，調(diào)整也不方便。
