摘要：為幫助正確理解及運(yùn)用常見的消側(cè)音電路，分別討論了加法和減法電路實(shí)現(xiàn)的相位抵消法消側(cè)音原理。幾種典型電路均用到運(yùn)算放大器。為直觀認(rèn)識每種電路的特點(diǎn)，估算了接收方獲得信號和發(fā)送方輸出信號的比值(電壓比)，每種電路均經(jīng)TINA-TI軟件仿真和實(shí)際電路驗(yàn)證，估算值和仿真、驗(yàn)證結(jié)果一致。這些消側(cè)音原理和電路可應(yīng)用在樓宇對講、無線對講等場合。最后，分享了一些設(shè)計(jì)和制作消側(cè)音電路的經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：相位抵消法；消側(cè)音；對講系統(tǒng)；運(yùn)算放大器
0 引言
樓宇、電梯、醫(yī)院、車站售票窗口等場合往往需要對講系統(tǒng)，不同于廣播系統(tǒng)，對講系統(tǒng)一般屬于半雙工系統(tǒng)，其音頻信號有發(fā)送和接收兩種。對于音頻輸出輸入信號是模擬信號的對講系統(tǒng)，音頻發(fā)送和接收信號可以分別占用一條信道，也可以在同一信道上傳輸。實(shí)際應(yīng)
用中，為了節(jié)約線材和安裝方便，音頻收發(fā)信號往往合用一條傳輸線。這時，發(fā)送信號也作用于自身的接收電路，如果不加處理，己方的喇叭就會播放出自己的聲音，這個聲音一旦大到一定程度，通話效果將大受影響。在使用對講系統(tǒng)通話時，講話者如果從己方受話器中聽到很響的自己的聲音，這種聲音通常成為側(cè)音。
在模擬音頻收發(fā)信號共用一個信道的對講系統(tǒng)中，為減小側(cè)音對通話效果的影響，所有對講設(shè)備均需增加消側(cè)音電路。消側(cè)音電路一方面讓音頻發(fā)送信號按一定比例出現(xiàn)在傳輸線上，另一方面讓本方音頻接收電路獲得的信號足夠小，不至于說話者從己方喇叭聽到自己的聲音。同時，接收方的消側(cè)音電路讓傳輸線上的電壓按一定比例出現(xiàn)在音頻接收電路的輸入端，從而接收方喇叭播放出聲音。
消側(cè)音的方法通常有變量器法、電橋平衡法和相位抵消法。變量器法曾經(jīng)在號盤式電話機(jī)中廣泛應(yīng)用，現(xiàn)今已被淘汰。電橋平衡法在按鍵電話機(jī)中普遍應(yīng)用，相位抵消法在無線對講機(jī)和樓宇對講系統(tǒng)中比較常見。相位抵消法有多種電路形式，可以發(fā)現(xiàn)這些電路良莠混雜、謬誤常出，因此，對相位抵消法原理及其電路形式進(jìn)行系統(tǒng)闡述尤為必要。另外，電橋平衡法可視為相位抵消法的一個特殊形式將另文探討。
1 用加法實(shí)現(xiàn)消側(cè)音
1．1 原理
在圖1所示的串聯(lián)分壓電路中，R1，R2為純電阻，v1，v2為輸入電壓，vo為輸出電壓，據(jù)疊加定理：
令vo=0，則v1R2+v2R1=0，即：
特別地，當(dāng)R1=R2時，v1=-v2。
由式(1)可見，欲使vo=0，v1，v2須滿足2個條件：
(1)每個頻率分量的相位相反；
(2)每個頻率分量幅度呈一定比例且比例相同。
1．2 電路形式(一)
對講各方的音頻輸入輸出電路一般都相同，圖2示意了兩方對講的消側(cè)音電路，以虛線分割。甲方R10，R11之和遠(yuǎn)大于R6，故R10，R11組成的支路可視為開路。同理，乙方R21，R22組成的支路也可視為開路。對于U1輸出的交流信號而言，傳輸線兩端的隔直電容C2，C10可視為短路，運(yùn)放U3的輸出端可視為交流接地，于是R6，R17組成了簡單的串聯(lián)關(guān)系。忽略傳輸線的損耗，假設(shè)U1輸出為1，經(jīng)R6后降為0．5。再假設(shè)U2的放大倍數(shù)為-A(圖中U2的實(shí)際放大倍數(shù)為正值，但相對于U1來說是負(fù)值)，根據(jù)式(1)，0．5R11=A×R10。由甲乙方電路的對稱性，乙方的R21=R10且R22=R11。在乙方，R17右側(cè)獲得的電壓為0．5，運(yùn)放U4的輸出端可視為交流接地，射隨器可視為開路，故射隨器輸入端獲得的電壓為：
當(dāng)2A遠(yuǎn)大于1時，接收方功放輸入端獲得的電壓接近0．5。需要說明的是，如果音頻傳輸線上并聯(lián)了多個的相同設(shè)備，射隨器輸入端獲得的電壓將更小。
1．2 電路形式(二)
圖3是文獻(xiàn)提供的消側(cè)音電路框圖，其運(yùn)用的原理與圖1所述的相同。
甲乙兩方的電路仍然是對稱的，R1，R4，R2與R5，R3，R6分別相等。盡管文獻(xiàn)沒有給出具體的電路參數(shù)，但根據(jù)式(1)很容易得出接收方功放獲得的電壓。假設(shè)U1輸出為1，U2，U3的輸入電阻足夠大，并忽略傳輸線對信號的損耗，則圖中b點(diǎn)和d點(diǎn)電壓均為0．5。再假設(shè)U2，U3的放大倍數(shù)為-A，由式(1)知0．5A×R2=R3。這時乙方功放輸入端獲得的電壓為：
當(dāng)A遠(yuǎn)大于2，接收方功放輸入端獲得的電壓接近-1。如果音頻傳輸線上并聯(lián)了多個相同設(shè)備，功放輸入端獲得的電壓也將更小。
1．3 電路形式(三)
圖4所示的電路適用于低成本場合。三極管發(fā)射極和集電極的信號反相，一個三極管的作用相當(dāng)于圖2中的U1和U2。圖中三級管的偏置電路沒有畫出，C1和C2將直流分量同傳輸線隔離開。需要特別提出的是，如果可調(diào)電阻P1足夠大，從而對三極管的偏置影響足夠小，可將C2去掉，可調(diào)電阻P1直接和三極管的c，e極并聯(lián)。
2 用減法實(shí)現(xiàn)消側(cè)音
2．1 原理
圖5所示是用來實(shí)現(xiàn)兩個電壓vS1，vS2相減的電路，在理想運(yùn)放情況下，利用“虛短”、“虛斷”現(xiàn)象，可得輸出電壓：
如果選取電阻值滿足Rt／R1=R3／R2的關(guān)系，輸出電壓可簡化為：
vo=Rf／R1(vS2-vS1) (5)
特別地，當(dāng)vS1=vS2時，vo=0。
應(yīng)當(dāng)注意的是，運(yùn)放的兩個輸入端存在共模電壓，需選用共模抑制比較高的集成運(yùn)放，才能保證一定的運(yùn)算精度。
2．2 電路形式
對稱的兩方對講的音頻電路如圖6所示，以虛線為界。
運(yùn)放U1，U2的同相端偏置電路可參考圖2，此處未畫出。對交流信號而言，傳輸線兩端的電容C3，C5可視為短路，考察甲方的消側(cè)音電路，運(yùn)放U3的輸出端可視為交流接地，這時R15就相當(dāng)于圖5中的R3。同理，對乙方的消側(cè)音電路來說R7相當(dāng)于圖5中的R3。
以甲方發(fā)送音頻信號為例，設(shè)U1的輸出為1，則U2的輸出幾乎為0，達(dá)到了消側(cè)音的目的。忽略音頻信號在傳輸線上的損耗，由理想運(yùn)放的虛斷現(xiàn)象可知，U4的同相端電壓為0．5，這時U4與周邊電阻的連接關(guān)系如圖7所示，易得U4的輸出為1，乙方接收到了甲方的音頻信號。
需要特別說明的是，在多方通話的場合，音頻傳輸線上每多并一個相同設(shè)備，為滿足Rf／R1=R3／R2的關(guān)系，運(yùn)放的Rf均需相應(yīng)調(diào)整。
3 結(jié)語
反相信號相加、同相信號相減，可實(shí)現(xiàn)消側(cè)音功能。正因?yàn)槔昧诵盘柕募訙p運(yùn)算，消側(cè)音電路的音頻輸出信號一般不宜用變壓器隔離，因?yàn)楦綦x變壓器和運(yùn)放的隔直電容一起，往往會明顯改變參加運(yùn)算一方的相位，消側(cè)音效果將大打折扣。實(shí)際應(yīng)用中，輸入和輸出運(yùn)放最好加上低通或高通濾波電路，以限制輸入和輸出信號的帶寬。圖2中的R11處可用兩個電阻串聯(lián)，以便微調(diào)阻值。當(dāng)選定一種消側(cè)音電路，可借助仿真軟件優(yōu)化電路參數(shù)，以取得最合適的消側(cè)音效果。
對講設(shè)備增加消側(cè)音電路之后，除了節(jié)約一根音頻傳輸線以外，還便于實(shí)現(xiàn)多方通話，只要將各方的音頻信號線并聯(lián)即可。
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