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技术问答系列专题之五:关于数字电视调谐器应用精彩问答
类别:网文精粹  
 
介绍

Zobel(Zobel)网络,又称波切洛特(Boucherot)单元,最简单的形式是一个串联式阻容(RC)网络。这个网络与音频扬声器并联,其目的是为了降低声音绕线电感L(e)的影响。

这些网络已经使用了数十年,目的是为了能够在工作频率范围内使扬声器负载对放大器输出呈电阻抗特性,同时增加音频放大器的稳定因子。此外,在众多的应用中,一个放大器要驱动多个扬声器,于是采用了交叉网络结构。Zobel网络可通过保持负载的阻抗电阻简化交叉网络的设计。

随着高功率(>100瓦)音频放大IC的出现,如果该网络的器件值选取不当,则会对IC产生严重的损坏。这将是本文即将描述的主题。

背景

音频扩音器具有复杂的阻抗,然而音频放大器更适于驱动纯电阻阻抗的负载。为了补偿这一点,引入了Zobel网络与扬声器并联。

一些设计者采用了“经验法则”的方法。在这个方法中,习惯选取电阻阻值介于2.7Ω和10Ω之间,这依赖于扬声器的直流(DC)电阻阻抗,且电容的容值恒定在100 nF。

这个方法对大多数的分离放大器是适用的,但是如果没有理解扬声器的参数而选取器件值将会对IC功放导致严重的不良后果。

分析

图1是扬声器驱动的一个简单电-声电路模型。该驱动模型的电路值可从厂家数据手册给定的参数中获取,或者通过网络分析仪获得。

图1:扬声器驱动模型。(1)

定义:

Revc是声音绕线直流电阻阻抗

Levc是声音绕线电感

Lces是驱动器机械性悬架随动的电气模拟量

Cmes是驱动器锥质量的电气模拟量

Res是驱动器机械性悬架电阻阻抗的电气模拟量

为了示范Zobel网络的值该如何计算,选取了流行音频系统所使用的扬声器,而且下列Thiele-Small参数均来源于厂家的数据手册:

Bl = 6.5 Tm(力因子)

Cms = 53.3 um/N(机械顺从性)

Mms = 0.0104 kg(机械顺从性)

Rms = 1.56(机械损耗)

图1中器件值可以测量或计算成如下:

Revc = 8 Ω(用欧姆计测量)

Levc = 135 uH(用电感计测量,通常电感是重要的)

Lces = Cms*(Bl)2 = 2.25 mH

Cmes = Mms / (Bl)2 = 246 uF

Res = (Bl)2 / Rms = 27 Ω

常量:

j = √-1

ω(f) = 2πf

扬声器的复杂阻抗可用公式表示成:

公式(1)

该结果体现在了下面的声音绕线驱动(VCD)阻抗与频率比值的曲线上,如图2所示:

图2:VCD阻抗与频率曲线(计算结果)。

在谐振点,Lces和Cmes本质而言是开路的,因此,谐振点的峰值阻抗Zres是Revc和Res的串联和,即Zres = 8 Ω + 27 Ω = 35 Ω。

声音绕线驱动器基本而言是一个RL电路,因此阻抗与频率是成正比的。后面将会阐述为何电感的增加对IC音频放大器是有害的。