CN1190995C - 信号励磁式电动扬声器系统 - Google Patents
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Abstract
信号励磁式电动扬声器系统属于电声技术领域。解决现有的电动扬声器大功率工作时音圈过热烧毁问题。信号励磁式电动扬声器系统由导磁芯(1)，导磁罩(6)，上夹板(7)，直流励磁线圈(4)，信号励磁线圈(3)等组成的信号励磁式电动扬声器及配套电路图5组成。当音频信号过强，音圈(13)输入电流超负荷时，于配套电路图5限制音圈电流增加，同时于信号励磁电路将音频电流送入信号励磁线圈(3)，增加音圈所在气隙中的磁感应强度，补偿音圈电流的削波失真。本发明也可用在使用磁钢的电动扬声器中。
Description
技术领域
本发明涉及电声技术领域。
背景技术
早期的电动扬声器采用直流励磁方式，给电动扬声器音圈所在气隙提供一个恒定磁场。以后随着永久磁钢的发展，直流励磁线圈被永久磁钢所代替，这些现有的电动扬声器中的音圈电流随着扬声器输入功率的提高而增加，为了提高音圈承受电流能力和散热效率，采用大尺寸音圈和较粗的导线，至使扬声器振动体质量增加，导致扬声器电声性能变劣。另外，为了防止音响功率放大器在瞬间强信号输入时，其输出电压产生削波失真，而选用比音箱功率大若干倍的音频功率放大器，导致音箱中扬声器音圈常被烧毁的后果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是防止扬声器音圈在大功率输入时的过热损坏。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：在由导磁芯，导磁罩，上夹板及直流励磁线圈组成的直流励磁式电动扬声器中，增加一个信号励磁线圈及配套电路，构成信号励磁式电动扬声器系统。当音频信号过强，音圈输入电流超负荷时，配套电路起到限制音圈电流增加作用。同时信号励磁电路被打开，将音频电流送入信号励磁线圈，增加音圈所在气隙中的磁感应强度，补偿音圈电流的削波失真。
本发明中信号励磁式电动扬声器中的直流励磁线圈在配上专用电路后可以与信号励磁线圈合并成同一个励磁线圈。
本发明中信号励磁式电动扬声器也可以由信号励磁线圈，导磁盖，导磁罩，上夹板及信号励磁气隙中音圈独立组成磁回路，产生电动力，使信号励磁功能使用在永久磁钢的电动扬声器中。
本发明中信号励磁式电动扬声器中可以设置多个信号励磁线圈，分别输入信号电流，开发成数字式扬声器。
与现有技术相比，本发明的优点是，使电动扬声器在大功率输入时音圈不会过热损坏，并在设计限定的功率范围内，不会降低扬声器输出声压级或产生削波失真。对于用钕铁硼等强磁材料的扬声器，采用信号励磁方法后，提高了扬声器输入功率，也可开发成音响用的大功率扬声器。另外本发明也可开发成数字扬声器。
附图说明
图1为信号励磁式电动扬声器结构图。
1-导磁芯；2-上橡胶弹性垫片；3-信号励磁线圈；4-直流励磁线圈；5-下橡胶弹性垫片；6-导磁罩；7-上夹板；8-接线架；9-盆架；10-垫边；11-振膜；12-防尘帽；13-音圈；14-支承板；15-励磁线圈接线架；16-励磁线圈引线；17-励磁线圈骨架。
图2为导磁芯(1)结构图。
图3为迭片式上夹板(7)结构图。
图4为和单只励磁线圈的信号励磁式电动扬声器配套的励磁电路结构图。
L-励磁线圈。
图5为和信号励磁式电动扬声器图1配套的电路结构图。
V0-前级音频功率放大器输出信号电压；V11-音圈电路输入信号电压；V12-信号励磁电路输入信号电压；LY-信号励磁式电动扬声器；3-信号励磁线圈；4-直流励磁线圈；T1-音圈信号和励磁信号分配变压器；T2-音频输出变压器；B-电源变压器；VT1-前置放大三极管；VT2-功率放大三极管；VD1、VD2、VD3-稳压二极管；R-电阻。
图6为音频电压波形图。
V0-前级音频功率放大器输出电压波形；t-时间。
图7为信号励磁式电动扬声器(LY)音圈(13)输入电流波形图。
I0-音圈(13)电流；t-时间。
图8为信号励磁式电动扬声器(LY)音圈(13)所在气隙的磁感应强度波形图。
B-磁感应强度；t-时间。
图9为信号励磁式电动扬声器(LY)音圈(13)受电动力大小波形图。
F-电动力；t-时间。
图10为信号励磁在永久磁钢电动扬声器中使用结构图。
18-托架；19-信号励磁气隙中音圈；20-导磁盖；21-导磁片；22-永久磁钢。其中2、3、6、7、9、11、12、13、14、16、17同图1。
具体实施方式
以下结合附图实施例对发明作进一步详细描述。
实施例一：
按图1，图2，图5组成信号励磁式电动扬声器系统。如图1所示，由导磁芯(1)，导磁罩(6)。上夹板(7)，及直流励磁线圈(4)信号励磁线圈(3)组成信号励磁式电动扬声器，同时配上相应的电路图5。其中电源变压器(B)提供音圈信号放大电路和直流励磁能量。前级音频功率放大器输出信号电压(V0)经音圈信号和励磁信号分配变压器(T1)分成两路。其中一路音圈电路输入信号电压(VI1)经前置放大三极管(VT1)和功率放大三极管(VT2)组成的放大电路，再经音频输出变压器(T2)提供信号励磁式电动扬声器(LY)的音圈(13)电流；另一路信号励磁电路输入信号电压(VI2)经信号励磁电路后提供信号励磁式电动扬声器(LY)的信号励磁线圈(3)电流。
当前级音频功率放大器输出信号电压(V0)大小在经常范围，即功率放大三极管(VT2)未饱和时，信号励磁电路输入信号电压(VI2)也较小，稳压二极管(VD1)，(VD2)关闭，则信号励磁线圈(3)中无电流通过，整个信号励磁式电动扬声器系统处于传统的励磁式电动扬声器工作状态。
当前级音频功率放大器输出信号电压(V0)足够大时，功率放大三极管(VT2)饱和，输出给信号励磁式电动扬声器(LY)音圈(13)的电压不再增加，此时，信号励磁电路输入信号电压(VI2)较高，稳压管(VD1)，(VD2)随音频电压正负极性变化，交替一只反向击穿，另一只正向导通。信号励磁电路输入信号电压(VI2)减去稳压管(VD1)或(VD2)的击穿电压的差的电压经过桥式整流及电阻(R)后，电流流入信号励磁线圈(3)，其产生的磁场极性和直流励磁线圈(4)产生的恒定磁场极性相同。两磁场迭加后在信号励磁式电动扬声器(LY)的音圈(13)所在气隙中产生磁感应强度极性不变，大小随前级音频功率放大器输出信号电压(V0)幅度大小而变化的磁场，使通过削波电流的音圈(13)在该磁场中受力振动，音圈(13)受电动力波形和前级音频功率放大器输出信号电压(V0)波形相同。从前级音频功率放大器输出信号电压(V0)波形至振膜(11)受力发声波形分别见图6，图7，图8，图9。从中可见，音频强信号的削波失真从信号励磁中得到补偿，使信号励磁式电动扬声器(LY)放音，在强信号时不会产生削波失真。同时音圈(13)通过的电流较小。
上述工作状态要求稳压管(VD1)，(VD2)的反向击穿电压和音圈电路输入信号电压(VI1)使功率放大三极管(VT2)接近饱和时的信号励磁电路输入信号电压(VI2)相等。上述两电压的配合可通过选择音圈信号和励磁信号分配变压器(T1)的匝数比，不同击穿电压的稳压二极管(VD1)，(VD2)来达到。
另外当前级音频功率放大器输出信号电压(V0)特别强时为防止信号励磁式电动扬声器(LY)的磁回路饱和，如图5所示，用稳压二极管(VD3)和电阻(R)对信号励磁电压限幅，阻止特别大信号励磁电流进入信号励磁线圈(3)，此时信号励磁式电动扬声器(LY)输出声压产生削波失真。
本实施例的磁回路为了克服涡流，获得频率特性平坦的磁导率，导磁芯(1)，上夹板(7)采用磁导率高，电阻率也高的金属粉末磁介质。而导磁罩(6)因其导磁截面积较大，为降低成本，采用高频特性好。但磁导率较低的锰锌铁氧体软磁。其中导磁芯(1)中孔有利音圈(13)散热，侧面开宽约0.2mm槽可减小导磁芯(1)的涡流损耗。
实施例二：
在实施例一的基础上，如图3，图4所示。为降低成本，上夹板(7)采用硅钢片粘接迭合而成。为提高励磁线圈效率，将图5中的直流励磁线圈(4)和信号励磁线圈(3)合并成图4中的一个励磁线圈(L)，并配上图4励磁电路，配套电路的其它部分同图5。本实施例要求功率放大三极管(VT2)开始饱和时，信号励磁电路输入信号电压(VI2)经桥式整流，电阻(R)后到达励磁线圈(L)两端电压略大于直流励磁电压，电路配合设计相对较复杂。另外本形式当信号励磁电压超过直流励磁电压后，直流励磁电源不输出励磁功率，要求信号励磁电源提供比实施例一大的功率，增加了前级音频功率放大器负担。
实施例三：
如图10所示，为信号励磁在永久磁钢电动扬声器中使用的一种方式，本形式信号励磁式电动扬声器配用图5中除去直流励磁部分电路。其工作原理和实施例一类似。其不同点是实施例一中音圈(13)所在气隙的恒定磁场，这里由永久磁钢(22)提供。而信号励磁方式由信号励磁线圈(3)，导磁盖(20)，导磁罩(6)，上夹板(7)单独组成一个磁回路，推动单独设立的信号励磁气隙中音圈(19)来补偿音圈(13)所受电动力的削波失真。其中永久磁钢(22)采用钕铁硼强磁材料。导磁盖(20)除组成永久磁钢(22)组成的磁回路外，同时又作励磁回路的导磁芯，起到如图1中导磁芯(1)的作用，所以导磁盖(20)和上夹板(7)一样应用高频导磁性能好的金属粉末磁介质压制而成。导磁罩(6)仍用锰锌铁氧体制作。另外永久磁钢(22)在音圈(13)所在气隙中产生的磁场方向应和信号励磁线圈(3)在信号励磁气隙中音圈(19)所在气隙中产生的磁场方向一致。如在由永久磁钢(22)组成的磁回路中，导磁片(21)的极性为N极，则在信号励磁的磁回路中，导磁盖(20)的极性也应为N极，这样两个磁场在导磁盖(20)上迭加后的总磁通量较少，导磁盖(20)不易磁饱和。另外，音圈(13)和信号励磁气隙中音圈(19)并联使用，两者的极性也应该一致，以使两音圈所受的电动力方向一致。
Claims (4)
1.由导磁芯，导磁罩，上夹板以及套在导磁芯和导磁罩之间的直流励磁线圈组成的信号励磁式电动扬声器系统，其特征是在直流励磁线圈内，导磁芯外套上信号励磁线圈，并在前级音频功率放大器、信号励磁式电动扬声器及外接电源之间装上配套电路，其中信号励磁式电动扬声器中信号励磁线圈和直流励磁线圈产生的磁场方向相同，配套电路特征是将前级音频功率放大器输出信号电压通过音圈信号和励磁信号分配变压器分成两路，其中一路经前置放大三极管和功率放大三极管组成的当输入信号电压过高时有功率放大三极管饱和限幅作用的放大电路放大后，再经音频输出变压器提供给信号励磁式电动扬声器音圈电流，另一路经当提供给信号励磁式电动扬声器音圈电流的功率放大三极管因前级音频功率放大器输出信号电压过高而产生饱和限幅作用时，由两只稳压二极管和四只整流二极管组成的信号励磁电流输出电路也因输入信号电压过高而导通，给信号励磁式电动扬声器的信号励磁线圈提供信号励磁电流，使于直流励磁线圈，提供一个恒定磁场的音圈所在气隙，迭加上一个磁感应强度极性不变的，大小随前级音频功率放大器的输出信号电压幅度大小而变化的磁场，补偿音圈电流的削波失真，当前级音频功率放大器输出信号电压正常，配套电路中的功率放大三极管未产生饱和限幅作用，信号励磁电流输出电路中两只稳压二极管也未导通，则信号励磁线圈无电流通过，信号励磁式电动扬声器系统不产生信号励磁作用，同时，外接电源通过电源变压器分成两路，一路经二极管桥式整流和滤波后给信号励磁式电动扬声器的直流励磁线圈提供稳定的直流电流，使音圈所在气隙产生一个恒定磁场，另一路经二极管桥式整流和滤波后供给前置放大三极管和功率放大三极管电源。
2.根据权利要求1所述的信号励磁式电动扬声器系统，其特征是去掉单独设立的信号励磁线圈，使在导磁罩内，套在导磁芯外的直流励磁线圈起到直流励磁和信号励磁的双重作用，据此统称该直流励磁线圈为励磁线圈，而在前级音频功率放大器，信号励磁式电动扬声器及外接电源之间的配套电路特征在于，将前级音频功率放大器输出信号电压通过音圈信号和励磁信号分配变压器分成两路，其中提供给信号励磁式电动扬声器音圈电流的一路，经前置放大三极管和功率放大三极管时，因前级音频功率放大器输出信号电压过高而产生功率放大三极管饱和限幅作用时，另一路经四只整流二极管桥式整流后的信号励磁电压也因输入信号电压过高而超过由外接电源通过四只整流二极管桥式整流，滤波后加在励磁线圈上的直流电压，使流过励磁线圈的电流增加，补偿音圈电流的削波失真，当前级音频功率放大器输入信号电压正常，配套电路中的功率放大三极管未产生饱和限幅作用时，信号励磁电流输出电路加在励磁线圈上电压低于外接电源通过直流励磁电流输出电路而加在励磁线圈上的直流电压，此时，励磁线圈上通过直流励磁电流，产生直流励磁作用，信号励磁式电动扬声器系统不产生信号励磁作用。
3.由永久磁钢，导磁片，导磁盖组成磁回路的信号励磁式电动扬声器系统，其特征是在导磁罩内，导磁盖外套上信号励磁线圈，而在永久磁钢，导磁片和导磁盖组成的磁回路外由信号励磁线圈，导磁罩，上夹板和导磁盖一起单独组成信号励磁回路，并在该磁回路中的导磁盖和上夹板组成的信号励磁气隙中，单独设立信号励磁气隙中音圈，由永久磁钢在音圈所在气隙中产生的磁场方向和由信号励磁线圈在信号励磁气隙中产生的磁场方向一致，如永久磁钢组成磁回路的导磁片极性为N，则信号励磁线圈组成磁回路的导磁盖极性也为N，这样两个磁场在导磁盖上迭加后的总磁通量减少，导磁盖不易磁饱和，另外，音圈和信号励磁气隙中音圈并联使用，两音圈的极性一致，使两音圈所受的电动力方向一致，在前级音频功率放大器，信号励磁式电动扬声器及外接电源之间装上配套电路，当前级音频功率放大器输出信号电压经音圈信号和励磁信号分配变压器后，其中一路经前置放大三极管和功率放大三极管，再经音频输出变压器提供给信号励磁式电动扬声器中音圈和信号励磁气隙中音圈电流，此时，当前级音频功率放大器输出信号电压过高时，配套电路中功率放大三极管产生饱和限幅作用时，另一路信号励磁电流输出电路中两只稳压二极管也因输入信号电压过高而导通，再经四只整流二极管整流后，给信号励磁式电动扬声器的信号励磁线圈提供信号励磁电流，使信号励磁气隙中产生磁场方向不变，大小随前级音频功率放大器输出信号电压幅度大小而变化的磁场，进而使信号励磁气隙中音圈产生电动力，补偿音圈所受电动力的削波失真，当前级音频功率放大器输出信号电压正常，配套电路中的功率放大三极管未产生饱和限幅作用，信号励磁电流输出电路中，两只稳压二极管也未导通，则信号励磁线圈中也无电流通过，信号励磁式电动扬声器系统不产生信号励磁作用，另外，外接电源通过电源变压器经整流二极管桥式整流和滤波后供给配套电路中前置放大三极管和功率放大三极管电源。
4.根据权利要求1所述的信号励磁式电动扬声器，其特征是在直流励磁线圈内，从紧贴导磁芯位置开始，依次从内向外套入信号励磁线圈1，信号励磁线圈2，信号励磁线圈3等多只互相独立的信号励磁线圈。
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