兩種相位抵消法消側音原理及其電路形式

摘要：為幫助正確理解及運用常見(jiàn)的消側音電路，分別討論了加法和減法電路實(shí)現的相位抵消法消側音原理。幾種典型電路均用到運算放大器。為直觀(guān)認識每種電路的特點(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)際電路驗證，估算值和仿真、驗證結果一致。這些消側音原理和電路可應用在樓宇對講、無(wú)線(xiàn)對講等場(chǎng)合。最后，分享了一些設計和制作消側音電路的經(jīng)驗。
關(guān)鍵詞：相位抵消法；消側音；對講系統；運算放大器

0 引言
樓宇、電梯、醫院、車(chē)站售票窗口等場(chǎng)合往往需要對講系統，不同于廣播系統，對講系統一般屬于半雙工系統，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，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
用中，為了節約線(xiàn)材和安裝方便，音頻收發(fā)信號往往合用一條傳輸線(xiàn)。這時(shí)，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(huì )播放出自己的聲音，這個(gè)聲音一旦大到一定程度，通話(huà)效果將大受影響。在使用對講系統通話(huà)時(shí)，講話(huà)者如果從己方受話(huà)器中聽(tīng)到很響的自己的聲音，這種聲音通常成為側音。
在模擬音頻收發(fā)信號共用一個(gè)信道的對講系統中，為減小側音對通話(huà)效果的影響，所有對講設備均需增加消側音電路。消側音電路一方面讓音頻發(fā)送信號按一定比例出現在傳輸線(xiàn)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(shuō)話(huà)者從己方喇叭聽(tīng)到自己的聲音。同時(shí)，接收方的消側音電路讓傳輸線(xiàn)上的電壓按一定比例出現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(pán)式電話(huà)機中廣泛應用，現今已被淘汰。電橋平衡法在按鍵電話(huà)機中普遍應用，相位抵消法在無(wú)線(xiàn)對講機和樓宇對講系統中比較常見(jiàn)。相位抵消法有多種電路形式，可以發(fā)現這些電路良莠混雜、謬誤常出，因此，對相位抵消法原理及其電路形式進(jìn)行系統闡述尤為必要。另外，電橋平衡法可視為相位抵消法的一個(gè)特殊形式將另文探討。

1 用加法實(shí)現消側音
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，據疊加定理：

令vo=0，則v1R2+v2R1=0，即：

特別地，當R1=R2時(shí)，v1=-v2。
由式(1)可見(jiàn)，欲使vo=0，v1，v2須滿(mǎn)足2個(gè)條件：
(1)每個(gè)頻率分量的相位相反；
(2)每個(gè)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音電路，以虛線(xiàn)分割。甲方R10，R11之和遠大于R6，故R10，R11組成的支路可視為開(kāi)路。同理，乙方R21，R22組成的支路也可視為開(kāi)路。對于U1輸出的交流信號而言，傳輸線(xiàn)兩端的隔直電容C2，C10可視為短路，運放U3的輸出端可視為交流接地，于是R6，R17組成了簡(jiǎn)單的串聯(lián)關(guān)系。忽略傳輸線(xiàn)的損耗，假設U1輸出為1，經(jīng)R6后降為0．5。再假設U2的放大倍數為-A(圖中U2的實(shí)際放大倍數為正值，但相對于U1來(lái)說(shuō)是負值)，根據式(1)，0．5R11=A×R10。由甲乙方電路的對稱(chēng)性，乙方的R21=R10且R22=R11。在乙方，R17右側獲得的電壓為0．5，運放U4的輸出端可視為交流接地，射隨器可視為開(kāi)路，故射隨器輸入端獲得的電壓為：

當2A遠大于1時(shí)，接收方功放輸入端獲得的電壓接近0．5。需要說(shuō)明的是，如果音頻傳輸線(xiàn)上并聯(lián)了多個(gè)的相同設備，射隨器輸入端獲得的電壓將更小。