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频率响应
编辑上传:丁仪   文章来源:本站原创   发布日期:2012-11-09   点击次数:780 次   

  频率响应简称频响,英文名称是Frequency Response,在电子学上用来描述一台仪器对于不同频率的信号的处理能力的差异。同失真一样,这也是一个非常重要的参数指标。频响也称响曲线,是指增益随频率的变化曲线。理想的频响曲线应当是平直的,声音信号通过后不产生失真。

  一个“完美”的交流放大器,应该在频响指标上具有如下的素质:对于任何频率的信号都能够保持稳定的放大率,并且对于相应的负载具有同等的驱动能力。显然这在目前技术水平下是完全不可能的,那么针对不同的放大器就有了不同的“前缀”,对于音频信号放大器(功率放大器或者小信号放大器)来说,我们还应该加上如此的“前缀”:在人耳可闻频率范围内以及“可能”影响到该范围内的频率的信号。这个范围显然缩小了很多,我们知道,人耳的可闻频率范围大约在20~20KHz,也就是说只要放大器对这个频率范围内的信号能够达到“标准”即可。实际上,根据研究表明,高于这个频段以及部分低于这个频段的一些信号虽然"不可闻",但是仍然会对人的听感产生影响,因此,这个范围还要再扩大,在现代音频领域中,这个范围通常是5~50KHz某些高要求的放大器甚至会达到0.1~数百KHz。但是,上述要求表面上好像是比“完美”低了很多,却仍然是“不可能完成的任务”,目前我们连这样的要求也不可能达到。于是,就有了“频响”这个指标。(附言:指标本身就代表着“不完美”,如果一切都“完美”了,指标也就没有存在的理由了。)

  放大器有两种失真:线性失真和非线性失真。我们通常把后者叫做“失真”,而把前者用其它方式表达出来。非线性失真我们已经知道了是一种什么情况了。而线性失真就是指频率和相位方面的“误差”,即频率失真和相位失真。

  频率失真是一种“线性失真”,意思是说,发生这种失真时放大器的输出信号波形和输入波形仍然是“相似形”,它不会使放大器对要处理的信号产生“形变”。一个单纯的频率失真可以看成放大器对于不同频率的信号放大倍数不同,例如,1个十倍放大器,对1KHz的信号的放大倍数是10倍,而对于10KHz的交流信号可能放大倍数就变成了9.99倍,于是,我们就可以说这台放大器有频率失真了。

产生频率失真原因

  对于一台放大器来说,产生频率失真的原因非常多。很多放大器的内在特性都会影响到这个参数,甚至失真也会插进来一脚(这是测量方法所导致的,后谈)。总的来说,有如下一些情况会导致频率失真: 

  1、元器件的固有频率特性决定,这是最根本的原因,后面的一些原因实际上都源于这里。 

   2、采用负反馈技术放大器的开环特性以及负反馈电路本身的频响特性决定。 

   3、放大器的非线性失真对于测量方法引入的“测量误差” 

   4、放大器的电路设计导致传输特性的非理想化 

   5、安装和制造工艺不完善,引入的外界交流干扰信号导致频响的不平直。 

  谈到这里,我们会发现,这里有很多原因似乎和“测量方法”有关,所以有必要提一下频响是如何测量和定标的。

频率失真(频响)的测试方法

  任何可以被写上说明书的“指标”都是必须借助仪器来测量的,这些指标必须有一个共同的特点,就是“可重复性”,也就是说,只要你用同样的设备,就可以重复得到相同或相近的测量结果。我们把这一类指标称为“客观指标”,频响当然是属于此类。 

  频响的测量方法很简单,在放大器的输入端接入一个标准信号发生器,这个信号发生器可以产生标准的正弦波信号,并且可以通过调节使得这个发生器的输出信号的频率发生变化,而幅度不变。在放大器的输出端接一个标准的纯阻性负载,并且接一个交流电平表,通过读取电平表的数据,就可以测量该放大器的频响特性了。测量时,为了保证测试结果的可靠和准确,要尽量多地在测试频率范围内选取不同的频率,通常采用的是“对数采样法”,即从一个标准频率(例如1KHz)开始,按照2倍关系向上和向下取点,例如2K、4K、8K……,500、250、125、62.5……,如果嫌这个间隔太大,可以缩小倍数,例如√2,√2/2等等。将这些对应的频率的输出电平(单位是dB)记录下来,并经过统计计算就可以了。 

  这里,我们可能会忽视一个问题,就是这个放大器的放大倍数是否可以调整?放大器的输出功率应该是多少呢?不是我要卖关子,而是这里的“玄机”非常大。由于放大器的特性的不完美,所以会导致放大器在不同的工作状态下的频响特性发生变化。这叫“测试条件”。我们时常发现,两个质量完全不同的放大器在频响指标上“好像没什么差别”,是那个质量差的放大器在“说谎”吗?非也,是测试条件根本不同。

频率失真(频响)标注方法

  放大器在不同的输出功率下,其频响是不同的,通常输出功率越大,其频响指标就越差。而一个比较负责任的指标标注,应该指“在该放大器的最大不失真功率下测量的指标”,而一些厂家为了回避大功率输出下放大器特性的劣化,使得该指标“看起来好看”,往往采用的是“标准测试方式”,也就是说,在给定放大器放大倍数(增益)的条件下进行测试,而这个放大倍数通常是1。显然,多数放大器是用来“放大”的,所以这个测试方法实际上并不全面,但是“出于商业目的和测试标准的允许”,这个测试仍然被认为是“正确”的。这样,我们就应该注意了,看指标的时候不能只关心那些数值,而应该和测试条件联系起来看。没有测试条件的指标是毫无意义的.