消側(cè)音的兩種方法討論
消側(cè)音的方法通常有變量器法、電橋平衡法和相位抵消法。變量器法曾經(jīng)在號盤式電話機中廣泛應用,現(xiàn)今已被淘汰。電橋平衡法在按鍵電話機中普遍應用,相位抵消法在無線對講機和樓宇對講系統(tǒng)中比較常見。相位抵消法有多種電路形式,可以發(fā)現(xiàn)這些電路良莠混雜、謬誤常出,因此,對相位抵消法原理及其電路形式進行系統(tǒng)闡述尤為必要。另外,電橋平衡法可視為相位抵消法的一個特殊形式將另文探討。
1 用加法實現(xiàn)消側(cè)音
1.1 原理
在圖1所示的串聯(lián)分壓電路中,R1,R2為純電阻,v1,v2為輸入電壓,vo為輸出電壓,據(jù)疊加定理:
令vo=0,則v1R2+v2R1=0,即:
特別地,當R1=R2時,v1=-v2。
由式(1)可見,欲使vo=0,v1,v2須滿足2個條件:
(1)每個頻率分量的相位相反;
(2)每個頻率分量幅度呈一定比例且比例相同。
1.2 電路形式(一)
對講各方的音頻輸入輸出電路一般都相同,圖2示意了兩方對講的消側(cè)音電路,以虛線分割。甲方R10,R11之和遠大于R6,故R10,R11組成的支路可視為開路。同理,乙方R21,R22組成的支路也可視為開路。對于U1輸出的交流信號而言,傳輸線兩端的隔直電容C2,C10可視為短路,運放U3的輸出端可視為交流接地,于是R6,R17組成了簡單的串聯(lián)關(guān)系。忽略傳輸線的損耗,假設U1輸出為1,經(jīng)R6后降為0.5。再假設U2的放大倍數(shù)為-A(圖中U2的實際放大倍數(shù)為正值,但相對于U1來說是負值),根據(jù)式(1),0.5R11=A×R10。由甲乙方電路的對稱性,乙方的R21=R10且R22=R11。在乙方,R17右側(cè)獲得的電壓為0.5,運放U4的輸出端可視為交流接地,射隨器可視為開路,故射隨器輸入端獲得的電壓為:
當2A遠大于1時,接收方功放輸入端獲得的電壓接近0.5。需要說明的是,如果音頻傳輸線上并聯(lián)了多個的相同設備,射隨器輸入端獲得的電壓將更小。
1.2 電路形式(二)
圖3是文獻提供的消側(cè)音電路框圖,其運用的原理與圖1所述的相同。
甲乙兩方的電路仍然是對稱的,R1,R4,R2與R5,R3,R6分別相等。盡管文獻沒有給出具體的電路參數(shù),但根據(jù)式(1)很容易得出接收方功放獲得的電壓。假設U1輸出為1,U2,U3的輸入電阻足夠大,并忽略傳輸線對信號的損耗,則圖中b點和d點電壓均為0.5。再假設U2,U3的放大倍數(shù)為-A,由式(1)知0.5A×R2=R3。這時乙方功放輸入端獲得的電壓為:
當A遠大于2,接收方功放輸入端獲得的電壓接近-1。如果音頻傳輸線上并聯(lián)了多個相同設備,功放輸入端獲得的電壓也將更小。
1.3 電路形式(三)
圖4所示的電路適用于低成本場合。三極管發(fā)射極和集電極的信號反相,一個三極管的作用相當于圖2中的U1和U2。圖中三級管的偏置電路沒有畫出,C1和C2將直流分量同傳輸線隔離開。需要特別提出的是,如果可調(diào)電阻P1足夠大,從而對三極管的偏置影響足夠小,可將C2去掉,可調(diào)電阻P1直接和三極管的c,e極并聯(lián)。
2 用減法實現(xiàn)消側(cè)音
2.1 原理
圖5所示是用來實現(xiàn)兩個電壓vS1,vS2相減的電路,在理想運放情況下,利用“虛短”、“虛斷”現(xiàn)象,可得輸出電壓:
如果選取電阻值滿足Rt/R1=R3/R2的關(guān)系,輸出電壓可簡化為:
vo=Rf/R1(vS2-vS1) (5)
特別地,當vS1=vS2時,vo=0。
應當注意的是,運放的兩個輸入端存在共模電壓,需選用共模抑制比較高的集成運放,才能保證一定的運算精度。
2.2 電路形式
對稱的兩方對講的音頻電路如圖6所示,以虛線為界。
運放U1,U2的同相端偏置電路可參考圖2,此處未畫出。對交流信號而言,傳輸線兩端的電容C3,C5可視為短路,考察甲方的消側(cè)音電路,運放U3的輸出端可視為交流接地,這時R15就相當于圖5中的R3。同理,對乙方的消側(cè)音電路來說R7相當于圖5中的R3。
以甲方發(fā)送音頻信號為例,設U1的輸出為1,則U2的輸出幾乎為0,達到了消側(cè)音的目的。忽略音頻信號在傳輸線上的損耗,由理想運放的虛斷現(xiàn)象可知,U4的同相端電壓為0.5,這時U4與周邊電阻的連接關(guān)系如圖7所示,易得U4的輸出為1,乙方接收到了甲方的音頻信號。
需要特別說明的是,在多方通話的場合,音頻傳輸線上每多并一個相同設備,為滿足Rf/R1=R3/R2的關(guān)系,運放的Rf均需相應調(diào)整。
反相信號相加、同相信號相減,可實現(xiàn)消側(cè)音功能。正因為利用了信號的加減運算,消側(cè)音電路的音頻輸出信號一般不宜用變壓器隔離,因為隔離變壓器和運放的隔直電容一起,往往會明顯改變參加運算一方的相位,消側(cè)音效果將大打折扣。實際應用中,輸入和輸出運放最好加上低通或高通濾波電路,以限制輸入和輸出信號的帶寬。圖2中的R11處可用兩個電阻串聯(lián),以便微調(diào)阻值。當選定一種消側(cè)音電路,可借助仿真軟件優(yōu)化電路參數(shù),以取得最合適的消側(cè)音效果。
對講設備增加消側(cè)音電路之后,除了節(jié)約一根音頻傳輸線以外,還便于實現(xiàn)多方通話,只要將各方的音頻信號線并聯(lián)即可。
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