内容发布更新时间 : 2024/5/30 19:42:35星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

图7-8某品牌耳机

耳机的发声原理与扬声器类似，也是利用信号电流改变线圈的磁场，从而带动振膜运动来发声。耳机的振膜是影响其音质的重要因素，厂商在设计耳机时都非常注重耳机振膜的选材，在一些高档的耳机中甚至采用生物膜作为耳机振膜。除了振膜，耳机的磁路系统、腔体结构、引线质量、人体工程学设计等都影响到耳机的音质，在高档耳机的设计中，耳机内的任何一个器件都被视为影响耳机音质的因素，可见，某些集成了当今最新科技的耳机卖到上千元的价格其实并不为过。当然，追求高档耳机是发烧友的爱好，作为普通的用户只要挑选一条适合自己音乐喜好、佩戴舒适的耳机就可以了。

在购买耳机时通常需要注意的参数有频率响应范围、阻抗和灵敏度。频率响应范围的要求与扬声器相同，只要能够覆盖正常人听觉对声音的频率响应范围即可，当然，某些发烧友的耳朵更加灵敏些，需要耳机具有更宽的频率响应范围。

阻抗指的是耳机接入音源后的等效阻抗，通常在16Ω——32Ω之间，比扬声器的8Ω要大得多，属于高阻抗电声器件。阻抗大小决定了音源能否驱动耳机发出声音，若耳机的阻抗较大音源不能驱动时，要考虑加入专用的耳机功放来提高音源的驱动能力。

耳机的灵敏度实际上是指耳机的灵敏度级，它是施加于耳机上1mW的电功率时，耳机所产生的耦合于仿真耳中的声压级，灵敏度高意味着达到一定的声压级所需功率小，也就是说在音源输出同样功率时灵敏度高的耳机所输出的声音较大，现在耳机的灵敏度通常在90dB以上，有些专为随身听设计的耳机灵敏度能达到100dB以上。 7.3 多媒体音箱中的电源电路

通常多媒体音箱需要使用家用220V、50Hz的交流电作为供电电源，而多媒体音箱中的元件大多需要稳定的直流电才能工作，并且不同的元件需要的直流电电压也不尽相同，有的集成电路（如后面讲到的运算放大器）还需要正负双电源的直流电供电，这都需要多媒体音箱中的电源电路来提供。

在第五章中曾经讲过完成交流电向直流电的转换需要经过变压、整流、滤波、稳压四个步骤，并知道了如何使用二极管进行整流和稳压。本节中我们将介绍变压器变压的相关知识，并学习如何使用集成电路来进行稳压。 7.3.1 电源电路中的变压器

变压器在我们的日常生活中扮演了重要的角色，从电厂的高压升压变压器到路边的大

型输电变压器，从家用电器中的稳压器到手机充电器，真可谓有电的地方就有变压器。下图向我们展示了几种变压器：

图7-9变压器

那么变压器是怎么完成变压的呢？要弄清这个问题我们要先了解一下变压器的结构。最简单的变压器由两个线圈组成，一个称为初级线圈，是变压器的输入端；另一个称为次级线圈，是变压器的输出端。当变压器的初级线圈输入交流电时，会引起初级线圈产生磁通量的变化，这种变化传导到次级线圈中，在次级线圈中产生交流电，这实际上是进行了电能——磁能——电能的转化。结合物理学的知识我们有以下结论：

1、次级线圈电压与初级线圈电压的比值等于次级线圈匝数与初级线圈匝数的比值。 2、次级线圈电流与初级线圈电流的比值等于初级线圈匝数与次级线圈匝数的比值。 3、次级线圈输出的功率与初级线圈输入的功率相等。

需要注意的是，以上结论是在理想变压器的条件下得出的，理想变压器是一种理想化的元件，其假设初级线圈产生的磁通量完全通过次级线圈。实际的变压器达不到理想变压器的对磁通量的要求，为了使实际变压器的性能能够接近理想变压器，可以在变压器的两个线圈之间插入铁芯或磁芯等导磁的物质，增大初级、次级线圈之间的耦合。

变压器在电路中的符号如下图：

图7-10变压器的电路符号

图7-10中，1、2端之间的线圈为初级线圈，3、4端之间的线圈为次级线圈。根据理想变压器的结论，如果初级线圈与次级线圈的匝数比为20：1，当1、2之间输入220V交流电时，在3、4之间就得到了电压为11V的交流电。

为了得到不同的输出电压，我们可以使用多个变压器来实现，也可以使用多绕组变压

器来实现。多绕组变压器通常具有一个初级线圈和两个或两个以上的不同匝数的次级线圈，这样根据理想变压器初、次级线圈之间的电压比关系就可以得到不同的输出电压。下图是两种多绕组变压器在电路中的表示：

（a）二绕组变压器 （b）三绕组变压器

图7-11多绕组变压器电路符号

在本节开始时的讨论中我们提到了某些元件需要使用正负双电源供电，这就需要在变压器端提供大小相同、相位相反的两路交流电，使用二绕组变压器便可以完成这个任务。结合二极管桥式整流电路，我们得到双电源供电电路如下：

图7-12二绕组变压器双电源供电电路

图7-12中，T是二绕组变压器，这里要求T的两个次级线圈匝数相同。我们将两个次级线圈的4端和5端连接，作为输出的参考零电位，3端和6端接入二极管整流电路中，在输出端就得到了正负双电源。

下面我们来分析一下输出得到正负双电源的原理，首先需要了解同名端的概念。之前的讲解中我们只关心变压器两个线圈匝数比与电压之间的关系，并没有涉及输出电压的方向问题，因此图7-12中变压器的连接就会带来疑问，为什么把4、5两端接在一起而不是把4、6两端接在一起？这是因为变压器的线圈是有方向性，如果把变压器初、次级线圈中的一个按相反的顺序绕接，那么次级线圈输出的交流电将与之前反相。我们把初、次级线圈中交流电相位相同的两端称为同名端。同名端在电路图中使用一对圆点来表示，在图7-12中，1、3、5三端互为同名端，同样，2、4、6三端也互为同名端。

需要注意的是，以上对同名端的介绍并不是同名端的定义，输出电压同相只是同名端在变压器这种特殊的电感对中的表现，同名端是根据电感之间的互感作用来定义的，具体

的定义请参考相关的物理书。

既然同名端输出的电压同相，那么把4、5两端连接之后将在3、6两端得到两个次级线圈叠加的信号，其幅度为一个次级线圈输出的两倍。如果把4、6两端接在一起，在3、5两端测得的信号将是两个反相正弦信号叠加的结果，其输出恰好为零。图7-12中的这种将两个次级线圈以同名端收尾顺接的方式等效于一个中部有抽头的次级线圈，具有这种次级线圈的变压器是专门用于给双电源供电的变压器，称为双组电源型变压器，其电路符号如下，其5端相当于二绕组变压器中相互连接的4、5两端：

图7-13双组电源型变压器电路符号

在继续分析之前，我们用双组电源型变压器搭建一个仿真电路，观察一下仿真的结果：

XSC1GT仿真与实践7-1

2D11AB4V1120 V 1kHz 0Deg 12T13543TS_POWER_10_TO_1 图7-14双组电源型变压器仿真电路

图7-15双组电源型变压器仿真电路仿真结果

图7-15的仿真结果中，为了方便观察，已将示波器A通道显示的结果进行加粗处理。从仿真结果可以看出，二极管整流桥的两极分别输出正负全波波形，对其进行滤波和稳压后便可得到正负双直流电源。

下面我们来分析二极管整流桥是怎么工作的。首先要确定电压参考点，在这个仿真电路中，电压参考点即为变压器次级线圈的中间抽头5端。根据之间的讲解，我们知道变压器次级线圈3、4两端输出的信号是相对于5端反相对称的。当变压器3端输出的正弦信号处于正半周时，二极管整流桥1、2端之间的二极管导通，信号正半周经过示波器A通道后回到参考点；同时，变压器4端处于正弦信号的负半周，二极管整流桥3、4端之间的二极管导通，信号的负半周经过示波器B通道后回到参考点。这样我们就在示波器A通道中得到了一个正半周的正弦波形，在示波器B通道中得到了一个负半周的正弦波形。

当变压器3端输出的正弦信号处于负半周时，二极管整流桥2、4之间的二极管导通，信号负半周经过示波器B通道后回到参考点；同时，变压器4端处于正弦信号的正半周，二极管整流桥1、3之间的二极管导通，信号的正半周通过示波器A通道后回到参考点。这样我们就在示波器A通道中得到另一个正半周的正弦波形，在示波器B通道中得到了另一个负半周的正弦波形。如此继续，我们就在示波器A通道中得到了一个正的全波形，在示波器B通道中得到了一个负的全波形。

设计电源电路时不仅要考虑变压器的形式，还要考虑变压器的功率。因为电源要通过变压器向后续电路提供能量，所以后续电路的功率之和不能超过变压器的工作功率，否则将会使变压器烧毁。功率高的变压器通常价格也高，因此在设计电路时要保证变压器的功率与后续电路相配合。

7.3.2电源电路中的滤波和稳压

220V正弦交流电经过变压、整流之后就变为单向的全波波形了。在进行稳压之前，我们需要对全波波形进行滤波。多媒体音箱对于电源中的50Hz的信号波动非常敏感，若滤波不够好，会给多媒体音箱引入频率为50Hz的噪声，严重影响音箱的品质。在第五章中