專利名稱：無線音箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種與電視機(jī)等視聽產(chǎn)品構(gòu)成無線連接的大功率無線音箱，特別是一種紅外無線音箱。
背景技術(shù)：
目前市場上銷售的家用電視機(jī)伴音輸出功率都不大，一般機(jī)內(nèi)喇叭的輸出功率都在10瓦左右。隨著人們文化素質(zhì)的不斷提高，人們對電視機(jī)伴音的要求也相對提高。電視機(jī)在不斷提高伴音質(zhì)量的同時，必將要求伴音輸出功率成倍的提高，但電視機(jī)中的音箱一般很小，輸出功率有限，并且當(dāng)聲音功率過大時，電視機(jī)會產(chǎn)生機(jī)械震動，引發(fā)出其它機(jī)械震動聲。另外，電視機(jī)中的開關(guān)電源儲備功率也很小，當(dāng)伴音輸出功率過大時，還會使圖像出現(xiàn)閃爍。
在現(xiàn)有的專利技術(shù)中，也出現(xiàn)了一些無線音箱，如中國專利局于1997年3月26號公告的第95246215號實(shí)用新型專利，其專利名稱為“紅外無線音箱”，該實(shí)用新型是采用紅外副載波進(jìn)行音頻信號傳輸，在揚(yáng)聲器的前置部分裝上一紅外接收器，從主機(jī)的紅外發(fā)射器發(fā)出的紅外調(diào)制信號解調(diào)出音頻信號，推動揚(yáng)聲器發(fā)聲。該紅外無線音箱可根據(jù)紅外發(fā)射器發(fā)射信號調(diào)制頻率的不同，做成調(diào)諧頻率不同的音箱接收各種不同系統(tǒng)的音頻信號。但是該專利技術(shù)存在有如下不足該音箱對接收的信號需要進(jìn)行解調(diào)過程，不能直接進(jìn)行放大，因此功率放大器需要增加一個負(fù)反饋電路，故存在非線性失真和瞬態(tài)失真，以及飽和失真。且其工作效率低，輸出功率低。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的視聽產(chǎn)品的音箱存在失真大、輸出功率小的不足，而提供一種與這些視聽產(chǎn)品無線連接的大功率無線音箱。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為提供一種與視聽產(chǎn)品無線連接的無線音箱，該視聽產(chǎn)品的音頻信號首先經(jīng)過音頻放大電路放大，然后進(jìn)行脈寬調(diào)制電路，由發(fā)光二極管輸出紅外信號，在該無線音箱上設(shè)有一個紅外信號接收電路，該紅外信號接收電路的后端依次連接有限幅放大電路及功率放大電路，該功率放大電路驅(qū)動該無線音箱的喇叭發(fā)音。
在所述音頻放大電路及紅外輸出電路之間還設(shè)有一信號檢測電路及一輸出控制電路。
脈寬調(diào)制電路為一雙邊脈寬調(diào)制電路。
在所述的功率放大電路的后端還設(shè)有至少一個用于防止大信號時電路出現(xiàn)堵塞的二極管。
在所述的功率放大電路中進(jìn)一步設(shè)有一個濾波電路。
所述的功率放大電路為一個具雙電源的橋式放大電路。
所述功率放大器采用開關(guān)電源進(jìn)行供電，通過調(diào)節(jié)開關(guān)電源輸出電壓來改變紅外音箱的輸出功率。
在所述無線音箱上進(jìn)一步設(shè)有一個用于調(diào)節(jié)開關(guān)電源的開關(guān)管導(dǎo)通或截止的占空比的音量調(diào)節(jié)旋鈕或控制按鍵。
進(jìn)一步設(shè)有一個用于調(diào)節(jié)開關(guān)電源輸出電壓的遙控器，在該遙控器中安裝有一編碼器，而在所述開關(guān)電源中設(shè)有一與之對應(yīng)的譯碼器。
所述的調(diào)制脈沖頻率至少為音頻信號頻率的3倍。
本發(fā)明的有益效果在于由于無線音箱與電視機(jī)之間的聯(lián)系，只是伴音信號通過紅外線傳輸，它們之間基本是完全獨(dú)立的，因此音箱的功率可以作得很大。
由于音頻信號通過脈寬調(diào)制來傳輸，接收信號不需要進(jìn)行解調(diào)，可以直接進(jìn)行放大，因此功率放大器不需要負(fù)反饋電路，完全克服了普通功率放大器的非線性失真和瞬態(tài)失真，以及飽和失真。并且功率放大電路完全工作于開關(guān)放大狀態(tài)(丁類放大)，工作效率高(大于90％)，輸出功率很大。
由于對紅外線音箱功率放大器供電，其可以很容易地改變功率放大器工作電壓，并借此改變輸出功率，從而對音箱的音量進(jìn)行控制。
另外，由于無線音箱中流過喇叭的電流是超音頻脈沖波，喇叭的振幅只是跟隨電流脈沖波的平均值曲線作改變，因此喇叭的靈敏度非常高。


圖1是本發(fā)明無線音箱工作環(huán)境的示意框圖。
圖2是與本發(fā)明無線音箱配合使用的視聽產(chǎn)品部分的電路原理圖。
圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例中無線音箱中的電路原理圖。
圖4是本發(fā)明中輸入音頻、脈寬調(diào)制后信號及喇叭電流的波形示意圖。
圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例中無線音箱中的電路原理圖。
圖6是本發(fā)明第三實(shí)施例中無線音箱中的電路原理圖。
圖7是本發(fā)明中最高音頻信號時的脈寬調(diào)制波形及喇叭電流的波形示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是本發(fā)明無線音箱工作環(huán)境的示意框圖。本發(fā)明無線音箱需要配合電視機(jī)等視聽產(chǎn)品使用，在圖1中示出兩大部分，左邊示出了設(shè)在電視機(jī)中的電路部分，這部分包括有音頻信號調(diào)制和紅外信號發(fā)送電路，電視機(jī)音頻信號首先經(jīng)過音頻放大，然后進(jìn)行脈寬調(diào)制，由發(fā)光二極管輸出紅外線光，光的亮度在發(fā)光二極管導(dǎo)通的期間基本不變，但其點(diǎn)亮的時間隨著信號的變化而變化。右邊示出了安裝在無線音箱中的電路部分，其包括紅外信號接收電路和限幅放大電路，及功率放大電路和輸出部分(喇叭)。無線音箱是通過紅外信號等無線信號與該電視機(jī)進(jìn)行聯(lián)系的。
另外在電視機(jī)中還設(shè)有一輸出信號控制電路，其主要作用是當(dāng)有音頻信號輸入時，紅外線發(fā)送電路才開始工作；沒有音頻信號輸入時，紅外線發(fā)送電路不工作，它相當(dāng)于無線音箱的工作開關(guān)。如果沒有這個開關(guān)，當(dāng)沒有音頻信號輸入時，功率放大還是要對輸入信號進(jìn)行放大，不過被放大的是一個占空比約等于0.5的等幅高頻信號，喇叭雖然發(fā)聲，但仍要損耗功率。
圖2是安裝在電視機(jī)部分的電路原理圖。而其中的紅外發(fā)光二極管一般安裝在電視機(jī)殼的頂部。三極管V4和三極管V5是多諧振蕩器電路的主要組成器件，改變?nèi)龢O管V4和三極管V5的靜態(tài)工作點(diǎn)就可以改變多諧振蕩器的工作頻率，即要改變輸出方波的寬度或占空比。三極管V2和三極管V3是調(diào)控三極管V4和三極管V5靜態(tài)工作點(diǎn)的器件，如果三極管V2和三極管V3同時導(dǎo)通或截止，就會使三極管V4和三極管V5的工作頻率提高或降低。但這里的三極管V2和三極管V3并不是同時導(dǎo)通或截止，而是互相朝著相反的方向改變。
因此三極管V4和三極管V5導(dǎo)通或截止的寬度也是互相朝著相反的方向改變，即多諧振蕩器的工作頻率或周期不變，只是占空比不斷地改變。我們把圖2這種脈寬調(diào)制電路稱為雙邊脈寬調(diào)制電路。這種雙邊脈寬調(diào)制電路比一般的單邊脈寬調(diào)制電路或既調(diào)寬又調(diào)頻電路具有更大的脈寬調(diào)變范圍，即調(diào)制度更大。
二極管D1、D2的作用也是為了提高脈寬調(diào)制度。如果沒有D2(D1)，三極管V5(三極管V4)由導(dǎo)通變?yōu)榻刂沟臅r候，由于電容C6(C5)需要通過電阻R17(R12)充電，三極管V5(三極管V4)集電極輸出波形的上升時間會變得很長，這樣會降低輸出波形的幅度和工作頻率。接入二極管D2(D1)之后就可以使三極管V5(三極管V4)集電極與C6(C5)的充電回路進(jìn)行隔離，從而可以減少輸出波形的上升時間和提高工作頻率及脈寬調(diào)制度。
三極管V6是紅外信號輸出驅(qū)動電路，PD1、PD2是紅外發(fā)光二極管。用兩個(或多個)紅外發(fā)光二極管的目的是減少紅外接收的方向性。三極管V1是信號分相電路，把輸入信號分成兩路，之間相差180度。三極管V9、三極管V8、三極管V7是信號檢測和控制電路，當(dāng)沒有輸入信號時三極管V7導(dǎo)通，三極管V6截止且紅外發(fā)光二極管PD1、PD2不工作。
圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例中無線音箱中的電路原理圖。PD1為紅外線接收二極管，三極管V1、V2、V3、V4組成脈沖信號放大電路，三極管V5、V6、V7、V8組成輸出功率放大電路。由于不用考慮信號幅度飽和失真，所以電路中沒有自動增益控制，但需要考慮大信號時電路會產(chǎn)生信號堵塞，因此D1、D2的作用就是為了防止大信號時電路出現(xiàn)堵塞。
如果沒有D2，當(dāng)大信號時三極管V3完全截止，三極管V3輸出信號的正半周(寬脈沖)，電源通過R11、和三極管V4基極對電容C7充電，C7兩端會產(chǎn)生積累電荷；到三極管V3輸出信號負(fù)半周的時候，C7兩端的積累電荷開始通過另一回路放電，但由于三極管V4的B-E結(jié)為反向不導(dǎo)電，使得C7放電回路的時間常數(shù)遠(yuǎn)大于充電回路的時間常數(shù)，這樣經(jīng)過幾個脈沖信號周期以后，C7積累電荷將越來越多，最后將無法使信號通過，即產(chǎn)生堵塞。D2接入后，給C7提供一個快速放電回路，完全避免了大信號堵塞的現(xiàn)象。
D1的工作原理完全相同。三極管V1和三極管V2放大的信號幅度一般都很小，所以不需要考慮信號堵塞的問題。
D3、C9是自舉電路，當(dāng)三極管V5、三極管V6導(dǎo)通時把R15兩端電壓提高，給三極管V5、三極管V6提供足夠的基極電流，讓三極管V5、三極管V6能深度飽和導(dǎo)通，從而提高功率放大器的工作效率，和輸出功率。
當(dāng)三極管V5、三極管V6輪流導(dǎo)通和截止時，加到喇叭兩端的電壓是一個幅度基本相等，但寬度不同的正負(fù)方波。如果把喇叭等效成一個電感L，流過電感的電流就是一個個互相迭加的小鋸齒波，其表達(dá)式為i=∫eLdt+I(0)---(1)]]>即i=eLt+I0---(2)]]>
式中e＝E(t)，即e為t的函數(shù)，幅值E不變，但符號來回變化，幅值就是輸出方波的幅值，在圖3中E的最大值約等于電源電壓的二分之一(小于1/2)，I0是上一個方波結(jié)束時流過電感的電流，(2)式中前一項(xiàng)是鋸齒波，E為正時表示上升，E為負(fù)時表示下降，方波越寬I0就越大。
如果以t0時刻I0等于0開始計(jì)算ti時刻的電流，則上面(2)式可變?yōu)閕=eLτ1+eLτ2+...+eLτi---(3)]]>式中τ為脈寬，τ1＝t1-t0，τ2＝t2-t1，后面依次類推。從(3)式可以看出，如果τi為奇數(shù)時e的幅度為正值，τi為偶數(shù)時e的幅度為負(fù)值，且如果τ(奇數(shù))大于τ(偶數(shù))，則流過電感(喇叭)的電流平均值是在上升(平均值為前后兩項(xiàng)電流值之和的二分之一)；如果τ(奇數(shù))小于τ(偶數(shù))，則流過電感(喇叭)的電流平均值是在下降。這就說明流過喇叭電流的平均值與音頻的輸入波形基本一致，只是落后一個相位角。流過喇叭的電流波形見圖4中所示。
但實(shí)際上喇叭并不是一個純電感，喇叭在產(chǎn)生振動的同時也會產(chǎn)生機(jī)械阻尼運(yùn)動，這相當(dāng)于電感量也在不斷變化(受磁場強(qiáng)度調(diào)制)，同時它還有電阻，因此喇叭可等效為一個電感與一個電容(電容的特性與電感相反)并聯(lián)及和一個電阻串聯(lián)。由于喇叭有電阻，加到電感兩端的電壓要降低(等于輸出電壓減去電阻壓降)，因此流過電感的電流實(shí)際上不是按線性變化電流，而是按指數(shù)變化的電流。所以，流過喇叭的電流實(shí)際上與圖4中所示的有一些差別，但它們的包絡(luò)形狀基本相同。
為了使加到喇叭上的電壓包絡(luò)基本和音頻輸入波形相同，也可以在圖3的功率放大電路中加入濾波電路。由于脈寬電壓波形的平均值變化曲線正好與音頻輸入波形相同，因此只需把輸出波形的平均值取出即可得到音頻信號，但這樣喇叭的發(fā)音靈敏度會降低很多。帶有濾波輸出的功率放大電路如圖5所示，圖中電感L1和電容C9是濾波電路關(guān)鍵器件，正確選擇它們的參數(shù)就可以輸出一個與音頻輸入基本一致的電壓波形。
由于圖3、圖5中功率放大電路電源電壓的利用率很低，只有電源電壓的二分之一，所以輸出功率一般不大，輸出功率大約只有20瓦左右。為了提高輸出功率，可以選用圖6所示的雙電源電路。圖6所示電路是一個橋式放大電路，理論上其輸出功率可達(dá)圖3、圖5的16倍，這種功率放大電路可用于公共場所。
在本發(fā)明中，脈沖頻率的選擇和無線音箱的音量控制通過如下的方法來實(shí)現(xiàn)1、對于脈沖頻率的選擇從圖2的紅外音箱脈寬調(diào)制電路可知，不管脈寬怎樣變化，但脈沖信號的周期是不變的，即頻率不變。從圖4可以看出，調(diào)制電路的脈沖頻率越高，輸出信號的包絡(luò)失真就越小。另外，調(diào)制占空比的余量越大，輸出信號的包絡(luò)的幅度失真就越小，當(dāng)輸入信號的幅度為最大時，調(diào)制占空比也應(yīng)該為最大，此時圖3中的三極管V4和三極管V5一個接近飽和(但不能完全飽和)，另一個接近截止(但不能完全截止)。調(diào)制占空比的最大值，受多諧振蕩器的最窄脈寬(約1微秒)和最寬脈寬限制，最寬脈寬又受音頻信號的最高頻率限制，見圖7。
圖7是最高音頻信號時的脈寬調(diào)制波形，由圖7可以看出脈沖頻率必須是音頻信號頻率的3倍以上才不會產(chǎn)生失真。因?yàn)楝F(xiàn)在一般電視機(jī)中音頻信號的最高頻率為10KHz，因此，調(diào)制電路的最低脈沖頻率為30KHz，即周期為33微妙。如取最窄脈寬為3微妙，則調(diào)制度(最高輸出電壓與最低電壓之比)正好為10倍，相當(dāng)于20分貝(db)。
故，在本實(shí)施例中，紅外音箱的主要指標(biāo)為音頻最高頻率為10KHz；峰值功率比大于20分貝(db)；調(diào)制脈沖頻率大于30KHz；最窄脈寬小于3微秒。
2、對于紅外音箱的音量控制紅外音箱一般不另設(shè)音量控制功能，當(dāng)需要進(jìn)行音量控制時，可用電視機(jī)遙控器的音量控制鍵來改變電視機(jī)中音頻信號的輸入幅度，即改變脈寬調(diào)制度。同時可以通過改變紅外音箱功率放大器的工作電壓來實(shí)現(xiàn)音量控制。
紅外音箱功率放大器一般都用開關(guān)電源來供電，一方面開關(guān)電源輸出電壓容易調(diào)節(jié)，另一方面開關(guān)電源的工作頻率一般都很高，即使輸出電壓有紋波，其產(chǎn)生的調(diào)制噪音人耳也聽不到。如選用50周整流電源，會產(chǎn)生100Hz的交流調(diào)制聲。
在特別情況下，紅外音箱也可以設(shè)置音量調(diào)節(jié)旋鈕或控制按鍵，調(diào)節(jié)音量的方法也是通過改變開關(guān)電源開關(guān)管導(dǎo)通或截止的占空比。為此，本發(fā)明可以采用一種輸出電壓調(diào)節(jié)范圍較大的開關(guān)電源來對紅外音箱的功率放大器來供電。調(diào)節(jié)開關(guān)電源電壓輸出也可以用紅外遙控的方法來實(shí)現(xiàn)，需要在紅外遙控器中安裝有MCU編碼器，在開關(guān)電源中安裝有MPU譯碼器，同時，在另外的實(shí)施例中，該用于遙控開關(guān)電源的遙控器和遙控電視機(jī)的遙控器也可以共用同一個遙控器。
本發(fā)明無線音箱裝置可與諸如DVD、PC等其他視聽產(chǎn)品配合使用，同理需要在這些視聽產(chǎn)品中設(shè)置如圖1的左邊部分的電路。在本發(fā)明中，由于無線音箱與電視機(jī)之間的聯(lián)系，只是伴音信號通過紅外線傳輸，它們之間基本是完全獨(dú)立的，因此音箱的功率可以作得很大。
本發(fā)明的無線音箱的另一個特點(diǎn)是，音頻信號通過脈寬調(diào)制來傳輸，接收信號不需要進(jìn)行解調(diào)，可以直接進(jìn)行放大，因此功率放大器不需要負(fù)反饋電路，完全克服了普通功率放大器的非線性失真和瞬態(tài)失真，以及飽和失真。并且功率放大電路完全工作在開關(guān)放大狀態(tài)(丁類放大)，工作效率非常高(大于90％)，輸出功率很大。
由于紅外線音箱的功率放大器不存在飽和失真，所以功率放大器的工作電壓可高可低，改變功率放大器工作電壓就可以改變輸出功率。通過改變功率放大器的工作電壓就可以對音箱進(jìn)行音量控制。
另外，由于無線音箱中流過喇叭的電流是超音頻脈沖波，喇叭的振幅只是跟隨電流脈沖波的平均值曲線作改變，因此喇叭的靈敏度非常高。
權(quán)利要求
1.一種與視聽產(chǎn)品無線連接的無線音箱，該視聽產(chǎn)品的音頻信號首先經(jīng)過音頻放大電路放大，然后進(jìn)行脈寬調(diào)制電路，由發(fā)光二極管輸出紅外信號，其特征在于在該無線音箱上設(shè)有一個紅外信號接收電路，該紅外信號接收電路的后端依次連接有限幅放大電路及功率放大電路，該功率放大電路驅(qū)動該無線音箱的喇叭。
2.如權(quán)利要求1所述的無線音箱，其特征在于在所述音頻放大電路及紅外輸出電路之間還設(shè)有一信號檢測電路及一輸出控制電路。
3.如權(quán)利要求2所述的無線音箱，其特征在于脈寬調(diào)制電路為一雙邊脈寬調(diào)制電路。
4.如權(quán)利要求3所述的無線音箱，其特征在于在所述的功率放大電路的后端還設(shè)有至少一個用于防止大信號時電路出現(xiàn)堵塞的二極管。
5.如權(quán)利要求4所述的無線音箱，其特征在于在所述的功率放大電路中進(jìn)一步設(shè)有一個濾波電路。
6.如權(quán)利要求4所述的無線音箱，其特征在于所述的功率放大電路為一個具雙電源的橋式放大電路。
7.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的無線音箱，其特征在于所述功率放大器采用開關(guān)電源進(jìn)行供電，通過調(diào)節(jié)開關(guān)電源輸出電壓來改變紅外音箱的輸出功率。
8.如權(quán)利要求7所述的無線音箱，其特征在于在所述無線音箱上進(jìn)一步設(shè)有一個用于調(diào)節(jié)開關(guān)電源的開關(guān)管導(dǎo)通或截止的占空比的音量調(diào)節(jié)旋鈕或控制按鍵。
9.如權(quán)利要求7所述無線音箱，其特征在于進(jìn)一步設(shè)有一個用于調(diào)節(jié)開關(guān)電源輸出電壓的遙控器，在該遙控器中安裝有一編碼器，而在所述開關(guān)電源中設(shè)有一與之對應(yīng)的譯碼器。
10.如權(quán)利要求7所述的無線音箱，其特征在于所述的調(diào)制脈沖頻率至少為音頻信號頻率的3倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種與視聽產(chǎn)品無線連接的無線音箱，該視聽產(chǎn)品的音頻信號首先經(jīng)過音頻放大電路，然后進(jìn)行脈寬調(diào)制電路，由發(fā)光二極管輸出紅外信號，在該無線音箱上設(shè)有一個紅外信號接收電路，該紅外信號接收電路的后端依次連接有限幅放大電路及功率放大電路，該功率放大電路驅(qū)動該無線音箱的喇叭。本發(fā)明具有功率大、失真小、音量易于調(diào)節(jié)及喇叭的敏感度大的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H03K7/08GK1734931SQ20041005171
公開日2006年2月15日 申請日期2004年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月28日
發(fā)明者陶顯芳 申請人:康佳集團(tuán)股份有限公司