2024年3月14日发(作者：英特尔官方网站)

1.5 思考与练习题

1.填空

（1）能够发出声音的物体称为 声源 。

（2）声源完成一次振动所经历的时间称为 周期 ，1s内振动的次数称为 频

率 。

（3）可听声声波的频率范围是 20～20000Hz 。低于 20Hz 的声波叫做次声

波，高于 20000Hz 的声波称为超声波。

（4）当声波在传播过程中遇到一块尺寸比波长大得多的墙面或障碍物时将产生 声波

反射 现象。

2. 听到声音的三个基本条件是什么？

（1）存在发声体或声源。

（2）要有传播过程中的弹性媒质，例如空气，或者液体、固体的弹性媒质；真空中没

有弹性媒质，所以真空不能传送声波；月球上没有空气，所以月球上是无声的世界。

（3）要通过人耳的听觉才能产生声音的感觉。

3. 什么是声音的三要素？与声波的幅度、频率和频谱的对应关系如何？

声音的特征主要由音量、音调、音色这三个要素来表征。

音量是指声音的大小；音调是指声音调子的高低；音色是指声音的特色。

音量的大小主要取决于声波的振幅；

音调的高低主要取决于声波的基波频率；

音色的特色主要取决于声音的频谱结构。

4.什么是立体声？立体声的成分如何？立体声有哪些特点？

立体声是指具有方位感、层次感、临场感等空间分布特性的声音。用立体声音响技术

来传播和再现声音，不仅能反映出声音的空间分布感，而且能够提高声音的层次感、清晰

度和透明度，明显地改善重放声音的质量，大大地增强临场效果。

立体声的成分可以分为三类：第一类为直达声，直达声是指直接传播到听众左、右耳

的声音；第二类为反射声，它是指从音乐厅内的表面上经过初次反射后，到达听众耳际的

声音，约比直达声晚十几到几十毫秒到达人耳；第三类为混响声，它是指声音在厅堂内经

过各个边界面和障碍物多次无规则的反射后，形成漫无方向、弥漫整个空间的袅袅余音。

反射声和混响声共同作用，综合形成现场环境的音响气氛，即产生所谓临场感。

立体声的特点主要有：

(1)具有明显的方位感和分布感。

(2)具有较高的清晰度。

(3)具有较小的背景噪声。

(4)具有较好的空间感、包围感和临场感。

5.简述人耳为什么能确定声音的方位？

方位感是指人耳对声音传播方向及距离、定位的辨别能力，人耳的这种听觉特性称之

为“方位感”。

1

由于声源离人左右耳朵的距离不同,这样就造成了双耳听到的声音在时间、强度上有所

差异,人耳正是利用这种差异来分辨声音在空间中的方位,这种现象被称为双耳效应。如果

声音来自听音者的正前方,此时由于声源到左、右耳的距离相等,从而声波到达左、右耳的

时间差（相位差）、音色差为零,此时感受出声音来自听音者的正前方,而不是偏向某 一侧。

声音强弱不同时,可感受出声源与听音者之间的距离。“双耳效应” 的原理十分复杂,但简

单的说,就是人的双耳的位置在头部的两侧,如果声源不在听音人的正前方,而是偏向一边,

那么声源到达两耳的距离就不相等,声音到达两耳的时间与相位就有差异,人头如果侧向声

源,对其中的一只耳朵还有遮蔽作用,因而到达两耳的声压级也有不同.人们把这种细微的

差异与原来存储于大脑的听觉经验进行比较,并迅速作出反应从而辨别出声音的方位。

2.3 思考与练习题

1.什么是音响?什么是音响系统?

在音响技术中，音响是特指通过放音系统重现出来的声音。例如通过组合音响重现CD

片或磁带中的音乐、歌曲及其他声音，又如演出现场通过扩音系统播放出来的歌声和音乐

声等，都属于音响范畴。

能够重现声音的放音系统，称为音响系统。例如由MP3、CD机、功率放大器和扬声

器所组成的音响系统。

2.什么是高保真音响系统?

高保真音响系统通常由高保真音源、音频放大器和扬声器系统这3大部分组成。各部

分的主要作用是：

高保真音源：为音响系统提供高保真的音频信号。如调谐器、录音座、电唱机、CD

唱机、VCD、DVD影碟机和传声器等。

音频放大器：对音频信号进行处理和放大，用足够的功率去推动扬声器系统发声。音

频放大器是音响系统的主体，包括前置放大器和功率放大器两部分，必要时可以插入图示

均衡器等辅助设备。

扬声器系统：将功率放大器输出的音频信号分频段不失真地还原成原始声音。扬声器

系统由扬声器、分频器和箱体三个部分组成。扬声器系统对重放声音的音质有着举足轻重

的影响。

高保真音响系统有3个重要的属性。

(1) 如实地重现原始声音。

(2) 如实地重现原始声场。

(3)能够对音频信号进行加工修饰。

3.音响系统的主要技术指标有哪些?

音响系统的技术指标主要有频率响应、信号噪声比、谐波失真、瞬态响应、立体声分

离度

、

立体声平衡度、输出功率等。

频率范围：也称为频率特性或频率响应，其含义是指各种放声设备能重放声音信号的

频率的范围，以及在此范围内允许的振幅偏差程度（允差或容差）。频率范围越宽，振幅

2

容差越小，语言和音乐信号通过该设备时的频率失真和相位失真也就越小，则音质也就越

好。

谐波失真：由于各音响设备中的放大器存在着一定的非线性，导致音频信号通过放大

器时产生新的各次谐波成分，由此而造成的失真称为谐波失真。谐波失真使声音失去原有

的音色，严重时使声音变得刺耳难听。

信号噪声比：又称信噪比，是指有用信号功率与噪声功率之比，记为S/N，通常用分

贝值（dB）表示。信噪比越大，表明混在信号里的噪声越小，重放的声音越干净，音质越

好。

4.音响系统主要分哪些类别?

音响系统有多种分类方法，例如，按其主要任务或最终目的不同，可以划分为扩音系

统和录音系统两大类。如果按照音响系统的使用场合划分，习惯上把适合于家庭使用的称

为家用音响系统，简称家用音响。而把公共场合使用的音响系统称为专业音响系统。

5.专业音响系统主要有哪些设备?各有何特点?

1.公共广播系统

公共广播系统是为公共场所提供背景音乐、语音广播及消防报警的专业音响设

备。

公共广播系统基本可分为四个部分：节目源设备、信号的放大和处理设备、传输

线路和扬声器系统。

（1）节目源设备。节目源设备也称声源或音源设备，通常为无线电广播接收机

（收音头），卡座，CD唱机等，此外还有传声器、电子乐器以及音频输入接口（AUX）

等。

（2）信号放大和处理设备。包括调音台、前置放大器、功率放大器和各种控制

器及音响加工设备等。这部分设备的首要任务是信号放大，其次是信号的选择。

（3）传输线路。传输线路虽然简单，但随着系统和传输方式的不同而有不同的

要求。对公共广播系统，由于服务区域广，距离长，为了减少传输线路引起的损耗，

往往采用高压传输方式，由于传输电流小，故对传输线要求不高。

（4）扬声器系统。扬声器系统要求整个系统要匹配，同时其位置的选择也要切

合实际。公共广播系统由于对音色要求不是那么高，一般采用3W～6W壁挂音箱即可。

2.专业演出系统

专业演出系统用于各种演出场合，需要多路话筒和多种信号源输入，一般都以调音台

为中心组成，这是专业音响与家用音响的一个重要区别。同时为了取得更良好的放音效果

和达到各种特殊要求，往往还配置了均衡器、压缩器、扩展器、激励器等多种处理设备，

使整个组合比家用音响要复杂得多。

专业演出系统对各种设备的性能要求很高，而且功能上要符合演出要求，有一定

的特殊性。其一是整个系统的输出功率一般都比较大，达到几十千瓦，甚至几百千瓦

以上，所以需要使用大功率的扬声器系统和大功率放大器。其二专业演出系统由于设

备复杂程度高，以及演出活动的特点，在使用上，需要具有一定操作经验和经过专业

培训的技术人员。

3

3.会议扩音系统

会议扩音系统有别于其它音响系统的特点就是对语言的表现力要好，结构要简洁

美观，连接简单、操作方便。它不仅能够很方便地进行操作，而且它所使用的专业会

议话筒的功能要特别适合会议要求，音质与指向性要好。组成单元上，不仅有话筒扩

音功能，而且能够进行会议人数记录，发言控制，多语言同声传译，另外，许多会议

系统还特别要求视频部分的播放设备和监视设备，能满足不同演示和不同输入信号的

要求。

4.娱乐用音响系统

娱乐用音响系统的主要设备及性能要求也比较高，特别是包括耐用性，操作方便

性等方面，要求要更好，设备的功能要多。

5.背景音乐系统

背景音乐简称

BGM

，是

Back Ground Music

的缩写，属于公共广播系统的一种。它

的主要作用是掩盖噪声并创造一种轻松和谐的气氛，音量较小，听的人若不专心听，

就不能辨别其声源位置。就系统本身的技术特点上说，主要依靠扩音机输出音频信号

的高压传送和线间变换，以达到大面积播放的目的。

6.家庭音响系统主要有哪些设备?各有何特点?

1.高保真音响系统

高保真系统又称纯音乐系统，用于音乐欣赏，对该系统的要求是能够原汁原

味地重现声音。

高保真音响系统通常由高保真音源系统、前级放大器、功率放大器和扬声器系统

组成。高保真音响系统在电路设计时一般要考虑到电路部分的简洁，在电路中尽量减

少放大环节、各种元件及开关，以减小其对音源信号的影响。

高保真音响系统在制作时，对所使用的材料也比较注重，比如：信号的输出输入

插孔采用了镀金无磁插孔；信号的输出线采用高纯度无氧铜材料制作；末级输出采用

一些较著名的专用音响对管等等。再从其制作工艺上来看，高保真音响系统非常讲究

内部元件的排布、走向及焊接质量，如前级放大部分与后级放大部分相互隔离、采用

线路板中的“地”将小信号放大电路进行屏蔽隔离等等。

2.家庭影院系统

家庭影院就是多种音频、视频设备的组合系统，其中音频处理电路和音响产品是其中

的主要部分。

一套普通配置的家庭影院系统主要是由以下几个部分组成：一部能播放DVD影

碟片、VCD影碟片和CD唱片的全兼容型DVD激光影碟机；一部具有独立五声道放

大电路的带有杜比AC-3解码功能及杜比定向逻辑解码功能的AV功率放大器；一对

主声道扬声器箱，一只中置声道扬声器箱；一对后方环绕声道扬声器箱和一只超重低

音音箱，一台大屏幕的彩色多制式LCD液晶电视机或等离子彩色电视机。而高级配

置的家庭影院系统则比上述的配置更为复杂、完整，主声道的扬声器箱的规格也相应

的要高级许多，而做为视频图象的显示部分，则使用了更为高级的彩色投影机，有的

系统中还会增加专门配置的计算机，并且安放和使用这样的豪华超级型家庭影院系统

4

的房间也还要根据声学效果进行专门的设计和装修。

7.现代音响系统的发展方向是什么?

目前音响设备已成为人们日常生活、工作、学习的重要组成部分。随着科学技术

的发展，音响设备的技术、质量得到了很大提高，特别是目前大规模处理芯片和智能

控制芯片的开发，使音响设备发生了革命性的变化，改变了传统音响设备的面貌，其

性能、功能大大提高。模拟时代的录音机、收录机、电唱机、功放等音频产品伴随人

们已度过了100多年的历史。目前数字技术的音响设备的产生使音响系统融入了数字

化、信息化、网络化的系统之中，给音响设备增添了新的活力。

随着数字技术的不断发展，数字化音响系统凭借其强大的使用功能、灵活的操作方式

和信号传输、监控等方面特性，渐渐被越来越多的使用者所接受。数字调音台、扬声器、

功放和处理器等数字化产品，组成一个完整而可靠的数字化音响系统。在这个技术平台上，

设计者可以更灵活创建系统，专业音响师操作更方便简单，声音效果也更趋完美。整个系

统只需要通过普通的网线或无线网络和一个核心的应用软件，通过网络化，便能实现系统

信号的灵活传递、处理、控制。

3.4 思考与练习题

1．调谐器输入调谐回路的作用是什么?它怎样完成选频任务?怎样抑制掉不需要的电

台信号?

输入调谐回路的主要作用是选频。即从接收下来的各种不同频率的信号中选出所要接

收频率的电台信号，并抑制掉其他无用信号及各种噪声与干扰信号。

输入电路选台的工作原理是利用由LC谐振电路的选频特性进行的。当磁性天线或外接

天线所产生的感应电动势馈入到输入回路中，输入回路的电感L与可变电容C组成的LC串

联谐振电路，其谐振频率为：ƒ=1/（2π

LC

），调节可变电容C使回路谐振在某一电台的

频率上，这时，该电台信号在L上的感应电动势最强，则该频率的电台信号就被选择出来，

并经互感耦合将电台信号送入后级变频电路。

2．双联电容器磨损后，会出现什么故障现象?如何处理?

双联电容器磨损后调谐时会出现噪声，有时会找不到电台；触点接触不上时则完全不

能使用，收不到电台。无磨损碎屑且接点也没坏，有时也能使用，但最低可用频率达不到

预定值，最高频率会超过预定值。双联电容是很难修理的，磨损不严重时用酒精擦拭接点

滑环有一定的效果，但有的擦拭完还是不好用，一般采用更换的办法。

3．变频电路的作用是什么?输入信号、本振信号、中频信号的频率有什么关系?

变频电路的主要作用是变换电台信号的载波频率。即将输入电路选出的各个电台信号

的载波都变为固定的中频（465kHz），同时保持中频信号的包络与原高频信号包络完全一

致。

输入信号、本振信号、中频信号三者之间的频率关系是：本振频率信号

f

本

与输入频

5

率信号

f

入

通过混频器差出中频信号

f

中

，

即

f

本

-f

入

=f

中

。

4．在超外差式收音机中，为什么要选择差频信号作为中频信号?

变频电路由本机振荡器、混频器和选频回路组成，本机振荡器产生一个比电台信号频

率ƒ

1

高465kHz的高频等幅振荡信号

u

,其频率为ƒ

2

。ƒ

2

与ƒ

1

一起送入混频器。在混频器中

利用晶体管的非线性作用，对两路信号进行混频，结果使混频器输出一系列调幅波，其载

频分别为ƒ

2

＋ƒ

1

、ƒ

2

－ƒ

1

、ƒ

1

、ƒ

2

的各次谐波分量。在混频器的输出端，利用谐振频率为465kHz

的选频回路，从众多信号中选出465kHz（即ƒ

2

－ƒ

1

）中频信号，从而完成变频过程。

民用超外差式收音机的中频一般选择在465kHz或455KHz。混频器的输出回路和中领

变压器专门对465kHz或465KHz谐振。本地振荡电路的工作频率随着调谐回路的频率变

化，即本振频率总比电台的频率高一个中频，并且中频信号的振幅包络与高频信号的振幅

包络完全相同，这就使得音额信号能够通过检波器再现。假设一个收音机工作在800kHz

到1800kHz，中频工作在465kHz，那么本地振荡频率应当在800+465＝1265kHz到1800+465

＝2265kHz之间变化。当然如果本地振荡频率从800-465＝335KHz到1800-465＝1335kHz

间变化，即比电台总低465kHz的频率，那么仍旧能够得出差频465kHz的结果。但实际生

产的收音机中的本振频率是选高于电台信号频率的。因此电台信号频率或称调幅信号频率

（F

S

）与本地振荡频率（F

O

）和中频频率（IF）之间的关系为F

O

-F

S

=IF。

从上面分析可知高于本振一个中频或者低于本振一个中频的电台信号都能够进入中

频放大器，从而在收音机中产生干扰，这种干扰叫做镜像干扰，两信号的频率叫做镜像频

率。解决镜像干扰的基本方法就是提高输入调谐回路的选择性，使本振频率严格高于电台

信号的频率，在上例中当本振频率为 1265kHz 时，调谐回路尖锐地选择在 800kHz ，那么

镜像频率 1730kHz 就难以进入调谐回路引起干扰。

超外差式收音机的中频放大电路采用了固定调谐的电路，这—特点使它比其他收音机

优越得多，综合起来有如下优点：

(1)用作放大的中频，可以选择那些易于控制的、有利于工作的领率(我国采用的中

频频率为465kHz)，以便适合于管子和电路的性质，能够得到较为稳定和最大限度的放大

量。

(2)各个波段的输入信号都变成了固定的中频，电路将不因外来频率的差异而影响

工作，这样各个频带就能够得到均匀的放大，这对于频率相差很大的高频信号(短波)来说，

是特别有利的。

(3)如果外来信号和本机振荡相差不是预定的中频，就不可能进入放大电路。因此

在接收一个需要的信号时，混进来的干扰电波首先就在变频电路被剔除掉，加之中频放大

电路是一个调谐好了的带有滤波性质的电路，所以收音机的选择性指标很高。

5．如何检查本机振荡电路是否在振荡?

用万用表测变频管b-e之间偏置电压，若为0.7V左右（硅管），则表示本振停振，即

三极管处于放大状态，而非振荡状态；若b-e之间偏置电压明显小于0.7V左右（硅管），

则表示本振起振。进一步判断：若为0.7V左右（硅管），再用镊子短路振荡线圈，若电压

读数不变化，说明本振停振；若电压读数明显减小，说明本振起振。

6．中频放大电路的主要作用是什么?如何调整中频频率?

中频放大电路的主要作用是放大和选频。即将变频电路送来的465kHz中频信号进行

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放大，以提高整机的灵敏度；同时，还要通过选频回路对中频信号进一步筛选，以提高整

机的选择性，然后将筛选出来的经放大的中频信号送到检波电路去检波。

中放电路性能的优劣，对整机的灵敏度和选择性等技术指标有着决定性的作用。中放

级增益越高，整机灵敏度越高，中放级应具有60～70dB的增益；中放电路的选择性越好，

抑制邻近电台信号的串扰也就越好，通常要求中放电路的选择性在20～40dB。

调整中频频率可不用仪器进行，其调整方法为：在收音机接收某一电台情况下，用螺

丝刀短接本振部分的双连电容器，如果这时扬声器里电台信号消失，说明变频和本振工作

正常。否则，说明中放级信号不是经变频后的中频信号，而是像直放式收音机那样直接窜

到后级去的。因此，这时调中频变压器，不仅调不好，还会调乱。经检验变频和本振级工

作正常后，可用无感螺丝刀由后级向前级逐级调中频变压器上的磁芯，边调边听声音的大小，反

复调几次，直到声音效果最好为止。调整时应注意，最好选择一个信号较弱的电台，否则在强信号AGC作用，

使得中频变压器调偏了较大范围而音量却不发生变化。

7．三只中频变压器能否互换使用?为什么?

虽然三个中频变压器在电路中均起选频作用，但要求第一中频变压器要有较高的选择

性（磁帽白色），第三中频变压器要有较宽的通频带（磁帽绿色），第二中频变压器要兼

顾通频带和选择性（磁帽红色）。在实际应用中，三个变压器不能互换。

8．根据故障现象，如何区分“本振自激”与“中频自激”?

这个问题是中放电路最常见的故障之一，当中放有自激现象时，由变频级输出的中频

信号和中频放大器产生的自激振荡信号会产生差拍，差拍干扰信号会随电台信号被后面各

级放大，造成差拍干扰的啸叫声。由于中放自激振荡可能很强，往往使AGC控制电压增加，

又使中放工作失常，谐振曲线畸变，导致信号失真，音质变坏甚至干脆只有啸叫收不到电

台。自激的原因很多，比如某个元件或中放管变质，使中放工作点过高，增益变大；中放

管更换后β过高；中和电容开路或变质，使中和不良；中放管发射极电容短路；中周失谐

或谐振曲线变坏；电源内阻过大，退耦电路不良，使共用电源的两级中放通过电源内阻产

生交连；中周屏蔽作用变坏，AGC电路不正常……等等。检查收音机的自激故障，应首先

判断故障出在哪一级电路，在低放部分正常的情况下，一般问题出在本振或一中放的机会

较多，即“本振自激”与“中频自激”。变频级也是一级中放，它产生自激有个特点，即

自激是随收音机调谐频率变化的。判别时可以分别收听不同的电台，如发现频率低端自激

轻而高端自激严重，则多半是本振信号过强的原因造成的。如果自激现象与收听的电台无

关，可能就是中放的问题了。排除变频级自激之后，还要辨别是第一中放还是第二中放自

激。第一中放是有AGC作用的，信号强时这一级增益低，信号弱时增益高，而增益越高则

引起自激的可能性越大。据此，可以试收强信号和弱信号电台广播，若弱台自激而强台不

自激，则大多则是第一中放级有问题。如果无论强台弱台都自激，则很可能是第二中放级

有问题。因为这一级没有AGC控制，又担任主要放大任务，增益较高。

9．检波与自动增益控制电路各有什么作用?自动增益控制电路失效会出现什么现象?

检波电路的作用是将中频放大电路送来的中频调幅波中的调制信号解调出来。对检波

电路的要求是效率高，失真小，滤波性能良好。

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检波电路的前级是中频放大电路，载频为中频。通过检波，载波被滤除，只剩下音频

包络。检波电路包括检波器件和低通滤波电路两大部分。检波电路的组成框图及检波前后

的波形如下图所示。

图3-16 检波电路框图及波形

自动增益控制电路的作用是根据接收电台信号的强弱自动调节接收机的增益。即在接

收信号较弱时，使接收机具有较高的增益；而当信号较强时，又能使接收机的增益自动降

低，从而保证接收机有一定的音量输出。对自动增益控制电路的要求是AGC控制范围要

大，工作稳定性要好。

如果自动增益控制电路失效，则在接收强信号电台时出现信号波形双向削顶失真，或

接收弱信号电台时音量过小。

10．检波常用什么二极管?如何选用检波二极管?

分立元件接收机多利用二极管为检波元件，利用二极管的单向导电特性完成检波任务。

常用的国产检波二极管有2AP系列锗玻璃封装二极管。常用的进口检波二极管有

1N34/A、1N60等。

检波二极管一般可选用点接触型锗二极管，例如2AP系列等。选用时，应根据电路的

具体要求来选择工作频率高、反向电流小、正向电流足够大的检波二极管。虽然检波和整

流的原理是一样的，但整流的目的只是为了得到直流电，而检波则是从被调制波中取出信

号成分（包络线）。检波电路和半波整流线路完全相同。因检波是对高频波整流，二极管

的结电容一定要小，所以选用点接触二极管。能用于高频检波的二极管大多能用于限幅、

箝位、开关和调制电路。

11．什么叫调频?调频广播有哪些特点?

调频是指用低频信号（音频信号）去调制高频载波的频率，使高频载波的频率随低频

信号的变化而有规律地变化，而高频载波的幅度则保持不变，这一过程就称为调频。

调频广播有以下几个特点：

（1）频带宽，音质好，动态范围大。调频广播电台间隔为200kHz，音频频率范围可达

30Hz～15kHz，能够很好地反映节目源的真实情况。

（2）信噪比高，抗干扰能力强。由于调频广播的调制方式和限幅器、预加重、去加重等

措施，使调频广播比调幅广播具有较高的信噪比，从而增强了抗干扰能力。

（3）解决电台拥挤问题。调频广播在超短波频段，传播半径只有50km左右，因此本

地电台与外地电台不会引起干扰，从而解决了广播电台频率拥挤的问题。

12．什么叫频偏?它是怎样来反映调制信号变化的?

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调频是指高频载波的频率随音频信号的变化规律而变化，而高频载波的幅度和初相位

不变。调频波的幅度是不变的，而高频载波的频率发生了变化，音频信号的幅度越大，调

频波瞬时频率越高；反之，音频信号的幅度越小，调频波瞬时频率越低。调频波瞬时频率

的变化反映了音频信号幅度的变化规律。

频偏是调频波里的特有现像，是指固定的调频波频率向两侧的偏移。即频偏就是调频

波频率摆动的幅度，一般说的是最大频偏，它影响调频波的频谱带宽。

13．导频制立体声复合信号由哪些部分组成?调频立体声接收机由哪几部分组成?

导频制立体声复合信号由主信号M、副信号S'、导频信号P三部分叠加而成。其中，

主信号M为左右信号之和（M=L+R），副信号S'为差信号S（S=L-R）被38kHz的副载

波调制的平衡调幅波，P为19kHz导频信号，供接收机中产生38kHz副载波用。

导频制立体声复合信号的频谱特点：

（1）主信号M的频率范围为30Hz～15kHz，调制度为45%。

（2）副信号S'的频率范围为23kHz～53kHz，但不包含38kHz副载波信号，副信号的调

制度也为45％。

（3）导频信号P的频率为19kHz，调制度为10%。

导频制立体声复合信号的波形特点：

（1）对应于38kHz副载波的正峰值时的立体声复合信号的包络线，即为左信号；

（2）对应于38kHz副载波的负峰值时的立体声复合信号的包络线，即为右信号。

14．调频头电路、中频放大限幅电路及鉴频器的作用各是什么?

调频头电路的作用是选台、高放、变频。即接收并选出所要收听的电台节目信号，经

高频放大后送入混频器，在混频器中，电台信号与本机振荡信号进行混频，把所有调频电

台的载波频率都变为10.7MHz的中频，然后送入中放电路。

中放与限幅电路的作用是对中频信号进行选频放大和限幅。即对调频头送入的中频信

号进行进一步的选频、放大，然后再经限幅去除调频波的幅度干扰后使之成为等幅调频波。

鉴频器的作用是对调频信号进行解调。即从10.7MHz的中频调频波中取出音频信号

（接收立体声广播时，解调出立体声复合信号）。

15．数字调谐器由哪几部分组成?

数字调谐器一般由收音通道和数字调谐控制电路两部分组成，其电路组成情况可归纳

如下：

数

字

调

谐

器

收音通

道部分

FM接

收通道

AM接

收通道

数字调谐

控制部分

FM 输入回路、FM调谐高放、FM本振、FM混频、

FM 中放、FM限幅、 FM鉴频、立体声解码

AM 输入回路、AM本振、AM混频、AM中放、

AM 检波（中波MW和短波SW）

本振频率合成电路

数字频率显示电路

调谐电压搜索控制电路

电台频率预置存储电路

锁相环频率合成器（PLL）

微处理控制器（CPU）

数字调谐器具有以下特点：

（1）具有自动搜索选台、记忆选台等智能特点。这是由于在数字调谐器中，采用了微电

脑控制技术，使电子调谐实现了智能化，从而使DTS具有电台信号的自动搜索、频率预置、

存储记忆等多种功能，同时也使调谐操作准确、快捷而方便。

9

（2）调谐准确，工作稳定。这是由于采用了锁相环路技术，使电子调谐的频率准确性和

稳定性得到了明显的提高，无频率漂移等走台现象的出现。

（3）具有数字频率显示功能。由于采用了数字显示技术，可以直接用数字来显示所接收

的电台频率，使调谐操作直观、简便，同时也便于遥控操作和轻触式操作的实现。

（4）可以实现多功能控制，且操作方便。由于采用了微电脑控制技术，因此可以很方便

地实现定时开机、定时关机、睡眠、静噪调谐等多种控制功能，同时若将微电脑技术与红外

遥控技术结合，还可以实现遥控操作。

（5）体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长。由于采用了变容二极管来代替可变电

容器，故无机械式调谐器中的可变电容器的机械磨损和接触不良，大大提高了调谐器的使

用寿命和可靠性，同时也无需机械式调谐器所需的刻度盘、旋钮等传动机构，使整个调谐

系统的体积大大缩小。

4.7 练习与思考

1.简述立体声收录音机的基本组成及功能？

立体声收录音机基本电路组成包括电源电路、双声道录放音电路、调频调幅

收音电路及辅助电路，如图4-2所示。

其中，录放机心驱动磁带运行，通过立体声录放磁头完成电-磁转换；双声道

录音电路由放大电路、ALC电路、频率补偿、偏磁振荡和抹音电路等组成；放音

电路由放音前置放大、频率补偿、功放电路组成；调幅调频收音电路与调谐器电

路组成基本一致；收音部分功放电路通过功能转换开关与放音电路共用；辅助电

路主要有电平指示及音调控制电路等。电源电路为整机各单元电路提供直流电能。

上世纪90年代以后，收录机电路即已基本集成化。

图4-2 立体声收录机框图

2.简述磁头的结构，录音与放音磁头分别有哪些性能要求和工作特点？

磁头是录音机的关键部件之一，其作用是实现电信号和磁信号的相互转换。记录时，

10

把磁头所产生的正比于电信号的磁场以剩磁的方式记录和存储在磁带上，实现对电信号的

记录。重放时，由磁头拾取磁带上的剩磁信号并将其转换为相应的电信号输出。

磁头的基本结构是在具有缝隙的环形磁铁上绕以线圈，将它放入屏蔽罩并加以固定，

正面经研磨抛光而成。磁头主要由带缝隙的铁心和线圈两大部分组成，其中铁心材料为矫

顽力和剩磁都很小的软磁材料，具有饱和磁感应强度大、耐磨性好、磁导率高、加工性能

好、高频损失小等特点。

在录音机中所用的磁头有抹音磁头、录／放音磁头和专用的录音磁头、放音磁头，如

图4-5所示。

4

-5 磁头外形与内部基本结构

a)直流抹音磁头 b)交流抹音磁头 c)单声道录/放磁头

d) 双声道录/放磁头 e) 磁头内部结构

1.录音磁头

录音磁头的铁心可用厚度为0.1mm～0.2mm的软磁合金片叠制而成，或用铁氧体材料压

制而成，也可用其他软磁材料制成。在两个半环形铁心的结合处留有前后两个缝隙，前面

一个称为工作缝隙，后面一个称为辅助缝隙。录音磁头的工作缝隙宽度约为3～5μm，在

缝隙中填有非磁性材料薄片，如玻璃等。对于高性能磁带如金属带，录音磁头工作缝隙的

深度一般在0.2mm～0.5mm；辅助缝隙的宽度约为0.2mm，中间填有非金属物如纸片等，以

防止铁心饱和而产生失真。为减小外界杂散磁场的影响，在两个半环形铁心上各装有一个

对称且匝数相同的线圈。

2.放音磁头

放音磁头的结构与录音磁头的结构基本相同，但磁头的工作缝隙做得小一些，约0.8～

1.5μm，目前已达0.61μm，以提高放音高频特性。由于放音磁头的工作磁场很弱，一般

不会饱和，专用的放音磁头没有辅助缝隙，以提高放音灵敏度。放音磁头对屏蔽性能的要

求高于录音磁头。

3.录音机的性能指标有哪些？其意义如何？

1.带速误差

11

带速误差是以录音机的实际带速V与额定带速V

0

的相对误差的百分数来表示，即

带速误差=(V-V

0

)/V

0

×100%

盒式磁带录音机的额定带速规定为4.76cm/s。录音机的带速误差会造成声音音调高低的

变化。一般普及型录音机的带速误差在±3%以内，中档机不超过±2.5%，高级录音机和录

音座在±1.5%以内。

2.抖晃率

录音机走带速度的瞬时变化，会使原来录制在磁带上的固定频率f

0

发生偏移，称为寄生

调频。这种由磁带不规则运动引起记录信号的寄生调频现象称为抖晃，寄生调频的频偏Δf

对记录信号频率f的百分比称为抖晃率，即抖晃率=Δf/f×100%。

产生抖晃的原因是机械传动部件不良，或磁带在运动过程中因张力变化、振动、电机

力矩的脉动等，使磁带运行速度产生随机变化，结果放音频率发生变化，主观感觉是重放

的声音颤抖。通常抖晃率应在±0.5%以内，对A级盒式机要求在±0.2%以下。

3.频率特性

录音机的频率特性一般是指录音、放音综合频率特性。即录音机从录音输入端到放音

输出端之间的频率响应。

对于欣赏音乐用的录音座和高级录音机，其频率特性可达40～12500Hz，而且在其范

围内特性必须是平坦的。对于教学、语言录音用的普及型录音机，频响为120～6300Hz即

可。

4.失真度

磁带录音机的失真度可分为谐波失真和互调失真两种。录音机的谐波失真是由于放大

电路、磁头、磁带等非线性因素造成的从录音输入电路到放音输出电路之间的信号失真。

一般要求高保真放音通道谐波失真度小于1%，全通道的谐波失真小于2%～7%。

5.信噪比

录音机的噪声分布在整个频段上，噪声大小随所用的磁带和录音机而不同。但只考虑

噪声电平而不讨论其信噪比是没有意义的。信噪比是指规定的输出信号电压与输入端短路

（或配接上相当于信号源内阻的等效电阻600Ω）后的输出噪声电压之比。录音机的信噪比

指标有放音通道的信噪比和录放全通道的信噪比两类。

一般立体声录音机放音通道的信噪比在30～40dB左右，A级盒式机要求在55dB以上。

4.录音机磁头有哪几种类型？如何识别？

在录音机中所用的磁头有抹音磁头、录／放音磁头和专用的录音磁头、放音磁头。

抹音磁头的作用是把磁带记录的剩磁信号抹去。根据输入消磁电流的不同，又可将抹

音磁头分为直流抹音磁头和交流抹音磁头两种。

交流抹音磁头的结构与放音磁头基本相同，根据抹音磁头工作缝隙数目的不同，有单

缝隙磁头和双缝隙磁头两种。

抹音磁头的铁心主要使用坡莫合金和铁氧体，其工作缝隙较宽，一般为0.05～0.5mm，

无辅助缝隙，且只有一个线圈，阻抗约为100Ω～500Ω。

辨别直流抹音磁头和交流抹音磁头，可通过万用表测试其线圈的直流电阻来进行，前

者的直流电阻约为几百欧，后者约为几至十几欧。无引线接头的为磁钢抹音磁头。

12

为缩小体积，简化线路，考虑到录音磁头与放音磁头的结构和尺寸大致相同，在盒式

磁带录音机中常把二者合二为一，构成录／放音两用磁头。录／放音两用磁头的结构与录

音磁头相似，但阻抗比录音磁头高，以提高录／放音灵敏度，录／放音两用磁头的工作缝

隙宽度约为2～4μm，以兼顾录、放音两种工作状态，辅助缝隙宽度约为0.05 mm～0.1 mm。

专用的录音磁头、放音磁头特点见上面习题2答案。

5.更换磁头应注意哪些问题？如何调整磁头的方位角？

录音机使用一定时间以后磁头都会被磨损，需及时更换。由于不易选到原型号磁头更

换，因此多数情况下只有选配，其选配原则与方法如下。

（1) 磁头阻抗选配。选配的录／放音磁头阻抗要尽量与原磁头相近。由于测量交流阻

抗比较繁琐，通常只要测出其直流电阻已能满足使用需要，交流直流电阻比按5:1估算即

可。注意用万用表测直流电阻时间要短，并反向再测—次，以抵消磁头所受磁化，有条件

的—定要对磁头进行消磁处理。

（2) 磁头灵敏度和频响特性的选配。磁头灵敏度和频响特性应当根据原型号磁头的参

数查找清楚，不可与原来数值相差太大，否则对录、放音效果影响较大。

（3) 安装尺寸的选配。选配的录／放音磁头安装尺寸要与原磁头的相同。因机心种类

不同，常用磁头有6种不同的安装尺寸，必须引起注意。抹音磁头不易磨损，很少更换。

如更换只需区分是直流或交流抹音磁头，再进行选配即可。

6.简述盒式磁带的结构？说明各部位的作用是什么？

盒式磁带录音机与盘式磁带录音机一样，也有供带盘与收带盘，只是盒式磁带录音机

的供、收带盘不在机心上，而是装在磁带盒里，称为盘芯。盒里还有一对导带轮和一个压

带垫等。实际上，带盒属于卷带机构的一部分，图4-4所示为磁带盒与机心机件间的配合

关系。

图4-4 磁带盒与机心机件间的配合关系

防误抹机构：当磁带盒装入机心后，磁带盒后侧面左右对称的两个5mm～6mm的小窗口

中的一个正好对准防误抹机构的触头，如果磁带盒上防误抹窗口连接的方形薄片完好无缺，

13

此薄片便推动触头向后仰一个角度，防误抹机构的水平杆向上抬起，使录音键杆向前滑动，

直至录音机进入录音状态。

如将防误抹窗口上的方形薄片去掉，则触头正好伸进窗口里，防误抹机构静止不动，

其水平杆紧靠基板，挡住了录音键杆的通路，因此录音键无法工作。

7.结合图4-8，简述磁带录音机录音原理。

磁带在录音时，如图4-8所示，传声器将声音转换成电信号，由于传声器输出电压很

小，故须经录音放大器将信号放大，并以电流形式输送给录音磁头线圈，同时录音磁头又

将电信号转换成磁场。磁带在运带机构驱动下，以一定速度（对于盒式录音机，带速为

4.76cm／s）通过录音磁头缝隙时，录音头缝隙的磁场对磁带的磁性层进行磁化。在磁带离

开磁头后，信号以剩磁形式保留在磁带上，这就是录音。所以，录音过程可以看作是声能

→电能→磁能的转换过程。记录在磁带上的剩磁信号波长，就是输入信号的一个周期所作

用的结果。磁带上记录的剩磁信号波长称之为记录波长，用λ表示。它与磁带的速率v成

正比，而与输入声音信号的频率f成反比，即有λ= v/ f。

图4-8 磁带录音机录音示意图

8.结合图4-9，简述磁带录音机放音原理。

放音是录音的逆过程，在放音时录过音的磁带以同样速度通过放音磁头，录音磁带上

分布的剩磁就会通过放音磁头的铁心，使放音磁头的线圈两端感应出与剩磁分布规律相应

的信号电压。此电压也很微弱，它需经放音放大器的放大和频率补偿，馈送给扬声器而重

放出原来的声音。所以，放音过程是磁能→电能→声能的转换过程。根据电磁感应定律，

在放音过程中，放音磁头感生的输出电压e与录音磁带上的剩磁通φ的变化速度一致。变

化速率实质上就是磁带上的剩磁通过时间的微分，因此放音磁头输出电压e即为

e

=-N(d

φ/d

t

)（式中N为放音磁头线圈匝数），如图4-9所示。

14

图4-9 磁带录音机放音示意图

9.简述偏磁电路的形式及作用。

录音过程中，信号电流加到磁头线圈产生相应的磁场，经过磁化后，以剩磁的形式记

录在磁带上。在这个过程中，磁带剩磁随信号磁场变化，即剩磁曲线是非线性的。如果直

接用信号磁场磁化磁带，就会造成很严重的失真。

剩磁曲线的非线性主要表现在起始部分和接近饱和点部分，这两个失真的部分恰好处

在磁场很小和磁场很大的情况下。因此，适当地控制信号的大小，使之工作在剩磁曲线的

线性部分，磁迹波形的失真就可以大大地减小。为了实现这一目的，通常采用偏磁的方法，

偏磁又分为直流偏磁和交流偏磁两种形式。

(1) 直流偏磁。直流偏磁录音就是在录音过程中给录音磁头线圈加入一个大小合适的

稳定的直流电流，与信号电流相叠加。该直流电流使磁头缝隙产生一个附加磁场，从而使

磁化过程工作在剩磁曲线的线性部分，避开其非线性部分，以达到减小磁带上磁迹波形失

真的目的。但其存在着噪声大、动态范围小等缺点，因此直流偏磁方法多用于低档的录音

机中。

(2) 交流偏磁。交流偏磁又称为超音频偏磁，它是在录音过程中，把一个超音频（录

音信号最高频率的5～10倍）振荡电流与音频信号电流相叠加，然后一起送入录音磁头线

圈，使录音过程工作在剩磁曲线的线性区域内，从而减小录音失真。

应用交偏流磁法录音时，要将录音电流和超音频偏磁电流同时加到录音磁头上。偏磁

电流供给有并联供给和串联供给两种方式。

10.分析图4-15所示的录音均衡放大电路的工作原理。

录音均衡放大电路用来完成对录音输入信号进行放大及频率补偿。图4-15所示为实用录

音均衡放大电路。电路中，VT为放大管，R

1

、R

2

构成VT的偏置电路,R

3

为发射极电阻，用来

稳定VT

1

的工作点，L

1

、C

2

是VT的负反馈网络，可对频率进行补偿。

录音时，输入信号经C

1

加到VT的基极进行放大，再经变压器T予以电压提升，通过

R

4

、C

3

组成的录音频率补偿网络和偏磁陷波器L

2

、C

4

送入录音磁头。录音偏磁电流由偏磁

振荡电路输出，经耦合电容C

5

和调整电阻R

5

送入录音磁头。

由L

2

、C

3

组成的偏磁陷波器的作用是用以防止偏磁电流进入录音放大电路而引起失

15

真。因为L

2

、C

3

的并联谐振频率与偏磁振荡的信号频率相同，所以它对偏磁信号电流呈现

很高的阻抗，可以阻挡偏磁信号电流进入放大电路。R

4

、C

3

组成的录音频率补偿网络可对

高频信号加以提升。

图4-15 实用的录音均衡放大电路

11.恒流录音电路的作用是什么。

磁头是电磁转换元件，它是由铁心和绕制在铁心上的线圈两部分组成的，是一个感性

元件，其阻抗特性也是感性的，即频率越高，阻抗越大；频率越低，阻抗越小。为了使频

率的变化不影响录音电流的大小，在录音座中通常采用恒流录音电路。

图4-15电路中，磁头线圈支路串联了阻值很大的恒流电阻R

6

，由于R

6

＞＞X

L

，因此

录音电流的大小主要由阻值不随频率变化的R

6

确定，实现了恒流录音。为了给录音磁头线

圈提供足够的信号电流，放大电路的输出电压必须相应地提高，为此，电路中利用变压器

T将录音信号电压升高。在该电路中，录音磁头应采用低阻抗磁头，以免使频响特性变差。

12.分析图4-20所示杜比B型降噪电路的工作原理。

图4-20所示为常用双卡录音座中的杜比B型降噪电路。降噪系统采用集成电路

TA7770N，它是一个24脚双声道集成电路。这里只画出了TA7770N的左声道应用电路，

另一个声道电路与此完全对称。电路中，SA是录音座录音开关，图示在断开位置。SA

4

是杜比开关，图示在接通（ON）位置。IC

1

是双声道杜比降噪集成电路TA7770N。SA

1

是

TA7770N内电路中的电子录放开关。

（1）录音信号杜比处理分析。在进行杜比录音时，录放开关SA在录音(ON)位置，

+V经SA、VD

1

、R

12

（与R

20

构成分压电路），加到IC

1

的录放控制端

15

脚，使之为高电位。

○

TA7770N内部的电子录放开关SA

1

在图示录音(R)位置，此时杜比开关SA

4

在图示ON

位置，+V不能加到三极管VT基极，管子处于截止状态。+12V经R

18

、R

19

，送到IC

1

的

14

○

脚，使

14

脚为高电位，加到内电路偏置及开关电路中，建立了内电路直流工作状态，⑩脚

○

输出+5.7V偏置电压，分别由R

17

加到⑧脚，由R

14

、R

16

加到⑤脚，由R

13

加到①脚。

左声道录音信号V

i

（L）由C

7

耦合，从①脚加到IC

1

内电路中，经放大器A

1

放大，一

路输出信号作为主信号送到加法器的一个输入端，另一路输出信号经SA

1

（R端）从③脚

输出，送到由R

15

、C

11

、R

14

、C

13

、R

16

、C

12

和⑤脚内电路中的压控可变电阻器构成的可变

高通滤波器中。可变高通滤波器输出的高频段提升信号送到放大器A

2

中放大，其输出一路

16

经限幅电路后送到加法器的另一个输入端，另一路送入放大器A

3

进一步放大，送到整流电

路中。输出的直流控制电压经外电路平滑，送到可变电阻器中，以控制它的阻值。从加法

器输出的经过录音降噪系统处理后的录音信号由IC

1

的②脚输出，通过耦合电容C

9

送到左

声道录音放大器中，完成杜比B型录音过程的降噪处理。

（2）放音信号杜比处理分析。在放音工作状态下，录放开关SA处于断开状态，+V

不能送到IC

1

的15脚，15脚为低电位，IC

1

内部的电子开关SA

1

转换到放音信号（P）位置。

○○

此时，杜比开关SA

4

仍在图示接通位置。来自放音卡或录放卡的左声道放音信号V

i

（L）

经C

7

耦合，从①脚送入IC

1

的内电路中。此时，IC

1

的工作状态基本与录音时相同，只是

由于SA

1

转换到P位置，从③脚输出的信号是取自加法器的输出信号，而不是录音时取自

放大器A

1

的输出信号，加法器变成了减法器。由于从③脚输出的信号送到R

15

、C

11

等组成

的同一高通电路中，其高通滤波器特性与录音时相同，不同的是录音时的加法器变成了放

音时的减法器，可以还原录音信号的原来特性。放音时，信号从IC

1

的③脚输出，经C

10

耦合送往左声道放大电路中。

图4-20 实用杜比B型降噪电路

5.4 思考与练习题

1．选择题

(1) CD唱机中设置自动功率控制电路，是为了使激光二极管输出功率稳定，从而CD

唱机能正确读取CD光盘上的信息。自动功率控制电路简称是( D )。

A．DSP电路 B．EFM电路

C．RF电路 D．APC电路

(2) 为了有效抑制音频信号以外的干扰信号，CD唱机电路中在D／A转换前加了如

下的特殊电路：( B )。

A．位时钟产生电路 B．数字滤波器电路

C．数据选通电路 D．解调与纠错电路

2.什么是PCM编码？简述PCM编码过程。

PCM编码就是通过取样、量化和二进制数字编码等过程，把模拟音频信号转换成为

17

时间上、幅度上都是离散的脉冲数字信号，它是音频数字化处理的第一步。

1.取样

所谓取样实际上是用取样脉冲作为电子开关的控制信号，控制电子开关每隔一个取样

周期就短暂闭合一次，使取样信号通过，而其余时间开关断开，信号中断，于是连续变化

的模拟信号就变成了图5-1b所示的脉冲序列。

连续变化的模拟信号经过取样后，变成了时间上离散的脉冲信号，通常称为脉冲幅度

调制（PAM）信号。从波形上看，它与原来的模拟信号有了明显的不同，但其幅度值还未

经处理，因而脉冲幅度调制信号还不是数字音频信号。当离散的脉冲信号再还原成为模拟

信号时，会产生失真。从图4-1b所示的取样脉冲间隔与包络波的关系可以看出，取样的时

间间隔即取样周期越短（取样频率越高），则取样所引起的失真也就越小。

理论分析证明：取样频率必须不小于模拟信号最高频率的2倍，即f

s

≥2f

max

。当f

s

=2f

max

时，取样频率称为折叠频率。满足上述条件，即可基本消除因取样而带来的失真。CD采

用的取样频率为44.1kHz。

2.量化

取样只完成了信号在时间上的离散化，其幅度还未进行离散化处理。量化就是将取样

后的脉冲幅度用最接近的离散电平值代替。这样，原来可取无限数目的、连续的实际取样

幅度变成了有限数目的、离散的电平值，如图5-1c所示。经过量化以后，模拟信号就变成

了时间上和幅度上都离散的数字信号（PCM信号）。

图5-1 PCM编码过程

a) 模拟音频信号 b) 取样（PAM信号） c)

量化（PCM信号） d)

编码

3.编码

18

用二进制代码来表示经过量化后的电平值，称为编码。例如，量化比特数n=3时,0～

7等8个量化电平，就可分别用“000”，“001”，“010”，“011”，“100”，“101”，

“110”，“111”来表示，如图5-1d所示。在数字音响系统中，量化比特数一般取n=16，

即每一个取样点的值的二进制代码均为16位。共采用了65536个16位二进制代码来表示

各量化电平。在传输和处理时，代码是用脉冲信号来表示的，一般有脉冲表示“1”码，无

脉冲表示“0”码。

3.什么是EFM调制，CD唱机中为何用EFM调制？EFM调制中，对14位的

数据有什么要求?

CD是采用16 bit方式将模拟信号数字化的，但是在录音过程中，这16 bit信号实际

上是分开为两组8bit信号作先後记录，然後在重播解码的时候才将这两个8 bit合为1个

16 bit，这个过程简化了数据处理负担，但又没有降低讯息量。

8 bit也好，16bit也好，都是一连串的0或1数目字，其中必定会有多个连续的1或

是多个连续的0出现，连续的1将会在CD碟上形成一连串密密麻麻的坑点，而连续的0

则会在碟上形成一个有相当长度的平面，两者都会对CD机的激光头的阅读造成相当的困

扰，尤其是後者，一个宽阔的平面激光头是无从识别的；所以CD碟上面必须有适当排列

的坑点，太多太少都不行，为了达到这一个目的，CD制式采用了一个简单而巧妙的做法，

就是当出现连续1的时候在中间适当位置插入一些0，而当出现连续0的时候则在中间某

些部位插入一些1，在CD解码的时候又将这些多余的0或1抽走，这样既保留了一个完

整的8bit信号，又使CD碟上的坑点排列更加合理。这个巧妙构思的具体做法是将8bit信

号先扩展到14bit，重播时再缩回8bit，也就是说实际上将16 bit的讯号扩展到28bit，再变

回16 bit这种调制方式叫做EFM码调制（8—14位码）。

所谓EFM（Eight to Fourteen Modulation）即8到14位调制。为便于信号的记录和读

取，对记录在光盘上的信号作如下限制：

（1) 信号中没有连续的“1”；

（2) 信号中两个“1”之间至少有两个“0”，最多不超过10个“0”。

以上两点也被称为2到10规则。

EFM调制是将每次取样的16位数据分为两个8位的字节，8位二进制数据共有256

种状态，其中又不全都满足“2到10规则”。为此，再将每个8位的字节转换成14位的

数据，14位二进制数共可表达16384种状态，把其中符合2到10规则的256种状态与8

位信号所能组成的全部256种状态列成对应表，转换时只需通过查表的方法，在对应代码

表中，找出与8位数据信号对应的14位数据，并用此数据替代原数据即可。

EFM调制是光盘系统中特有的调制方法。调制后的信号记录在光盘上时，在脉冲信

号的上升沿和下降沿之间产生光盘上的信号坑；在光盘播放时，“坑”与“平面”的变化

部分读出数码“1”，其余无变化部分（平面区间与坑内区间）读出数码“0”的个数。

根据“2到10规则”可确定光盘信号坑长度在

T

min

=3位（1个“1”后有2个“0”）

与T

max

=11（1个“1”后有10个“0”）之间。

4.简述运用像散法检测聚焦误差信号的方法。

19

聚焦伺服机构的作用是使物镜做上、下移动，以使激光束正确聚焦在唱片的信号面上。

CD唱片放唱旋转过程中表面会上下跳动，CD制规格中规定，唱片的这种跳动应在±

0.5mm以下，为使物镜随唱片的起伏而同步垂直上下移动，设置了聚焦伺服机构，以使物

镜到唱片面的距离保持恒定，获得良好的聚焦。如图5-12所示为聚焦伺服机构框图，其中

聚焦误差检测器即是前面所讲的激光检测器中的四个四等分排列的光敏二极管A、B、C、

D。根据像散图像的变化，即可获得聚焦误差信号FE=（A＋C）－（B＋D），其原理如图

5-13所示，聚焦正确时，FE=（A＋C）－（B＋D）=0，误差信号为0；聚焦不良时，不论

是唱片接近还是远离物镜，FE=（A＋C）－（B＋D）≠0，FE＞0时说明焦点太近，FE＜

0说明焦点太远。分别产生＋、－聚焦误差信号，该信号经相位补偿和驱动放大后，送至

固定在物镜上的聚焦线圈，以使物镜作垂直移动，实现良好的聚焦。

聚焦线圈直接绕制在物镜的塑料骨架外面，把聚焦线圈放置于永久磁铁的磁极中间，

其工作原理类似于电磁扬声器。当聚焦线圈中流过电流，产生的磁场与永久磁铁的磁极相

互产生作用力，使聚焦线圈带着物镜作上下移动，进行聚焦，保证激光束焦点落在碟片面

上。

聚焦线圈的引出线使用两条有弹性的悬置引线，一般用磷铜片做成。此引线既有弹性

又能导电，使聚焦线圈能上下移动固定在磁极中间。

聚焦线圈因绕制在物镜骨架上能上下自由移动，所以若用手指轻按物镜边框，物镜应

能上下自如运动，不能有碰卡感觉。

图5-12 聚焦伺服机构框图

图5-13 聚焦误差信号的产生

机数字信号处理电路中的位时钟信号有什么作用?帧同步信号又有什么作用?

在数字信号处理电路中，位时钟信号是识别数据码位的基准；帧同步信号是分离各类

数据的依据。

位时钟再生电路主要是通过锁相环路式（PLL）的方式，从RF信号中提取出位时钟信

号BCK（bit clock），位时钟是数字信号处理电路中，用以识别数据码位的基准，没有位

时钟，将无法正确识读任何数据的码流；

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帧同步分离电路的主要是从EFM数据码流中分离出每一帧数据捆包开始部分的帧同

步信号，帧同步信号是一个特定的24 bit码，表明一帧数据（588 bit）的开始，帧同步信

号是数据码流中用以分离各类数据的依据，各类数据的分离都需要以帧同步的位置为参考，

如果没有帧同步，那么在数据码流中，音频数据、子码数据、纠错码数据等信息的位置也

就无法确定，各类数据也就无法分离。

6.画出CD唱机的组成框图。CD唱机机心包含那几部分，各有何作用?

机心一般由托盘进出机构、光盘装卸机构、光盘旋转机构、夹持机构、激光头进给机

构和物镜机构等组成。托盘进出机构、光盘装卸机构与夹持机构安装在塑料机座上；光盘

旋转机构、进给机构和物镜机构安装在金属芯座上，由后面的两个销钉通过螺钉压固在机

座上；芯座嵌在升降凸轮槽内，随升降凸轮的转动而上下移动。

7.画出三光束激光头的光路结构图，简述各部件的主要作用。

1．激光二极管

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激光二极管（LD）发射一束低功率红外线激光，一般多为铝镓砷激光二极管，波长为

0.78μm，光输出功率最大5mW，寿命可达到几万至几十万小时（视波长与结构而定）。

激光二极管和光敏二极管常常装配在同一管座内，用光敏二极管检测激光输出。图5-6a所

示为激光二极管实物照片，图5-6b、c所示为结构图和外观尺寸。CD唱机的激光二极管由

管帽、激光器芯片、散热器、管座、光敏二极管和引脚等组成。整个外形有点像一个金属

封装的小型晶体三极管。

2．衍射光栅

三光束的激光拾音器中，激光二极管的前端加入了一个衍射光栅。衍射光栅简称光栅，

是利用光的多缝衍射原理使光发生色散的光学元件。它是在一块平面（或凹面）玻璃上刻

上大量相互平行、等宽、等距的刻痕而制成的。

由于光栅的干涉效应把平行的激光分裂成以光轴为对称的很多对激光束。忽略高次光

束，得到以光轴为对称的3个光束，位于中间的光束称为主光束，用于从CD唱片上拾取

信息，并维持激光束在唱片上的聚焦，位于两边的称为副光束，用来读取循迹误差信号。

3．偏振棱镜

偏振棱镜也称分光棱镜，在1/4波长片的配合下将反射光束直角转向。偏振棱镜的作

用一是使三光束入射光通过偏振棱镜射向CD唱片；二是将反射光（光的偏向轴旋转了

90°）转向光检测器。

偏振棱镜一般由光学玻璃磨制而成，不仅要清纯透光，而且还要角度准确，这样才能

保证入射光与反射光之间有90°的转向。

4．准直透镜

准直透镜又称为平行光透镜。从激光管发出的光是发散光，准直透镜的作用就是把这

种发散光矫正为平行光。在三光束激光拾音器中要保证三光束的平行，即对物镜入射的是

平行光，准直透镜与物镜结合在一起，以保证激光拾音器具有正确的焦距。

5．1/4波长片

1/4波长片的作用是改变通过它的光束的偏振方向，没有这个光学装置会使入射光与反

射光在同一轴线上，从而无法分离。

射向CD唱片的入射光经过1/4波长片时，光的偏向轴旋转45°；反射光再经1/4波

长片时，又被旋转了45°，共旋转了90°。使得到达偏振棱镜的反射光束无法通过而转向

光检测器。

6．物镜

物镜一般使用塑料的非球面镜片，因为塑料镜片重量轻、价格便宜。物镜重量过重会

使驱动功率大，而且运动惯性也大，会影响聚焦伺服的灵敏度。物镜用粘合剂粘合在下面

的塑料骨架上，有的物镜上还有一个塑料套套在物镜外面，起保护作用。因此，若要拆下

物镜，应先把塑料套取下。

物镜的作用是把激光束聚焦成一个焦点落到碟片的信号面上，同时把反射光束转变为

平行光束。如图5-8所示，物镜把Φ4.5mm的平行光束聚焦到前方4.5mm的焦点上，根据

光学原理可知，焦点处的光点直径为有限值，由激光波长λ和物镜的NA（数值孔径）决

定，即大约为λ/NA，对于CD唱机来讲，λ=0.78μm，所用物镜的NA约为0.45，则光点

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直径约为1.7μm。物镜可在聚焦线圈和循迹线圈的带动下，做上下和左右移动。

7．光检测器

光检测器由六只光敏二极管组成。光检测器的受光面受到光照时会产生电流，将光能

转化为电能，从而可对电流进行（A＋C）－（B＋D）的运算，得到聚焦误差信号；进行

（E－F）运算，得到循迹误差信号；进行（A＋B＋C＋D）运算则可得到数据信息。

8．柱面透镜

检测CD唱片信号面与物镜的距离即聚焦状态一般采用“像散法”，在该种方法中起

重要作用的是柱面透镜，柱面透镜是在圆柱形透镜侧面切下一块。柱形透镜的垂直方向有

像散作用，能使通过的激光束到达光电检测器上的投影形状改变。

光束通过该透镜后形成像散图像，随着唱片的上下移动，像散图像的形状将发生变化，

如图5-10所示。当聚焦良好时，CD唱片反射的光束经过圆柱透镜后，A、B、C、D四个

光敏二极管接收的光量相等，投在光敏二极管上的像散图像为一个正圆，如图5-10b所示；

若聚焦不良，唱片偏近或远离物镜的焦点时，四个光敏二极管接收的光量不相等，其像散

图像均为一椭圆，如图5-10a、c所示。这样可通过光电检测器取出聚焦误差信号，作为聚

焦伺服信号用来控制聚焦线圈上下移动，直至聚焦正确为止。

图5-10像散法聚焦光斑示意图

8.说明激光头组件光学结构的清洁方法。

(1)激光头组件外表、物镜清洁方法。激光头组件外表、物镜若被油污、灰尘蒙住，

将会使激光头无法工作，读不出碟片。

CD唱机激光头物镜的表面有一层用真空沉积涂层法涂加在表面的薄膜。其外观与照相

机的镜头表面一样，呈黄色或紫色，俗称镜头的加膜，用以变化折射系数，使激光按特定

的波长无损失通过。

由于这种加膜涂层有吸附作用，因此物镜表面沾上灰尘、油污就很难免。这样将影响

激光头组件的工作效率，甚至使其不能正常工作。另外，若这层加膜层有0.01mm深的划痕，

清洁擦拭用薄绢布、鹿皮或擦镜纸，切勿使用棉花、毛布、毛笔。若表面有明显灰尘，

可用钟表修理用的吹灰球，吹去表面的灰尘。吹物镜表面时要避免与尘埃表面成直角方向，

因这样吹可能使坚硬的尘粒擦伤物镜表面的加膜层。也可用驼毛笔轻轻把表面灰尘扫掉。

把绢布或擦镜纸折叠成1cm宽的布(纸)条，用医用止血钳钳住。在清洁物镜表面时先

用一块软布把整个激光头区域盖住仅露出物镜。将清洁物镜的绢布或擦镜纸用纯净水浸湿，

首先将抹拭面与物镜表面成35°的夹角，轻轻抹过物镜表面一次。然后把抹拭面翻转，用

另一面对物镜表面再进行清洁。若效果不理想，可更换绢布或擦镜纸，重复上述过程再清

23

洁一次。

(2)激光头组件光学路径清洁。 激光头组件的物镜和表面清洁后，如果还不能使激光

唱机正常工作，就应该检查一下激光头组件光学路径中的棱镜、反光镜等是否已脏了。如

已脏污，可用上述激光头、物镜清洁方法中介绍的工具，也可使用干净的棉签，稍蘸一些

纯净水，对能看到的反射镜、1/4波长片、分光棱镜、柱形透镜等均进行表面清洁。若绢布、

擦镜纸、棉签稍有脏，即应换新的再擦。擦试干净后。用吹灰球将激光枪中所有光学路径

9.说明激光头组件损坏判断的思路。

CD唱机出现故障,其中有70%左右是因为激光头工作条件不满足或激光头损坏引起

的，因此无法拾取碟片上的信息,一般显示“NO DISC”(未找到碟片)。正常的CD唱机在

开机加载时应完成下面一系列动作：在开机后按开/关(OPEN/CLOSE)键，机器的碟片托

盘会移出仓外；若再按开/关键，则碟片托盘会移入仓里，并完成初始工作流程。

(1)激光头老化或太脏。在碟片进入仓后，显示“NO DISC”，不能读碟时，应先对

初始工作流程的几项动作和状态控制进行检查。若发现哪个动作未完成或哪项状态未控制，

则应先排除这些故障。若上述动作和状态控制正常，还是不读碟，则要考虑是激光头太脏

或损坏。

(2)激光头组件外形损坏。激光头组件损坏有时能从外形上明显看出，不必对电路检

查就可确定。对于明显的外形故障，有的需要更换激光头组件，有的则可通过拆拼、整理

10.说明激光管损坏的更换方法和注意事项及调整激光管功率的原则与方

法。

拆卸激光管时，要快速焊开激光管的三个引脚，时间不要超过3秒。在装上新激光管之前

应对其进行检测，确认正常后再进行焊接，焊接时应将激光管的公共引脚与电缆塑料基带上的

小横条标志对准，快速焊接装上即可。装上新激光管后，有时不能正常工作，原因是激光管的

位置发生变化，使激光束的着光点位置发生了偏移，此时需要对衍射光栅和柱面透镜进行调

节。

方法是把60W的白炽灯放在光电接收器的一侧照射其基片，在激光发射管的引脚加上

2V直流电压，再用单孔放大镜观察反射镜中的三个激光束着光点的位置，同时调节衍射光栅的

凸面，使着光点正好落在光电检测器三个正方形黑斑的中心位置并呈一条直线即可。

如按上述方法调节后还不能正常工作，说明激光头未工作在最佳状态。此时应重放CD

光盘，用示波器测RF信号波形，同时调节激光头上的调整螺钉和光强电位器，使RF波形最清

晰即可。

激光管的代换：更换激光二极管时一般选用同型号进行更换，也可选用技术参数较为

接近的进行代换。

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更换激光管时注意区分激光管的类型，在平头激光管中，因其激光发射二极管和检测二极

管的结构形式不同，又分为M型、P型、N型三大类，更换激光管最好使用同类型的激光管。

在更换激光二极管时还必须注意管子的封装形式，其中选择管子的阈值电流和调整管

子的额定电流是管子选择和调整的主要依据。一般更换管子后，在开机前调整电位器将激

光二极管的输出功率调至最小。然后开机，用示波器测试RF放大器的输出端口，慢慢调整

电位器，一般CD唱机的典型值为0.9V～1.5V(峰－峰值)。在无示波器时，也可以用数字

万用表检测激光二极管供电回路中负载电阻上的压降，进行额定电流的估算，一般激光二

极管的额定电流在70mA～100mA之间。如果当电流大于150mA时，就有可能烧坏管子。

唱机无聚集动作，请分析故障原因并说明故障排除方法。

聚焦伺服机构的作用是使物镜做上、下移动，以使激光束正确聚焦在唱片的信号面上。

聚焦线圈直接绕制在物镜的塑料骨架外面，把聚焦线圈放置于永久磁铁的磁极中间，

其工作原理类似于电磁扬声器。当聚焦线圈中流过电流，产生的磁场与永久磁铁的磁极相

互产生作用力，使聚焦线圈带着物镜作上下移动，进行聚焦，保证激光束焦点落在碟片面

上。

聚焦线圈的引出线使用两条有弹性的悬置引线，一般用磷铜片做成。此引线既有弹性

又能导电，使聚焦线圈能上下移动固定在磁极中间。

聚焦线圈因绕制在物镜骨架上能上下自由移动，所以若用手指轻按物镜边框，物镜应

能上下自如运动，不能有碰卡感觉。

如果激光管的激光束工作正常，但激光管没有聚焦动作，可用一金属螺丝刀碰触聚焦、

伺服集成电路CXA1802的3脚，给其一个触发信号，去改变一下聚焦伺服的高频增益，此时

若激光管出现上下的三次聚焦动作，说明在CXA1082以后的电路工作均正常。如果通过这项

检查激光管的聚焦动作仍然不正常，则需要检查聚焦驱动管的工作电压是否正常；有关元

件是否存在开路的故障；激光拾音器板与主板上的连接接插件是否接触不良等等。如果以

上两项检查后激光管的动作均正常，说明激光管的聚焦驱动电路及聚焦线圈均工作正常。

一般CXA1081的{28}脚在CD唱机的激光管作聚焦动作时电压为4.55V左右，当聚焦动作结束

后，其电压下降至0.1V左右，如若CXA1081无此电压，就有可能是CXA1081内部存在问题了。

若经过以上一些步骤的检查，电路及元器件均正常，可再进一步检查聚焦增益是否存在失

调而使聚焦增益过低的现象(聚焦调整电位器性能不良)。

12.表明CD唱机性能指标的参数有那些?

CD唱机的技术性能和数据见表5-1。

(1)音响性能

声道数目：2

频率范围：20Hz～20kHz

动态范围：＞90dB

表5-1 CD唱片唱机的技术性能和数据

(4)纠错能力

最大突发纠错长度：4000bit(≈2.5mm)

最大突发补正长度：14000bit(≈8.4mm)

(5)CD唱片

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信噪比：＞90dB

声道分离度：＞90dB

谐波失真：＜0.005%

抖晃率：由晶振精度确定

(2)信号格式

取样频率：44.1kHx

量化比特数：16bit线性/声道

二进制数形式：补码

纠错编码方式：CIRC

调制方式：EFM(8-14调制)

比特率：4.3218Mbit/s

(3)帧格式

同步信号符号：1个，24+3信道比特

控制与显示符号：1个，14+3信道比特

直径：120mm

厚度：1.2mm

中心孔直径：15mm

节目区开始直径：50mm

节目区最大直径：116mm

旋转方向：反时针方向

扫描速度：1.2～1.4m/s

转速：500～200r/min

放唱时间：60min，立体声

轨迹间距：1.6μm

材料：透明塑料+铝反射层+漆保护层

(6)激光拾音器

铝镓砷激光波长：0.78μm

数值孔径：0.45

音频数据符号：12个，2组，2×12×(14+3)信道比特 聚焦深度：约2μm

奇偶校验符号：4个，2组，2×4×(14+3)信道比特 唱片表面处光束直径：约1.0μm

每帧信道比特率：588信道比特

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