一种消除音频设备关机噪声的电路
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作者: 陈宜龙
摘要： 人们使用的各种音频设备在日常使用操作中，如开关机或转换等，会发出较大声响，成为噪声，影响人们的生活情绪。本文仔细分析了噪声产生的原因及一般设备的静音控制方法，并尝试搭配相关应用电路来消除此噪声问题。
关键词： 关机 噪声 静音
随着人们生活水平的提高，无论乡村还是城镇，各种带有声音输出的设备如电视机、音响、DVD等越来越普及，已经成为人们日常生活的必需品。有些设备在操作中如开关机或转换等，会发出较大声响，成为噪声，影响人们的情绪。因此，讨论研究如何去除这种噪声问题，比较具有实用价值。本文仔细分析了噪声产生的原因及一般设备的静音控制方法，并尝试搭配相关应用电路来消除此噪声问题。
各种带有声音输出的设备音频部分工作的通用电气框图（图1）如下：
各种有用音源经音效处理电路后，输出可控制大小的声音信号给功率放大器电路模块，经功放放大后输出给扬声器而发声。
设备在使用操作中如开关机发出的噪声，如果是由扬声器端发出的，则由此溯源，极大可能是功率放大器输出了噪声信号。由图示，导致功率放大器输出噪声信号的原因可能有如下三个：所使用的电源有突变，MCU控制不当，音效处理电路输出的声音信号有突变。
目前所使用的电源一般为开关电源，效率较高，电压较稳定，一般都有大容量储能元件来维持所需的电压、电流，不致突变；另外目前的功放器件本身也有克服开机时电压突变的措施SVR端（SupplyVoltageRejection），所以电源引起的可能性较小。
MCU控制音频功率放大器的方式主要通过MCU――GPIO管脚发出高低电平至音频功率放大器，控制执行中可能会存在电位过高、电位突变等因素导致音频功率放大器发出噪音。为避免该种原因造成的噪声，特在设备的MCU控制电路中加了钳位、防突变电路，如稳压管，阻容应用，所以MCU控制不当造成的噪声也可基本排除。
在正常工作中，音效处理电路输出的音频信号是变化的，但不会产生噪声，这是有用信号。其等效直流电位基本是固定或起伏较小，如果在设备操作中，导致该信号的等效直流电位发生突变，就产生了噪声，该噪声经音频功率放大器放大后，从而在扬声器中发出。这种突变有些是集成电路本身决定的，不易改善。
由以上分析，噪声产生的极大可能就是音效处理电路输出的音频信号在设备操作中（开机、切换、关机等）有异常突变而产生。
消除该种噪声的方式可参照设备的静音原理。措施一般有音频处理电路停止输出音频信号（辅助动作），音频功率放大器停止工作不输出声音信号（主要动作）。目前此类设备大都采用此种措施。
具体的控制方式是通过设备的MCU来执行的，设备如需要进行相应操作，则MCU在执行操作指令前，会先发出一指令，来控制音频功率放大器。以广播电视接收机为例来说，电视机在进行切换频道的操作过程中，MCU在执行换台动作前，令MCU的MUTE管脚发出一控制电位去控制音频功率放大器，让其停止工作，不输出声音，然后再执行换台动作。因此声音处理通道的信号波动即使传送到放大器，也因放大器无输出，不会产生噪声；在开机时，令MCU的MUTE管脚先发出一控制电位去控制放大器，让其滞后工作，延后输出，因此开机时的声音处理通道的信号波动即使传送到放大器，也因放大器无输出，不会产生噪声。
上述方式在设备开机等操作时非常有效，此时的MCU供电正常，工作也正常，但设备在关机后有时还是会发出噪声，这是因为设备在关机后，MCU已不能正常工作，不能给放大器控制信号使其停止工作；而放大器因有大容量储能元件，还能延时工作一段时间（虽然非常短，但对于噪声发出是足够的），也即关机后伴音电路放电时间大于MCU电路放电时间，此时伴音处理通道信号因关机造成的波动会传送到放大器，从而输出到扬声器产生噪声。
针对上述问题，现列举一控制电路来消除此种噪声。
图2是仅通过MCU来控制放大器的原理图，设备MCU发出的MUTE信号直接送至放大器的MUTE控制端。图3在图2基础上增加了一个控制电路，来实现设备关机时的噪声消除。控制电路的工作原理为在设备正常工作时，Q1不导通，此时Ua通过D2给CD1充电；在设备关机时，Ua电压消失，Q1导通，储存在CD1上的电能通过D4给放大器提供一控制点位，使放大器停止工作，无输出，从而消除噪声。
本电路适合音频功率放大器工作输出控制端（MUTE端）高电位停止工作的情形。具体的工作过程如下。
首先，该电路中有一储能电路，由储能元件CD1、三极管Q1、电阻R1、R2和二极管D2组成，储能元件CD1一般选取普通并便宜的铝电解电容；三极管Q1则为PNP的管型，导通时间越小越好；二极管D2为普通的快恢复二极管。该储能电路在设备开机时，Ua电压（直流）同时产生，Ua通过D2后会降低一个管压降（约0.6V），此时三极管Q1因b极电位高于e极，不导通。在设备正常工作时，Q1也因b极电位高于e极，不导通。此时，Q1虽不导通，但Ua会给储能元件CD1充电，即使Ua减小或消失，因D2反向截止，CD1也会储能。
其次，在设备关机时，Ua消失，Q1的b极电位也迅速减小，e极因储能元件CD1及D2的方向截止而保持原有电位，当Ueb大于一定电压（通常0.7V）时，Q1迅速导通，CD1放电，从而Q1的c极获得高电位，经D4把此高电位传送到放大器输出控制端即MUTE端口，实现放大器停止输出，噪声消除。
电路中的二极管D3用以加快Q1的导通速度，电阻R3、R4和DZ1用以防止放电电压和电流造成对放大器的冲击（有时也会产生噪声）和损伤，D1用以防止放电对MCU造成冲击或放电电位被拉低。
该电路的关键点是储能电路放电产生控制电位的时间点必须在关机造成伴音通道信号波动的时间点的前面，理论上越早越好。这样才会形成在伴音通道的信号因关机造成的波动传送到放大器之前，放大器已停止输出了的情形。
要保证储能电路放电产生控制电位的时间点必须比关机造成伴音通道信号波动的时间点提前，需要从以下几方面考虑。
一是储能电路已储能即Q1的e极有高电位存在；
二是Q1的导通要足够快；
三是电阻R1和R2取值要适当，R1选择不易太小，否则放电会太快，存在电路失效可能；也不要太大，一般选择10K≤R1≤100K，R1一般大于R2，最佳值可在具体应用试验中选取；
最后是Ua选取，最重要的就是Ua在关机时，要消失得足够快。
Ua是直流电源，一般从设备的电源次级整流电路中选取一组，该组电压不宜过高，最好在50V以下，否则可能会造成元件损伤，降低电路可靠性；关于Ua需要在关机时消失足够快，可用示波器观测，把电源次级整流电路中的每一组输出都连接至示波器，在相同参照量的情况下，进行关机操作，对比哪一组下降最快，下降最快的一组也即关机消失最快。
上述电路只是针对音频功率放大器的工作输出控制端（MUTE端）在高电位时停止输出的情形。若是音频功率放大器的工作输出控制端（MUTE端）在低电位时停止输出的情形，上述电路原理同样适用，只是在后端再增加一倒相电路即可，见图4，即可消除设备关机时的噪声。该电路的具体工作过程同前一电路（图3），这里不再赘述。
参考文献：
［1］童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第三版）.北京：高等教育出版社，2001：23-34.
［2］阎石.数字电子技术基础（第四版）.北京：高等教育出版社，1998：45-55.
［3］胡斌.元器件及实用电路.北京：电子工业出版社，2005：242-262.
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