清华大学 高文焕
【摘 要】 文章介绍了大屏幕彩电常用的超重低音电路，包括它的工作原理、电路结构及主要特性。
【关键词】 超重低音 频响特性 频率补偿
超重低音是大屏幕彩电的重要功能。改善
音质的重点是展宽低音，衡量大屏幕彩电的音
质如何，在某种意义上来说是看它能把重低音
延伸到什么程度。为了使大屏幕彩电的音质达
到或超过一般家用高级音响系统的水平，除了
研制出高性能扬声器放音系统外，还必须设计
出高性能超重低音电路。尽管超重低音电路的
形式可能不同，但其共同特点是将伴音信号中
30H z～100H z的频率分量加以提升、放大，去 激励超重低音扬声器，从而获得良好的音质。目
前，超重低音电路基本上可分为频率补偿式和
带通滤波式两类，下面分别进行讨论。
1 频率补偿式超重低音电路
图像型火焰探测器频率补偿式超重低音电路的原理如图1所
示。它是典型的共发射级负反馈放大电路，与负
反馈电阻R E并联的RL C串联支路起频率补
偿作用。一般，电路满足深度负反馈的条件，电
A v≈-R c Z e(1)
式中Z e为发射级对地的等效阻抗，其值为
Z e=R E[R+j(ΞL-1 ΞC)]
R E+R+j(ΞL-1 ΞC)
(2)
则可得
A v≈-R c
R E
(R E+R)R+(ΞL-1 ΞC)2-j R E(ΞL-1 ΞC)
R2+(ΞL-1 ΞC)2
其幅频特性为
A v ≈R c
R E [(R E+R)R+(ΞL-1 ΞC)2]2+R2E(ΞL-1 ΞC)2
R2+(ΞL-1 ΞC)2
(3)
若耦合电容C B1、C B2足够大，则由(3)式可知: 当Ξ→0时,Z e=R E, A v =A v(0)≈R c R E
当Ξ→∞时,Z e=R E, A v =A v(∞)≈R c R E 当Ξ=Ξ0=1 L C (Ξ0为RL C支路的串联谐振角频率)时,Z e=R E R (R E+R), A v(Ξ0) =A v m ax≈R c(R E+R) (R E R)，即电压增益达最大值。电压增益的典型幅频特性曲线如图2所示。很明显，在f0附近的一段频率范围内，由于阻抗的下降使电压增益得以提升。一般用提升系数K来说明提升的程度。 K=[A v(Ξ)-A v(0)] A v(0)(4)图1 频率补偿式超重低音原理电路
在f=f0时提
升系数最大,
K m ax=R E R。
实用时一般取
K m ax=1～2,
即 A v(Ξ0) =
A v m ax是A v(0)
的2～3倍。
图2 电压增益的幅频特性曲线
K m ax不宜过
大，否则电阻
R过小，电压
增益的相频特
性变陡，对放
音效果带来不
利的影响。
描述提升特性的另一个参数是提升的频带宽度，定义为提升系数K下降至K m ax的1 2时两个频率(f1、f2)之差，如图3所示。很明
显,K m ax =R E R 越大，提升频带宽度(f 2-f 1)越窄。设计电路时要兼顾这两方面的要求。
图3 提升的频带宽度
由于要提升的频率很低，所需电感L 值很大(数H 量极)，用真实电感实现提升功能不现图4 采用模拟电感的超重低音电路
实。在实际应用时可用模拟电感器来代替图1中的R 和
L ，如图4所
示。图中集成运放A 、
电容C 1和电阻R 1、R F 组成模拟电感器。设集成运放是理想的，不难推导出等效阻抗Z =R +j ΞL 的表达式，其中等效电阻、等效电感分别为
R =R F (1+Ξ2
R F R 1C 2
1)
(1+Ξ2
R 2
F C 2
1)(5)L =R F (R 1-R F )C 1
(1+Ξ2
R 2
F C 2
1)(6)
一般电容C 1取值范围为(0.01～0.1)ΛF ，电阻
R F 为几百欧到几千欧,R 1不是很大，满足
Ξ2R 2F C 21ν1,Ξ2R F R 1C 2
1ν1则以上两式近似为
R ≈R F
(7)L ≈R F (R 1-R F )C 1
(8)
这表明，模拟电感器的等效电阻R 近似等于反馈电阻R F ；等效电感L 与电容C 1成正比，比例系数决定于R 1、R F 之值。可见，尽管C 1的容量不大，但等效电感L 的值可以很大，达到几亨到几十亨很易实现。例如，设C 1=0.012ΛF ,R F =2k 8,R 1=220k 8，由(7)、
(8)式可算出,R ≈2k 8,L ≈5.23H 。采用模拟电感器组成超重低音电路，其A v (0)=A v (∞)≈R c R E ；最大提
升频率f 0=1
(2ΠL C )≈1 [2Π
R F (R 1-R F )CC 1];
最大电压增益A
vm ax
≈R c (R E +R F ) R E R F
；最
热转印油墨大提升系数K m ax =R E
硅胶气囊R F 。
图5 M 16机芯的超重低音电路
图6 图5所示电路的幅频特性曲线
松下画王彩电(M 16机芯)的超重低音电路
采用了上述原理设计，其电路如图5所示。为了降低成本，它用射极跟随器(T 2)代替图4中的运放。但其输入电阻、输出电阻和电压增益等与集成运放都有一定差别，且与晶体管的Β有关，因而其特性相对差些。图6所示是用计算机辅助分析程序计算出的该电路的幅频特性曲线。其中曲线①是Β=200曲线②是Β=400时的结果。由计算数据可得其提升性能参数，如表1所示。
表1 松下画王彩电超重低音电路的提升特性
项目计算结果
Β=200Β=200〗
f 0 H z 60.046.5f 1 H z 25.520.3f 2 H z
98.974.3A v (0)0.6650.661A
vm ax
1.3081.56K m ax
0.967
1.36
2 带通滤波式超重低音电路
带通滤波式超重低音电路一般是采用RC
有源带通滤波器将欲提升的频率分量取出来加
以放大，去激励超重低音音响系统。RC 有源带通滤波器的种类很多，其电路与元件参数的设计都是不困难的。图7所示是由集成运放和阻容元件构成的最简单的超重低音电路。当Ξ→0时，各电容开路，电路变为电压跟随器，电压增益A v (0)=1；当Ξ→∞时，电容C 1将运放同相端交流接地，因而电压增益A v (∞)=0；该电路的电压增益幅频特性如图8所示。按带通滤波器的一般概念，其通带增益A v0≈2.9，中心频率f 0=51H z，上、下限截止频率分别为f H ≈170H z ,f L ≈8H z
。
图7简单的超重低音电路 图8 图7
电路的幅频特性
图9
384孔板 东芝火箭炮彩电的超重低音电路
图10 图9电路的幅频特性
图9所示是东芝火箭炮音响系统的超重低音电路。图中C 1、C 4分别为耦合、旁路电容。R 1、
R 2、R 5及C 2组成高通网络,R 1、R 2、R 5及C 3组成
低通网络。合理设计这些元件参数即可获得所需的带通特性。运放A 及R 6～R 8、C 5组成同相
放大电路，直流增益为(1+R 7 R 6)=11；高频增益为[1+(R 7∥R 8) R 6]≈1.91。可见加入R 8、C 5的作用是为了使带通特性“高频”端衰减得更快些。R 3～R 5为运放的直流偏置元件，为运放提供直流偏压。该电路的电压增益的幅频特性如图10所示。其通带增益A v0=6.26，中心频率f 0≈18H z 上、下限截止频率分别为f H ≈82H z ,f L ≈4H z 。带内特性较平坦，带外衰减较快(f =300H z 时其增益较A v0下降了16.5dB )，电路虽然简单，但其特性是令人满意的。
在大屏幕彩电视机中，超重低音电路是否起作用往往与环绕声电路的工作方式有关。当环绕方式为单声(M ONO )或电影(M OV IE )时，超重低音电路工作，以便加强低音成分；用环绕方式放音乐时，则关闭超重低音，以使音乐效果更加逼真。在超重低音电路工作时，其电压增益是固定(不可调)的，因而在低音量下低音效果很难听到，而在高音量下，产生的噪音干扰低音，低音效果亦不理想。为了克服这一缺点，松下新画王彩电(M 16M V 3机芯)设计了新型超重低音电路。图11所示是其右声道(R )超重低音原理电路。音频信号R in 分为两路：一路通过电容C 2358耦合直接加至集成运放A 2的同相输入端(I C 2352的⑤脚)；另一路经C 2362耦合送至I C 2353的⑧脚，在片内经同相放大(其增益由⑦脚所加直流电压控制)后从⑥脚输出。图中集成运放A 1及电阻R 2370、R 2329、R 2321、电容C 2354、C 2373等元件组成二阶无限增益多路反馈带通滤波器。I C 2353⑥脚输出的信号经上述带通滤波器提取超重低音频率分量，由I C 2352的①脚输出(注意信号已倒相了)，通过R 2335加至集成运放A
2的反相输入端。上式两路信号经运放A 2进行相减比例运算，于⑦脚输出合成信号R out 。假设I C 2352内放大器的电压增益为A v1(受⑦脚电压控制，且大于零)，带通滤波器的增益为-A v2(j Ξ)，则运放A 1输出的超重低音信号R XBS =-A v1A v2
(j Ξ)R in ，因此R out =
R 2373
R 2348+R 2373
(1
+
R 2333R 2335)R in -R 2333
R 2335
R XBS =R in +A v1A v2(j Ξ)R in
=[1+A v 1A v 2(j Ξ)]R in 。该式表明，调节电压增
益A v1即可改变超重低音信号的大小。当A v1=0时，超重低音信号为零，即关闭超重低音。A v 1增加超重低音信号增大，其作用增强。而提升的频率范围则完全由带通滤波器的带通特性决定
。
图11 松下新画王机芯的超重低音电路
图12 图11所示电路的幅频特性
图12所示是
用计算机辅助分析程序计算出该电路的幅频特性曲线(假设A v1=1)。其中图(a )是运放A 2同相输入端(即I C 2352的⑤脚)电压曲线；图(b )是运放A 1输出(即I C 2352的①脚)电压曲线；图(c )则是合成信号R out 的幅频特性曲线。由计算数据可知，其通带增益A v0≈1.50，中心频率f 0≈58H z ，上限截止频率f H ≈202H z，下限截止频
率f L ≈19H z 。
图中的R 2340、R 2365为直流偏置元件，为运放A 1同相输入端提供V cc
2的直流偏压。C 2364、C 2365为旁路电容，保证M 点交流接地。C 2356为
一般工业固废焚烧炉耦合电容,C 2378用来滤除高频噪声。下面来讨
论超重低音的控制问题。
服装人台微处理器I C 1213επ脚输出的音量控制PWM 脉冲经低通滤波器变换成直流电压后分
成两路：一路送至音量 音质控制集成电路I C 2402的βθ脚，控制R 、L 两路音频信号大小即控制总音量；另一路通过射极跟随器(B G 2409缓冲后加至图11中的N 点。它经R 2343、R 2378分压作用于反相放大器晶体管B G 2332的基极。当音量低(例如在30DA C 以下)时，加至B G 2332基极直流电压低,B G 2332不导通，其集电极即I C 2353的脚保持高电平不变,⑧、⑥脚之间的放大器电压增益高，运放A 1输出超重低音信号R XBS 幅度大，此时超重低音得以增强。当音量大到一定程度(例如大于30DA C )时，加至B G 2332基极直流电
压使B G 2332导通，进入放大状态，其集电极电压将随音量的增加而下降，使I C 2352内放大器的增益减小，超重低音的作用减弱，从而抑制超重低音。这样就实现了音量低时加强超重低音成分，音量大时抑制超重低音成分的设计思想。
微处理器I C 1213δµ脚输出的超重低音控制信号XB S ，通过R 2382加至晶体管B G 2336的基极。当环绕声处于音乐方式时,XB S 为低电平,B G 2336截止,I C 2352⑦脚为高电平，如上所述，此
时超重低音的作用增强。当处于语言或标准状态下,XB S 为高电平,B G 2336饱和,I C 2353⑦脚电平降至3V 左右，故超重低音信号受到抑制，其作用减弱。
图中的K 代表与耳机插孔联动的开关。当不插入耳机时，该开关闭合，晶体管B G 2330截止，对超重低音电路的工作无影响。若插入耳机，该开关断开,B G 2330饱和导通，使I C 2353⑦脚近于接地，集成运放A 1输出的超重低音信号
R XBS 为零，即关闭超重低音，保证耳机声音清
晰。
(收稿日期 19971216)
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