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频率失真的产生原因与避免方法

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发表于 2015-7-8 17:18:31 | 显示全部楼层 |阅读模式
频率失真
一部良好的收音机收听电台广播时,声音应该是清楚、逼真的。这就要求放大器具有良好的性能。理想的放大器,除了要求有足够的放大量之外,还要求它的输出波形与输入波形完全相似,只不过将振幅按比例地放大而已,如图1所示。这样放大后的信号才不致产生失真,收听的语言和音乐就清楚悦耳。但是任何放大器在不同程度上,总会使信号波形发生变化,产生一些失真。

信号放大

信号放大

最常遇见的一种失真,就是“频率失真”。大家知道,不论说话也好,音乐也好,都不是单一频率的振动,其中都包含有许多不同频率的成分。这些不同的频率成分组成了一定波形的信号。在信号通过放大器后,如果不同频率成分被放大的倍数不相同,那么,由各个被放大后的频率成分所组成的信号,即被放大后的信号,它的形状就会和未放大前的信号有些差别。这样产生的失真,就叫故频率失真。例如,假定在放大器输入信号中包含有频率为f1、f0、f2的三个成分,它们的振幅用U1、U0、U2来表示(见图2)。如果放大器没有失真,那么输出端的三个成分都被放大了K倍(图3),所以输出波形与输入波形相似。如果有失真,那么被放大后振幅的比例关系就被破坏(如图4),输出波形中就产生了频率失真。这种失真在低频放大器中会使音色发生显著的变化,严重的会使语言的清晰度变坏,使各种乐器的音响难以辨清。

振幅

振幅

为了免除频率失真,放大器必须保证对一定频带范围内的所有频率都有相同的放大量(即均匀地放大)。放大量与外加信号频率之间的关系曲线叫做放大器的频率特性曲线。因为在输入信号振幅不变时,放大器的放大量通常可以用输出信号的振幅来表示,所以频率特性曲线又叫做振幅—频率特性曲线(也有叫频率响应曲线的)。在理想的情况下,在所需要的频带内放大器的频率特性应该是一条水平的直线(图5中的实线)。但是事实上这是作不到的。因为电子管电路元件以及极间电容等对各种不同频率所产生的影响是不同的。一般低频放大器的频率特性曲线在中频段是比较均匀的,放大量比较大,低频高频两端的放大量减小,如图5中的虚线所示。频带越宽和所需放大量越大,频率特性曲线的形状就越难接近理想情况。但是如果实际特性曲线(图5中的虚线)的不均匀程度不很大,例如低频和高频端放大量的减小不超过20~30%,人耳的听觉是不容易察觉的。

放大器的频率特性

放大器的频率特性

频率失真主要是发生在低频放大器和扬声器中。如果高频或中频放大器的通频带过窄,也会产生频率失真。为了在数值上说明频率失真,通常是采用所谓频率失真系数M,它是用频率范围内的某当中频率的放大量与指定的两端频率的放大量之比来表示的。例如在图5中,对于最低端频率f1,频率失真系数为M1=K0/K1。
对于最高端频率f2,频率失真系数为M2=K0/K2。
各种不同用途的放大器所允许的频率失真系数是不同的。质量高的放大器,其频率失真系数应该接近于1;而一般的放大器只要在M≤1.3的范围内就可以了。对于传送语言的放大器,M≤1.3的通频带范围有200~3000赫就很够了;对于传送音乐的有100~4000赫也就够了;高质量的放大器有60~6500赫或更宽的频带范围。
通常在技术计算上,我们是采用分贝来表示频率失真的。频率失真的分贝数p由下式求得:p(分贝)=201gM。
上面所说被允许的M≤1.3的条件下,就是频率失真不超过2~3分贝。
也有人用百分数来表示频率失真,这时频率失真按(1-K1/K0)或(1-K2/K0)
计算,然后写成百分数。这里K1、K2和K0等符号的意义与前面一样。如果要求频率失真系数不超过1.3,那么频率失真的百分数就不能大于23%。适当选用电路元件、采用负回授或其它措施,可以减小放大器中的频率失真。
如果放大器有好几级,那么对每一种频率的总频率失真系数是等于各级频率失真系数的乘积,即M=M1×M2×M3……。
由此可见,在多级放大器中,如果设法使有些级的频率失真系数小于1,即采取对某些频率部分补偿放大的措施,那么各级的频率失真就可以获得相互补偿的,使总频率特性曲线较接近于理想的情况。
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