專利名稱：電子管插入低頻信號通路的音頻阻抗適配器前置放大裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子管音頻插入低頻信號通路的阻抗適配器放大裝置。
目前，低頻信號處理鏈，例如錄音室、控制室設(shè)備(可以是可移動的)、拾音器、“監(jiān)控回路”、高保真控制設(shè)備、家庭高保真設(shè)備和安裝在交通工具(地面、空中和海上交通工具)內(nèi)的高保真設(shè)備、家庭影院高保真設(shè)備、與計算機(jī)配合的高保真設(shè)備-這些多媒體設(shè)備(它們都包括一個音頻輸出和一些擴(kuò)音器或控制臺)，都有著如上所述的阻抗適配問題，這些問題在這些“低頻信號處理鏈”包括一些有源鏈路時更為突出，因為這些鏈路在大多數(shù)情況下由非常長的電纜連接的，電纜的“插入損耗”和“寄生電容”會降低需處理的低頻信號的質(zhì)量，這在鏈接“信號處理鏈”的各個部件的電纜較長時尤為明顯。
此外，在所有很需要專用阻抗適配裝置的情況下，經(jīng)常遇到的問題是需要有空間。大多數(shù)“線路放大器”很大，通常需要安裝在專門的機(jī)箱內(nèi)。
在用于音頻的低頻電子設(shè)備內(nèi)，電源電壓的質(zhì)量對經(jīng)處理的低頻信號的質(zhì)量影響很大。這也是眾所周知的，電子管需要高的工作電壓(數(shù)百伏)和比較低的電流。目前，電子管工作所需的直流高壓可以由一個升壓/整流/濾波的供電裝置提供。這在傳統(tǒng)上就是一個由EDF網(wǎng)的交流市電(頻率為50赫)供電的使用變壓器、二極管電橋和電容器的裝置?，F(xiàn)在，由于不可能完全濾除交流市電整流產(chǎn)生的殘留紋波，從而“污染了”通常加在電子管陽極的直流高壓，使直流高壓上疊加有一個頻率為100赫的殘留紋波。這是由市電電壓引起的。結(jié)果，在經(jīng)由上面所述的供電裝置供電的放大裝置處理的低頻音頻信號中通?？梢园l(fā)現(xiàn)這殘留紋波。此外，這種通常包括電阻和電容元件的對電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流/濾波的裝置會限制由它們供電的處理音頻信號的裝置的不使低音頻率由于它們的高輸出阻抗而失真和衰減的再現(xiàn)音頻信號的性能。
最后，在計算機(jī)特別是音頻/視頻多媒體站的情況下，低頻信號由一個通常稱為“聲卡”的裝置首先編碼成數(shù)字形式，再解碼成模擬形式。在這個裝置內(nèi)，“聲卡”的向信號處理鏈的其他鏈路輸出的輸出級通常用一個運(yùn)算放大器來實現(xiàn)，這樣的輸出級提供非常差的收聽質(zhì)量，使人聽起來“干巴巴的”沒有樂感，相當(dāng)令人不快。這特別是由于這樣的輸出級有利于某些具有不均勻主律音的泛音組而引起的。
本發(fā)明的目的是減小所述這些缺點。
本發(fā)明還提出了一種包括一個母板的計算機(jī)聲卡，這種計算機(jī)聲卡的特征是它包括一個具有高輸入阻抗和低輸出阻抗的電子管放大模塊和一個與一個也設(shè)置在聲卡上的、與工作頻率高到在音頻信號頻帶之外的限幅電源調(diào)整模塊(8)連接的升壓級，其中，放大模塊的輸入端和輸出端接到一個模擬通信總線上，放大器的輸入端還與一個模/數(shù)變換器的輸出端連接，以便將計算機(jī)母板提供的數(shù)字信號變換成模擬信號，而放大模塊的輸出端還與一個數(shù)/模變換器連接，以便為計算機(jī)母板提供在前置放大器的輸出端得到的呈數(shù)字形式的信號。
本發(fā)明所提出的裝置的主要優(yōu)點是，由于它在“發(fā)送裝置”側(cè)具有一個10兆歐以上的非常高的阻抗而在“接收裝置”側(cè)具有一個100歐的非常低的阻抗，因此可以實現(xiàn)“發(fā)送裝置”和“接收裝置”之間的阻抗適配，輸出阻抗與輸入阻抗之比通?？梢源笥?00,000。
另一個優(yōu)點是它可以由通過一個限幅電源調(diào)整器向一個諸如充電泵或變壓器之類的升壓組件饋電而得到高壓供電，由于限幅電源調(diào)整器的工作頻率高于可聞頻譜的上限，因此它避免了污染在頻譜的可聞部分內(nèi)的音頻信號的問題和不能再現(xiàn)低頻的問題。實際上，在采用本發(fā)明所提出的這種裝置的情況下，由于殘留紋波的基波頻率高于一個普通人的可聞頻譜的上限，因此在頻譜的可聞頻帶(即從20赫至20000赫)內(nèi)人耳聽不到敏感的污染。此外，高頻饋電的輸出阻抗相對于它的低頻輸出阻抗來說是非常低的。
其次，由于由一個小的限幅電源供電，本發(fā)明的這種裝置可以配置在一個一包香煙那樣大小的小盒內(nèi)，在配置在小盒一端的“音頻輸入端”處輸入低頻音頻信號，而在配置在小盒的另一端的“音頻輸出端”處輸出。還可以將這電源集成在擴(kuò)音器內(nèi)放大管各電極周圍。因此，這種裝置可以配置在信號通路的線路上，既不需要任何專用固定裝置也不需要放在機(jī)架上。
本發(fā)明的這種裝置還可以與計算機(jī)聲卡的輸出級串聯(lián)和/或代替計算機(jī)聲卡的輸出級，實現(xiàn)阻抗適配。計算機(jī)聲卡的輸出級直到現(xiàn)在通常還是用半導(dǎo)體裝置實現(xiàn)，但也可以將一個電子管裝置集成在內(nèi)。電子管裝置是業(yè)余音樂愛好者所熟悉的組件，它能有利于一些具有均勻主律音的泛音組，給“收聽”一種屬于電子管電子裝置的音樂消息的明亮、柔和和跌蕩的感覺。


從以下結(jié)合附圖所作的說明中可以看到本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點。在這些附圖中圖1示出了一個采用按照本發(fā)明設(shè)計的裝置的處理音頻信號5的處理鏈；圖2為按照本發(fā)明設(shè)計的裝置的一個實施例的示意圖；圖3和4示出了一個將本發(fā)明的裝置鏈接入音頻傳輸鏈的實施例；圖5示出了一個按照本發(fā)明設(shè)計的裝置的詳細(xì)實施例；圖6示出了一個將按照本發(fā)明設(shè)計的裝置加到計算機(jī)聲卡上的實施例。
圖2概要地示出了構(gòu)成本發(fā)明的各個子部件。電子管放大裝置(6)加有通過將一個直流低壓(7)加到一個集成在一起的、高工作頻率的限幅電源調(diào)整裝置(8)上再經(jīng)升壓裝置(9)升壓而產(chǎn)生的直流高壓。在這個具體實施例中，低頻音頻信號送至放大裝置的輸入端(10)，加到裝置(6)內(nèi)的電子管的柵極上，經(jīng)放大后從電子管的陰極(11)輸出。
為了更好地闡明本發(fā)明的效用和工作情況，在下面將說明一個用于音頻/視頻數(shù)據(jù)處理站的具體實施例。
按照圖3所示的這個具體實施例，限幅電源調(diào)整裝置(8)、升壓裝置(9)和音頻放大裝置(6)都設(shè)置在一個小盒(12)內(nèi)。在這個小盒上開有一個口(13)，以便可以露出電子管(14)，看到燈絲(15)的帶紅色的眩光。小盒(12)的末端(16)伸出一根鎧裝電纜(17)，它在這個具體實施例中有兩個連接器，通過設(shè)置在一端的連接器(18)(在這個具體實施例中是一個“立體聲插接件”型的連接器)能可拆卸地連接到計算機(jī)(19)的音頻輸出端上，這是本發(fā)明的音頻放大裝置的輸入端(18)的連接情況。在本發(fā)明的這個裝置的末端(20)，設(shè)置了一個雙極型連接器(21)，用來接納來自能連接到市電電網(wǎng)上的降壓裝置(23)(在這個具體實施例中作為一個電壓源)的可拆卸連接器(22)，這是為本發(fā)明的裝置供電的裝置的連接情況。在末端(20)還有一個立體聲連接器(24)，是本發(fā)明的音頻放大裝置的輸出端。在這個具體實施例中，有一個可拆卸的“立體聲插接件”連接器(25)連接到立體聲連接器(24)上。插接件(25)使本發(fā)明的系統(tǒng)的輸出端(24)與它后面的音響控制擴(kuò)音器(26)鏈接。
下面說明圖5所示的饋電配置的工作情況。降壓裝置(23)提供的低電源電壓加到集成的限幅電源調(diào)整器(28)的引線(27)上，調(diào)整器(28)的內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生的高頻限幅電壓加到引線(29)上。自感線圈(30)用來存儲電流。在(29)上可得到的電壓于是加到一個外電壓升壓裝置(32)上，在這個具體實施例中升壓裝置(32)為一個包括一個限幅/電容二極管的電壓倍增充電泵。這個電壓倍增裝置也可以用一個變壓器或者具有同樣功能的配置，可以是一個支持高壓的晶體管，來代替。在充電泵的輸出口(37)，電容器(37)使新增高的高壓固定，而由電阻(34)和(35)組成的分壓橋?qū)⑸龎貉b置輸出電壓的一部分反饋到限幅電源調(diào)整器(28)的負(fù)反饋引線(36)上，從而使在第一二極管(31)的輸出端上可得到的限幅電壓固定在要求比加在(27)上的電源電壓高幾伏的最高電壓上。電容器(38)用來穩(wěn)定可在升壓裝置的第一二極管陰極上(31)得到的電位。電容器(37)將升壓裝置的輸出端穩(wěn)定在數(shù)百伏高壓的電位上。在這個具體實施例中，在(33)上得到的高壓加到構(gòu)成這個處理低頻音頻信號的裝置的電子管的陽極(39)上。
下面說明圖5的處理音頻信號的部分的工作情況。在這個具體實施例中，它涉及一個由雙三極電子管構(gòu)成的陰極跟隨器。從靜態(tài)來看，數(shù)百伏的高壓加在電子管的陽極(39)上。電子管的柵極(40)按照所用電子管類型的具體規(guī)范置偏。所述相對陰極(41)的置偏由電阻(41)、(42)、(43)實現(xiàn)。電容器(44)和(45)用來消除能用示波器檢測到的輕微的殘留截止“噪聲”。串聯(lián)在低頻信號通路內(nèi)的輸入電容器(46)使連接到(47)上的鏈路與加在柵極(40)上的直流電壓隔離。電阻(59)接在這個配置的輸入端與地之間。電容器(48)使連接到這樣配置的輸出端(49)上的裝置可以與陰極(50)上的高壓隔離。作為另一個方案，這個裝置(在這個具體實施例中為陰極跟隨器)也可以配置成將能看作交流電壓的低頻音頻信號加到輸入端(47)上，通過電容器(46)使得在電子管的柵極(40)上產(chǎn)生電位變化。對柵極電位的調(diào)制使陰極電流發(fā)生改變。經(jīng)電流放大的信號通過電容器(48)從陰極(50)取出。電容器(48)的處在低電位的加固端按照本發(fā)明的一個具體應(yīng)用連接到這個裝置的輸出端(24)(圖3)。這是放大裝置的音頻輸出端。圖4示出了以上說明的本發(fā)明的裝置插入由計算機(jī)(51)、電纜(52)和一對擴(kuò)音器(53)構(gòu)成的低頻音頻信號處理鏈內(nèi)的位置。計算機(jī)的“聲卡”輸出的低頻音頻信號要輸出給擴(kuò)音器。它將通過按照發(fā)明設(shè)計的在“發(fā)送裝置”(即這個具體實施例中的計算機(jī)的“聲卡”)側(cè)有非常高的輸入阻抗而在“接收裝置”(即這個具體實施例中的擴(kuò)音器)側(cè)有非常低的輸出阻抗的放大裝置。要注意的是，本發(fā)明的裝置也可以插在一個諸如麥克風(fēng)的采聲裝置和“聲卡”的輸入級之間。
按照另一個具體實施例，本發(fā)明的裝置可以與配有一些音頻/視頻接口的計算機(jī)的“聲卡”集成在一起。圖6示出了在下面要說明的這個裝置的各個子部件的流程圖。計算機(jī)的音頻/視頻部分(51)的示為“聲卡”(54)的這個部分是一個使計算機(jī)可以通過通信總線(55)采集和恢復(fù)諸如涉及我們這個裝置內(nèi)的低頻音頻信號之類的模擬數(shù)據(jù)的子部件。“聲卡”使計算機(jī)可以與外界進(jìn)行通信。子部件(56)是一個可逆的數(shù)模和模數(shù)變換器。在從計算機(jī)的插有“聲卡”(54)的母板(57)至外界的方向上，它將按照頻率對強(qiáng)度變化編碼的數(shù)字幅度(即經(jīng)處理的低頻信號的特性)變換成模擬信號。在相反方向上，它的作用是將各種采集裝置得到的模擬低頻音頻信號編碼成數(shù)字信號。
裝置(6)是處理變換裝置(56)輸出的音頻信號的電子管放大器子部件。由于放大裝置(6)是低頻音頻信號通過的最后一個裝置，因此也稱為“聲卡的輸出級”。組成放大裝置(6)的電子管的陽極加有從由限幅電源調(diào)整器(8)供電升壓裝置(9)得到的數(shù)百伏的高壓。限幅電源調(diào)整器并不局限于由直流低壓供電，也可以由主計算機(jī)(53)的主電源(58)供電。從音頻信號處理來看，圖6所示的系統(tǒng)的工作情況如下。在采集過程期間，模擬低頻音頻信號通過總線(55)加到聲卡(54)上。它輸入“與聲卡集成在一起”的具有阻抗適配器功能的電子管放大裝置(6)。經(jīng)(6)放大后，信號由變換器(56)編碼成數(shù)字形式。然后它在數(shù)字形式由主計算機(jī)的母板加以處理。在恢復(fù)過程期間，數(shù)字音頻信號首先由變換器(56)變換成模擬低頻音頻信號。然后，這信號在模擬形式由本發(fā)明的裝置(6)放大后加到聲卡的輸出端上，也就是加到總線(55)上。
下面簡要地說明一下另一個用于汽車的應(yīng)用情況。實際上，在地面交通工具中，電纜長度有著很敏感的阻抗適配問題。移動音頻設(shè)備中所固有的信號電纜的延伸長度不再構(gòu)成障礙，無論這個再現(xiàn)鏈的各個鏈路的位置如何。在上游，本發(fā)明的裝置的非常高的輸入阻抗使信源(“光盤”讀取器)可以更自由地工作，似乎它不帶任何負(fù)荷。
在下游，它的低輸出阻抗使它可以將“電流”輸入一個甚至遠(yuǎn)離的放大器。此外，在這里所說明的這種應(yīng)用中，它有益地代替了任何變換器的輸出級，特別是用它的數(shù)字式衰減器代替機(jī)械的模擬電位器。本發(fā)明的裝置由交通工具的電池供電進(jìn)行工作。
本發(fā)明不只局限于上述這些實施例，其他各種變型也是可行的。例如，按照一個第一實施例的變型，限幅電源調(diào)整器和與之配合的升壓裝置還可以集成在一個接納放大管插頭的晶片內(nèi)，這個晶片插入一個電子管支承件，夾在放大管插頭與支承件之間。在這種情況下，可以有益地將電子管燈絲的供電電壓用作饋給限幅電源調(diào)整器的電壓。
按照一個第二實施例，限幅電源調(diào)整器和升壓裝置可以集成在擴(kuò)音器內(nèi)，電子管各電極的周圍。
權(quán)利要求
1.一種對在使一個發(fā)送裝置(2)與至少一個接收裝置(3)連接的傳輸線上流動的音頻信號進(jìn)行放大、插在發(fā)送裝置(2)與接收裝置(3)之間的電子管放大裝置，其特征是所述裝置包括一個具有高輸入阻抗和低輸出阻抗的電子管放大模塊(6)，這個電子管放大模塊(6)接到一個由一個工作頻率高到在音頻信號的頻帶之外的限幅電源調(diào)整模塊(8)饋電的升壓級(9)上，所述由電子管放大模塊(6)、升壓級(9)和限幅電源調(diào)整模塊(8)組成的放大裝置的這些構(gòu)件配置在一個給定的小盒(12)內(nèi)。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述升壓裝置(9)是一個變壓器。
3.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述升壓裝置是一個高壓晶體管。
4.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述升壓裝置是一個充電泵電路。
5.按照權(quán)利要求1至4之一所述的裝置，其特征是所述限幅電源調(diào)整模塊(8)的工作頻率高于音頻。
6.按照權(quán)利要求1至5之一所述的裝置，其特征是所述電子管放大模塊(6)由一個陰極跟隨級形成。
7.按照權(quán)利要求6所述的裝置，其特征是所述陰極跟隨級(6)由兩個三極管陰極跟隨器形成，所述音頻信號加在這兩個三極管的柵極(40)之間，經(jīng)這兩個三極管放大后在這兩個三極管的陰極(41)之間取出。
8.按照權(quán)利要求7所述的裝置，其特征是所述陰極跟隨級由單個具有雙三級管的電子管形成。
9.按照權(quán)利要求1至8之一所述的裝置，其特征是所述升壓裝置(9)提供一個相對于加到限幅電源調(diào)整模塊(8)的輸入端上的直流基準(zhǔn)電源電壓(7)穩(wěn)定的電壓。
10.按照權(quán)利要求9所述的裝置，其特征是所述升壓裝置提供的電壓加到三極管的陽極(39)上。
11.按照權(quán)利要求9所述的裝置，其特征是所述直流基準(zhǔn)電源電壓由發(fā)送裝置提供。
12.按照權(quán)利要求9所述的裝置，其特征是所述直流基準(zhǔn)電源電壓由一個連接到市電電網(wǎng)上的降壓裝置(23)提供。
13.按照權(quán)利要求1至12之一所述的裝置，其特征是所述限幅電源調(diào)整模塊(8)和升壓級(9)集成在一個接納放大模塊的電子管的插頭的片狀器件內(nèi)，這個片狀器件插入一個電子管支承件，夾在電子管的插頭和這個支承件之間。
14.按照權(quán)利要求1至12所述的裝置，其特征是所述限幅電源調(diào)整模塊(8)和升壓級(9)集成在具有組成放大模塊(6)的電子管的擴(kuò)音器內(nèi)。
15.一種包括一個母板(57)的計算機(jī)聲卡，其特征是所述聲卡包括一個具有高輸入阻抗和低輸出阻抗的采用電子管的放大模塊(6)和一個與一個也設(shè)置在所述聲卡上的、工作頻率高到在音頻信號的頻帶之外的限幅電源調(diào)整模塊(8)連接的升壓級(9)，其中所述放大模塊(6)的輸入端和輸出端連接到一個模擬通信總線(55)上，所述放大模塊(6)的輸入端還與一個模/數(shù)變換器(56)的輸出端連接，以便將計算機(jī)母板(57)提供的數(shù)字信號變換成模擬信號，而所述放大模塊(6)的輸出端還與一個模/數(shù)變換器(56)連接，以便為計算機(jī)的母板(57)提供在放大模塊(6)的輸出端得到的呈數(shù)字形式的信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種工作在自動限幅狀態(tài)的在線低頻放大接口,尤其用于多媒體計算機(jī)。它涉及電子管的阻抗適配裝置。它可被安置于發(fā)送低頻信號的源和接收機(jī)之間。本發(fā)明特征在于它包括一個具有高阻抗和在接收機(jī)處的低阻抗的低頻放大子部件。低頻裝置的陽極高電壓電源由向電壓放大裝置供電的工作高頻自動限幅調(diào)整器產(chǎn)生。自動限幅調(diào)整器工作在直流低壓狀態(tài)。本發(fā)明的裝置尤其用于聲卡和高保真音響的電源,不管是否嵌入。
文檔編號H03F3/181GK1382321SQ00814830
公開日2002年11月27日 申請日期2000年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月15日
發(fā)明者尼古拉斯·吉拉爾 申請人:尼古拉斯·吉拉爾