逢 甲 大 學

自動控制工程學系專題製作

專 題 論 文

聲音擴大器

Audio Amplifiers

指導教授：吳穎強老師

學 生：紀彥宏,黃英特

中 華 民 國 九 十 三 年 五 月 二 十 六

日

感謝 歷經幾個月的專題製作，雖然碰到許多困難，不過也因為如此，

讓我們學到許多經驗，像是不要輕易的放棄任何測試成功的機會，還

有就是作實驗也是需要恆心跟毅力的，絕非一天兩天可以完成的。

在此也要感謝指導教授的指導跟建議，老師讓我們在最短時間找

到問題，也給了我們一些不錯的意見，讓我們的專題看起來更具規模!

真的很謝謝老師。

i

中文摘要 一般音響器材分成三部分;第一部分提供了訊號來源，可以把電

磁波、電磁信號、機械的震動轉變成電器信號(電壓或電流);第二部分

是擴大器，可把微弱的電器信號放大；第三部分是揚聲器，可以把電

能轉換成聲能，如此經過三個部分轉換，便可得到我們想要的聲音。

而我們在這就是要討論有關第二部分擴大器的原理跟設計。

ii

Abstract The common acoustic equipment divides into three parts; the first part has provided the signal origin, the electromagnetic wave, the electromagnetism signal, and the machinery vibration extension turn the electric appliance signal (voltage or electric current); the second part is the expansion, may the weak electric appliance signal enlargement; the third part is a speaker, may transform the electrical energy the sound energy, so passes through three partial transformations, then may obtain the sound which we wants. But we are must discuss the related second part of expansion in this principle with the design.

iii

目錄 感謝……………………………………………………………..…………….i 中文摘要…………………………………………………………..………….ii 英文摘要……………………………………………………………..……….iii 目錄……………………………………………………………………..…….iv 圖目錄……………………………………………………………………..…..v 表目錄……………………………………..………………………………......vi 第一章 緒論…………………………………..………………………………1 1.1 研究動機…………………………………..……………………………1 1.2 研究目標……………………………………..…………………………1 第二章 音響基楚理論………………………………..………………………2 2.1 基本駕架構………………………………………..……………………2 2.2 擴大器基本架構……………………………………..…………………2 2.3 較高級音響系統………………………………………..………………4 第三章 前置放大器……………………………………………..……………5 3.1 穩壓電源…………………………………………………….…………5 3.1.1 電源平滑網路…..…………………………………………..……….7 3.1.2 負回授穩壓……..……………………………………………..…….8 3.1.3 恆流電源的使用…………..…..…………………………………….9 3.1.4 輸出短路保護裝置……..……..…………………………………….9 3.2 平坦放大器…………………………..………………………………...11 3.2.1 差動放大器…..………………………..…………………………....11 3.2.1.1 電壓串聯負回授……………………..……..………………….14 3.2.2 並聯式雙差動電路…………………………………………………15 3.2.3 串聯式雙差動電路……….……………………..……………….…16 3.3 放大器的頻寬…………………………………………………..……...17 3.4MC 放大器…………………………………………………………..….19 3.5 本章綜論觀點………………..………………………………………...20 第四章 音質控制電路………………..……………………………………...26 4.1 概述………………………………..…………………………………...26 4.2 RC 衰減型音質控制電路……………..……...………………………..26 4.3 RC 負回授型音質控制電路……………..……...……………………..31 第五章 實驗程序…………………………………..………………………...35 第六章 結論…………………………………………..……………………...37 參考文獻…………………………………………………..………………….39

iv

圖目錄 圖 2.1 典型家用擴大機的系統…. …. …. …. …. …. . …………………………..3 圖 2.2 平坦響應曲線圖……………………………………………………………4 圖 2.3 較高級的音響系統…………………………………………………………4 圖 3.1 簡易串聯式穩壓……………………………………………………………6 圖 3.2 簡易並聯式穩壓……………………………………………………………6 圖 3.3RC 平滑網路………………………………………………………………..7 圖 3.4 串聯負回授穩壓型電路圖…………………………………………………8 圖 3.5 恆流源圖示…………………………………………………………………9 圖 3.6 保護短路最簡單電路圖…………………………………………………..10 圖 3.7 差動放大器………………………………………………………………..13 圖 3.8 差動放大器的失真………………………………………………………..14 圖 3.9 電壓串聯型負回授組態…………………………………………………..15 圖 3.10 並聯式雙差動電路………………………………………………………16 圖 3.11 串聯式雙差動電路………………………………………………………17 圖 3.12 典型放大器圖示…………………………………………………………19 圖 3.13 最精簡放大器架構………………………………………………………21 圖 3.14 免失真最精簡放大器改良………………………………………………21 圖 3.15 推挽式放大電路…………………………………………………………22 圖 3.16 串聯式雙差動電路………………………………………………………24 圖 3.17 並聯式雙差動電路………………………………………………………25 圖 4.1 低音音質控制電路實例…………………………………………………..28 圖 4.2 高音音質控制電路………………………………………………………..29 圖 4.3RC 衰減型高音控制電路…………………………………………………30 圖 4.4 頻率響應曲線圖………………………………………………………….30 圖 4.5 完整電路………………………………………………………………….31 圖 4.6 反向放大器……………………………………………………………….33 圖 4.7 完整的 BAXANDALL 音控電路………………………………………...34

v

表目錄

表 5.1 DC30V 面板………………………………………………………………36 表 5.2 DC24V 面板………………………………………………………………36

vi

第一章 緒論 1.1 研究動機

由於在大學期間，就讀自控系的我們，曾經有多次的經驗，須在

學期之間做一份關於該科目的最後的研究專題，那時也就第一次拉近

了我第一次做關於擴大機音響部分的實驗，那時候所做的只是一個小

型的音響控制，直至大四有這個機會重新做四年的一個專題，於是我

和同儕紀彥宏同學共同達到共識希望能做一個關於音響控制的控

制，且音響控制所做的範圍極廣，極具挑戰性，故做此方面的研究。

1.2 研究目標

此次做關於擴大機方面的實驗，因此研究運用電晶體方面的

做法以漸漸被世間廣為利用，現今所做較高級的做法，皆是以更高科

技的 IC 做法去做，但我們希望能先從最初較非現代化的做法做起與

學習，故所希望的目標有兩點:

1.對其電子電路的做法有所更能理解。

2.分析每個電路優缺點與好壞。

以上三點是我們此次專題研究希望能達成的目標，雖然以我們現今電

子學的能力還稍嫌不足，但我相信這個實驗不管是否成功與否，我跟

紀同學的成長更會是從失敗中去學習更多的經驗!

1

第二章 音響基礎理論 2.1 基本架構

音響控制有許多人的做法，其架構都會依照他的需求而有所變

動，甚至於自己設計，在這邊我們所用的基本架構，是依照一般人所

用到的基本架構。

分成三個部分，第一部分是提供訊號的來源，常見的有收音機、

錄音座和唱盤，他們可以把電磁波、電磁信號和機械震動轉變成電氣

信號；第二部分是擴大器，他可以把微弱信號放大；第三部分是揚聲

器，是一種能量轉換的裝置，可以把電氣轉換成聲能，經由以上三個

部分就能得到我們想要的聲音。

2.2 擴大器基本架構

擴大器，承當了放大的作用，他的重要性等同於人類的心臟。

而一般世售擴大器的組成如下圖 2.1 所示，包含了 RIAA 等化器、平

坦放大器、音質控制網路和功率放大器。一般使用電磁式唱頭，唱頭

輸出電壓約在 2~5mV 之間，並且再唱片錄製時，為了等速刻錄低頻

信號被抑制，提升其 S/N 比，故需要 RIAA 等化器將其扭曲回來，其

狀況如圖 2.2。平坦放大器又名十倍放大器，顧名思義其增益約

20dB，且需要頻率在 20~2kHz 其頻率響應是平坦。而音質控制網路

2

可用來提升降低低、高音，藉以補償不同的聆聽環境，一般我們將前

面的 RIAA 等化器、平坦放大器和音質控制網路稱為前置放大器

（pre-amplifier），在這個階段雖然我們同時放大電流，但一幫而言我

們仍然以放大電壓為主。信號到了後級，線路主要目的是放大功率，

也就是功率放大器，使擴大機足以擴大揚聲器，因此此時功率放大器

不只放大電壓，且放大電流使輸出組抗變小，得以和 8Ω 之喇叭阻抗

匹配。一般功率放大器增益約 20dB~32dB。

圖 2.1 典型家用擴大機的系統

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圖 2.2 平坦響應曲線圖

2.3 較高級音響系統

一般較高級的音響，所做的方向都是朝向多功能發展為主，一

般都多了 MC 放大器、耳機放大器、SEA 等化器或電子分音器，但增

加這些功能都會增加不少的成本。其圖 2.3 就是其大概的音響擴的

構造圖。

圖 2.3 較高級的音響系統

4

第三章 前置放大器 3.1 穩壓電源

電源供應是所有電路所不可缺的，對放大器更有深遠的影響。一

般家庭用的電源都是接 AC 110V，而音控設備所設計的電路還需要將

其利用變壓器轉低電壓 AC 輸出，再透過整流器為 DC 電壓。而音控

設備所吃的電壓，還必須控制其輸出組抗大小、雜音特性漣波率等，

故穩壓電源電路更具其重要性的存在。

一般較常用的穩壓電源做法分成串聯式穩壓跟並聯式穩壓，再將

一些附加達到穩壓功能的電路加於其中來完成，其圖 3.1 跟 3.2(如下

頁所示)各為簡易串聯式穩壓跟並聯式穩壓的基本構造，其兩者都有

其相當的功能，而串聯式穩壓較其為一般廠商所使用，因為並聯式穩

壓在實際使用時，耗電量跟全載是一樣的，且效率較低。穩壓電源是

供給所有電路吃電的源頭，故需利用一些設定電路掌握他的穩定性，

這次實驗我們有用到恆流源(輸出電壓穩定)、輸出保護短路裝 置來

做一個控制電源部分。

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圖 3.1 簡易串聯式穩壓

圖 3.2 簡易並聯式穩壓

由於音響器材與其它電路共用一對電源線，因此彼此間難免有些干

擾，再加上一些具有電抗性的負載，往往會使電源電路中混有異常的

瞬間高電壓(脈衝)，因此在電源電路中我們就必須加些裝置，避免使

電路受到不良的影響。

而穩壓電路附加許多穩壓必備功能電路，有電源平滑網路、負回

授穩壓、恆流源、輸出短路保護裝置。

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3.1.1 電源平滑網路

平滑網路的目的，是希望能在前面濾除一般的漣波，故採用 RC

平滑網路來做此實驗，這樣做的效果往往比只用一個大電容來濾波的

效果好的多。如圖 3.3 所示為一 RC 平滑電路:

圖 3.3 RC 平滑網路

其漣波率的轉變效果如下：

………………………………公式3.1

於由一般場合的 RL>>R，因此

………….……………………………….公式3.2

其中 f=60 或 120Hz 為漣波頻率，因此此電路漣波降低的程度與 RC

乘積成比例。此電源平滑網路最大的優點是簡單，造價便宜，然而電

7

阻 R 值用的高的時候，輸出電壓值會降低很多，所以不太理想。

3.1.2 負回受穩壓

參考下圖 3.4

圖 3.4 串聯負迴授穩壓行電路圖

上圖所示電路例子是串聯負回授型穩壓的基本結構，它可以分成四大

部分，其中 R1R2組成負回授網路，當輸出電壓太高的時候，誤差放

大器的倒相輸入端 V-=(R2/R1+R2)Vout的電壓升高，此時誤差放大器開

始動作，使誤差放大器的輸出電壓逐漸降低，控制電晶體的基極電壓

逐漸降低，因此 Vout輸出電壓降低;這種修正的動作一直至 V-=V+為

止，亦即(R2/R1+R2)Vout等於參考電壓 VZ，因此只要所的元件位於工

作區，我們由恆等式(R2/R1+R2)Vout=Vz，可以導出輸出電壓

Vout=(R1+R2/R2)Vz，亦即輸出電壓由負回授網路 R1與 R2的比值來決

8

定，因此我們只要改變 R1與 R2的比值就可以得到電壓微調的目的。

3.1.3 恆流源的使用

負回授穩壓對輸出電壓的穩定效果其實已經不錯。

圖 3.5 恆流源圖示

參考圖 3.5，若是將 R4R5換成恆流源，如此可以吸收大部份輸入電壓

的變動對輸出電壓的影響。圖 3.5 其中 Q3，D2D3，R4R5組成了一個簡

單的恆流源。而引進恆流源，不但可以使出出電壓更穩定，更可以使

Q1Q2等主動元件工作的更確實，以上圖為例，當輸入電壓 Vin大幅變

動的時候，除了 Vce1略有變動外，對其他元件工作點的影響非常的

小，故可以達大良好的穩壓目的。

3.1.4 輸出短路保護裝置

使用穩壓電源時，常常因為使用者的疏忽，使輸出短路，在 Q1

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產生過量的瞬間電流，因此損壞控制電晶體 Q1，為了防止這種人為

疏失，我們必須使用輸出短路(過載)，參考圖 3.6 我們可以在 Q1的集

極或射極上加上電阻 R6或 R7，這樣子就可以抑制短路時的輸出電

流，然而 R6R7用的小，保護作用不很明顯，R6R7用的大，又會使電

源輸出阻抗變大，因此光用電阻作輸出短路保護是不夠的。

圖 3.6 保護短路最簡單電路圖

這是所有短路保護中最簡單的，當 IL很小時，R6的壓降非常的小，

因此 Q4沒有作用;當 IL變大時 R6上的壓降逐漸增加至 VR6=ILR6~0.5V

時，Q4迅速的導通(電晶體 VBE超過 0.5V 時有迅速導通的現象)，這使

得 Ic4大量增加，則電阻 R4的壓降增加，電晶體 Q1的基極電壓 VB1下

降，輸出電壓跟著下降，這樣子就可以達到短路保護的目的了。

造價也是一個電路的要素之一，當然我們可以使用更精密的恆流

10

源，溫度補償更好的參考電壓，動作更確實的誤差放大器，效果更佳

的輸出過載保護裝置;然而這對音響上的電源供應是不太需要的;有人

說穩壓用的電晶體最好使用低雜音者，然而這樣的效果非常有限，因

為我們不能保證電晶體一定工作在產生最低雜音的狀態下;並且電源

電路所產生的雜音本來就很大，刻意的降低電晶體的雜音效果是很有

限的;因此在簡易穩壓電路中，一切以價錢為導向，選用廉價且性能

穩定可靠的電晶體就夠了。

3.2 平坦放大器

平坦放大器又名十倍放大器，其在聲頻信號 20~20kHz 之間，它

的響應是平坦的，且放大倍率在 20dB(10 倍)左右，而且平坦放大器

所產生的雜訊對輸出影響很小，這使得平坦放大器的設計與製作比

MC 放大器或 RIAA 等化器來的容易些。一般皆用差動放大，因為差

動具有良的負回授，可降低電路靜態失真。一般都是用兩級以上的差

動放大達到效果。

3.2.1 差動放大器

在 OCL(output capacitor Less)電路中，第一級電壓放大，幾

乎都使用差動放大器，主要的著眼點，就是差動放大器特性良好，且

能提供良好的負回授點，使整個電路特性良好，性能更穩定。而差動

11

放大器事實上是由兩個共射極組態的電晶體接合而成。如下圖 3.7 所

示。

近幾年來的電路中，都喜歡在差動放大器的射極上加上本級負回

授電路，降低本級的電壓增益，提高工作頻寬，因而可以在高頻穩定

的情況下降低滯後補償電容，提高全機的轉折率(slew rate)，抑制

暫態互調失真(trainsent inter modulation distortion 簡稱 TIM)

的產生。

12

圖 3.7 差動放大器

接下來我們探討失真的問題。圖 3.8(如下頁圖示所示)為一差動放

大器，由於兩個電晶體的連接方式，我們可以導出理想的差動放大

器，偶次諧波失真通通不見了，此時電路的主要失真，由 VBE與 IE的

指數關係所產生的非線性特性所產生，此種非線性失真量 D≒X²

/16。因此，電路應該採用類似差動放大器這種對稱形的電路，用以

抑制偶次諧波失真的產生，降低電路的失真!

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圖 3.8 差動放大器的失真

3.2.1.1 電壓串聯負回授

負回授的引進，是聲頻放大電路中不可或缺的一環;在音響過大

機裡，由於負回授網路的使用，使用的電路失真更低，性能更穩定，

且電路的運行幾乎和電晶體個別的特性無關，因此使的商業上大量生

產變的可能。而音響上的擴大機使用較廣的是電壓串聯型的負回授。

負回授，可分為兩方面;一個是本級負回授，能夠促進電路在開

環路時的性能和穩定度;一個是級與級之間的負回授，這能夠促進整

個電路在閉環路時的性能和穩定度。總之一個良好電路必須兼顧本級

負回授和級與級之間的負回授，方能得到最佳的效果。圖 3.9(如下

頁所示)是電壓串聯型負回授電路的基本組態。

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圖 3.9 電壓串聯型負迴授組態

總而言之，如果要將失真和雜訊抑制的非常的低的話，只要

加上大量的負回授級可以做到。

3.2.2 並聯式雙差動電路

圖 3.10 所示為一並聯式雙差動電路，由於電路的對稱性，Q5與

Q6呈現互補推挽的關係，因此可以抑制偶次諧波失真的產生，使得整

個放大電路呈 AB 纇的輸出方式，因此可以得到較高的輸出峰值電

壓，增加電路的動態範圍。

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圖 3.10 並聯式雙差動電路

3.2.3 串聯式雙差動電路

由於第二級電壓放大器，是電路主要失真的來源，針對這一點，

我們可以採用串聯式雙差動電路。參考下頁圖 3.11，Q1.Q2 擔任第一

級電壓放大;Q3.Q4 擔任第二級電壓放大，由於這二級都使用差動放大

器，在開環路時，就能有效抑制偶次諧波失真的產生，因此可以達到

低失真的目的。總之，串聯式雙差動的電路，對偶次諧波失真的消除，

相當的有效，然而直流方面的穩定度，卻差了些;再實際製作時，我

們常常在 Q3Q4的射極上加上本級負回授的小電阻，用以增加直流和交

流的穩定度。

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圖 3.11 串聯式雙差動電路

3.3 放大器的頻寬

參考圖 3.12 的電路，這是一個典型的放大器，我們發覺 C1.C5會

阻隔低頻信號的通過，C6會影響低頻信號的負回授量，因此這三個電

路就決定了整個電路的低頻響應，我們發覺這三個電容所決定的低頻

-3db 頻率可以沿用下列簡易的公式:

(i) C1.R3組成了高通濾波器(high pass filter)，其中-3db 頻率

fL1≒1/2πR3C1……………………………………公式 3.3

(ii) C5.RL組成了高通濾波器，其-3db 頻率

fL2≒1/2πRLC5…………………………………………公式3.4

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(iii) C6.R2組成了低頻負回授網路，一 3db 頻率

fL3≒1/2πR2C6……………………………………….公式 3.5

由這三個公式，我們就可以知道放大器大約的低頻響應，另外 C2允

許高頻信號通過，所以具備有濾除高頻信號的功能;C4引許高頻信號

通過，加大高頻信號的負回授量，可以降低高頻信號的增益;C3為密

勒效應(Miller effect)補償電容，具有限制高頻工作頻寬的能力，

因此整個放大器的高頻響應，大都由這三個電容值來決定，其高頻

-3db 可改用下列簡易的公式:

(i) R4.C2 組成了低通濾波器(low pass filter)其 3db 頻率

fH1≒1/2πR4C2………………………………..公式 3.6

(ii) R1.C4 組成了高頻負回授網路其一 3db 頻率

fH3≒1/2πR1C4…………………………………公式 3.7

(iii)C3 為 Miller 效應補償電容其一 3db 頻率

fH2≒gm/2πC3Gc..........................公式 3.8

其中 gm=Ic/2VT或是 gm≒1/2Re，其中第二個式子適合射極帶有本級負

回授小電阻的差動放大器，Gc則為電路閉環路電壓增益。

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圖 3.12 典型放大器圖示

3.4 MC 放大器

放唱片的唱頭，大都利用磁力及線圈的相關作之發電方式，一般

稱為電磁型唱頭，而依分類 MC 為動圈型，我們利用共基極放大器來

解決 MC 放大器阻抗匹配問題，因為其有低失真，高頻寬且輸入阻抗

低輸出阻抗高。而動圈式唱頭，因輸出阻抗輸出電壓都很低，所以阻

抗，S/N和防止射頻干擾的能力就變成MC放大器三點很重要的問題。

使用 MC 放大器我們需要特別注意的事:

1. S/N 比要高:僅要在 MC 放大器產生些許的雜音，經 RIAA

等化器,十倍放大器和功率放大器放大以後，足以在揚聲上

產生令人無法忍受的雜音。

2. 阻抗匹配:MC 唱頭的輸出阻抗在 2~40Ω之間，標準 RIAA

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3. 等化器的輸入阻抗則在 47k~50kΩ左右;MC 放大器必須設

計的與兩者阻抗匹配良好(共基極放大器除了具有低失真,

高頻寬的優良特性外;它的輸入阻抗相當的低，且輸出阻抗

高，因此很適合用來做 MC 放大器，可充分解決 MC 放大

器阻抗匹配的問題。

3.5 本章綜論觀點

為了降低電路靜態失真，我們必須引用大量的負回授，因此電路

開環路增益必須儘可能的高。我們常常將兩級以上的電壓放大器連接

起來，希望能夠得到足夠的開環路增益，然而超過二級以上的電壓放

大器，加上級間負回授後，由於信號經過的路徑太長，相位移太大，

容易發生高頻，低頻的震盪現象，因此大部分的電路都採用二級電壓

放大的型式，期能在最穩定的情況下，得到足夠的開環路電壓增益。

差動放大器由於性能良好，失真低，又能提供適當的負回授路

徑，因此近幾年來的電路大多採用差動放大器做為輸入級。如此再加

上一個耦合的共射極放大器就成了圖 3.13 中，一個最簡單放大器的

架構!

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圖 3.13 最精簡放大器架構

無論如何，只要元件值設計良好，圖 3.13 中的電路就可以工作的很

好，然而外接負載時，電路的失真顯著的上升;因此在使用時必須嚴

格要求 RL>10R4，以免影響開環路增益，減少負回授量，降低了電路

的性能。

圖 3.14 免失真最精簡放大器改良

21

當然，我們也可以加上一個射極隨耦器(emitter follower)來當緩衝

級，因此圖 3.14 中的電路，外加負載時，對電路的開環路增益幾乎

無影響，因此在二級電壓放大器後，加上電流放大器，就成了一種最

常見的架構;一般，只要設計良好，圖 3.14 中的電路，已經足以合乎

Hi-Fi 的要求了。

不過儘管圖 3.14 中的電路輸出阻抗已經非常的低(100Ω以

內)，然而外接負載時，RL上最大的擺幅只是 2IcRL，外接低阻抗負載

時，在小振幅的輸出下，波形已經有飽和的現象，因此光靠圖 3.14

中的電路，想充分推動低阻抗負載仍然有所不能。

圖 3.15 推挽式放大器

22

為了達到推動低阻抗負載的目的，我們多加了一只電晶體，將輸出改

成圖 3.15 中的型式，我們發覺 Q4,Q5組成了推挽式的電路，在高阻抗

負載時，Q4,Q5工作於 A 纇，在低阻抗負載時，Q4,Q5工作於 AB 纇，

因此多加了 Q5，電路的推動力大增。

現在科技日新又新，音響工程師們追求的是零失真;所以採用了

Q3 共射極放大器，覺得它是電路最大失真的來源。於是我們採用全

對稱型的電路，主要的著眼點，是藉著電晶體相互間(互補)推挽的關

係，將偶次諧波失真消去，以達到低失真的目的。

圖 3.16，是串聯式的雙差動電路，(Q1,Q2)(Q3,Q4)兩組電壓放大

器都採用差動放大，所以可以將偶次諧波失真降低至最少;圖 3.17 式

並聯式雙差動電路，第一級電壓放大採用差動放大器，第二級電壓放

大器 Q5,Q6採用互補推挽型式，也苦已將偶次諧波失真降低至最低;

因此不論串聯或是並聯式的差動電路，同樣具有優越的性能，廣為各

類的擴大機使用。

採用串聯式雙差動電路時，參考圖 3.16，只要 A,B 兩點間有電

壓差，Q3,Q4就無法工作的很平衡，為了使電路直流保持很穩定的狀

態，我們可以在 Q3,Q4第二級差動放大器引進電流鏡當主動負載，使

Q3,Q4集極電流相等，確保 Q3,Q4工作的平衡，防止正負電源,個別元

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件值飄移，對 Q3,Q4差動放大器而產生的影響。

圖 3.16 串聯式雙差動電路

24

圖 3.17 並聯式雙差動電路

25

第四章 音質控制電路 4.1 概述

音質控制電路是擴大機中一個很重要的部分，在 Hi-Fi

的領域裡可說是必須具備的一種裝置，設置音質控制的目的，除了適

應個人喜愛的音質外，最主要的還是用以平衡或是補償由錄音機或放

音所造成的不足，或者用來改善室內的音響效果，因為它能在很大的

範圍中改變音質，使放大器適合重播很多不同類型的樂曲，使音樂優

美動聽。

音質控制器的型式大概可分兩種(a)RC 衰減型(b)RC 負回授型。

4.2 RC 衰減型音質控制電路

RC 衰減型的音質控制電路其主要的優點，就是使用的零件比較

少，造價比較低廉。其主要的動作原理就是利用可變電阻組成一個電

位器，藉著改變電阻值來控制信號的衰減量，然後加上電容器來選擇

衰減的頻率，衰減量少就相當於提升了某一個頻段的信號，衰減量大

就相當於衰減了某一個頻段的信號。由於 RC 衰減型的電路，並不需

要擔任放大作用的主動元件，所以使用的元件較少，造價低廉，製作

簡單，而且沒有 RC 負回授型音控電路因為主動元件的介入所產生的

26

震盪問題。然而，由於 RC 衰減型的音控電路，藉著控制某一個頻段

的衰減量來改變整個電路的頻率響應，所以整個音控電路電阻器位於

平坦(flat)位置時，仍然會產生一個固定的衰減量;而這個衰減量就

是本音控型電路的缺點之一!參考第 28 頁圖示 4.1:

本圖(e)為低音(Bass)音質控制電路實例，請大家可以參考看看。

在高頻時電容 C 相當於短路，所以電路固定的衰減量就是 R3/R1+R3，

在低頻時電容器相當於斷路，此時電路的等效電路如圖內的(d)，可

變電阻調向上是提升低頻，其最大提升範圍是 R2+R3/R1+R2+R3，可變

電阻向下調適衰減低頻 ，其最大衰減範圍是 R3/R1+R2+R3，我們在實

際製作時大多取 R2>>R1>>R3(起碼五倍以上) ，所以在最大提升與最

大衰減時，電路的頻率響應如圖內(b)所示。

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圖 4.1 低音音質控制電路實例

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圖 4.2 高音音質控制電路

圖 4.2 是使用零件最少的一種高音控制電路，其固定衰減是 C1/C2，注

意採用類似的架構，下一級的輸入阻抗 RL不宜太小，以免產生不良

的負載效應。

圖 4.3 是最常見的 RC 衰減型高音控制電路，在製作時我們取

R2>>R1>>R3(五倍以上)，在最大提升時 R1失效而等效電路如圖 4.3

內的(b)所示，此時電路的頻率響應曲線如圖 4.4 所示，其固定的衰減

量為 C1/C2，此比值亦是音控電路的最大音控範圍。

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圖 4.3 RC 衰減型高音控制電路

圖 4.4 頻率響應曲線圖

而完整的電路如圖 4.5 所示，一般我們取 1/2πnRC≒500Hz，而

一般 R 在 10kΩ左右，是用來減少高音控制與低音控制電路彼此之間

的干擾而設定的。

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圖 4.5 完整電路

4.3 RC 負回授型音質控制電路

所謂RC負回授(NFB)型音質控制電路，即是將音質控制元件接於

負回授電路中，以控制元件的頻率特性來控制負回授量的大小，負

回授量大的頻率其增益低;負回授量小的頻率則其增益高，因而達

成音質控制的目的。圖4.6為一個反向(inverting)的放大器，其電

壓增益Av=R'/R，因此當可變電阻器向左邊滑動時，R'增加而R減

少，此時增益增加;可變電阻器向右邊滑動時，增益降低，變成一

個衰減器;參考圖4.7，我們在R2上加上二個對頻率具選擇性的電容

器C1，在頻率很高時電容器相當於短路，此時R2失效，電路

-Av=R1/R1=1沒有任何增益;再低頻時C1相當於斷路，此時我們可以

藉著控制可變電阻器R2的位置來改變低頻音域的增益，這就是一個

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Bass電路，R2向左滑動可以提升低頻，R2向又可以衰減低頻。

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圖4.6 反向放大器

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圖4.7 完整的BAXANDALL音控電路

圖4.6(c)所示，為一個高音(treble)控制電路，再頻率很低時C1相當於

斷路，所以電路沒有作用;在高頻時C2相當短路，此時我們只要改

變可變電阻R4的位置即可以用來改變高頻的增益，這就是一個

Treble電路，R4向左滑動提升增益，向右滑動表示衰減高頻。

圖4.6(d)是一個完整的Baxandall音控電路，其中R5是用來防止高頻

與低頻部分產生不良干擾而設計的，而市面上賣的擴大機其因控電

路的原理大致上相同。

以上是大略對擴大機原理的分析說明，由於我們只應用到部分

理論，所以就我們應用到的部分加以探討，其他如電子分音器的型

態跟功能等額外的附加元件，就不在贅述了。

下章由我們實驗過程跟數據，我想各位對擴大機的應用跟製作應該會

有更深入的了解。

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第五章 實驗程序 1.實驗步驟過程如下:

(1)定目標

(2)尋找書籍

(3)可行性

(4)麵包版測驗(包含找問題)

(5)實地洗版

(6)找問題

(7)加以改進

2.實驗目的與過程：

(1)實驗目的一：有兩個，因為一般用來做控制部分的電路，都需要

直流 15～50 之間正負電壓，所以我們先需要製作一個能提供好的穩

壓器。

目的一過程：而製作穩壓之時，透過一個 AC110 轉 AC32-0-32 跟

AC24-0-24 的交流電，一般所做的控制零件需要能耐的了大型電壓與

電流所造成得壓力，所以我們光先在麵包版上所做的測試，就有多次

因為不是非常能理解整個過程而產生電容或電晶體爆炸，且有時爆炸

後會有許多的零件會跟著一起損壞，一時之間有時不是很細心就會花

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費多時去檢查才發現最後的問題。

實驗結果：後來經過一番檢查與瞭解，我們發現可以運用電阻去控制

我們所希望電壓的大小，最大是經整流後單方供應最大電壓，一般像

AC32 整流後都會給予 DC 正負 46V 輸出，而 46 也會是可調整最大

對壓輸出，但過大或過小的電壓會跟你所設計的零件所能承受的電壓

有關，而造成整個電路損壞，故實驗中我們所發現的數據並沒有全部

為兩個極端電壓，但發現電壓與我們所設定改變之電阻成拋物線反

比。其數據如下：

電壓 電阻

45.8V 5K 40.8V 10K 33.5V 15K 29.5V 18K

表 5.1 DC30V 面版

電壓 電阻

34.5V 5K 28.6V 10K 24.3V 15K

表 5.2 DC24V 面版

(2)實驗目的二：其次重點是控制部分，因為我們設計由可變電組

100K 跟 50K 去做一個控制，總是會在我們設計的過程，跟實做的要

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求有所不同，長常會造成輸出放大過小，不是我們要求，或者是因為

頻率要求跟我們想像不同，所以一直在做這方面零件的控制，這次所

做控制部分是希望能達到最少放大 20 到 30 倍之間，可選擇性提高低

頻跟高頻之聲音。

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第六章 結論 這次做實驗，從開始找書籍設計、到採買直至最後完成實體，發

現一個做實驗的精神真的是非常的辛苦，要從有到無都需要經過一段

很長的時間規劃與實行。雖然這次實驗所用到的理論都是從電子學中

所習得再擴大，並不像別組所做的專題實驗都用到比較高科技的程式

或方式，但我們兩個也已經盡我們平日所學的能力去加以利用跟創

新。

而聲音的控制在市面上也被許多人在加的有所利用與發展，至今

市面上也是日新月異，具有無數種聲音控制的方法，我們也只是擷取

一小部分去做一個研究與發展，但真正的目的是希望能夠做到一個真

正音樂的最終希望，在每個人耳裡得到最動聽的一切，不管是在任何

空間、時間的限定下，都能給人最好的感受。

最後，我們兩人所做的聲音控制只是這個領域一個很小範圍的發

展，卻對我們兩人有許大的心得，就是瞭解何謂研究，研究就是先有

遠大的目標，在透過可行最小的行動去一一達到目標，不管再久再

累，也會達成的!

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