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的消側音電路，分別討論了加法和減法電路實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。為直觀認識每種電路的特點，估算了接收方獲得信號和發送方輸出信號的比值(電壓比)，每種電路均經TINA-TI軟件仿真和實際電路驗證，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、無線對講等場合。最后，分享了一些設計和制作消側音電路的經驗。
關鍵詞：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、車站售票窗口等場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。實際應
用中，為了節約線材和安裝方便，音頻收發信號往往合用一條傳輸線。這時，發送信號也作用于自身的接收電路，如果不加處理，己方的喇叭就會播放出自己的聲音，這個聲音一旦大到一定程度，通話效果將大受影響。在使用對講系統通話時，講話者如果從己方受話器中聽到很響的自己的聲音，這種聲音通常成為側音。
在模擬音頻收發信號共用一個信道的對講系統中，為減小側音對通話效果的影響，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送信號按一定比例出現在傳輸線上，另一方面讓本方音頻接收電路獲得的信號足夠小，不至于說話者從己方喇叭聽到自己的聲音。同時，接收方的消側音電路讓傳輸線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。變量器法曾經在號盤式電話機中廣泛應用，現今已被淘汰。電橋平衡法在按鍵電話機中普遍應用，相位抵消法在無線對講機和樓宇對講系統中比較常見。相位抵消法有多種電路形式，可以發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特殊形式將另文探討。

1 用加法實現消側音
1．1 原理
在圖1所示的串聯分壓電路中，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，v1=-v2。
由式(1)可見，欲使vo=0，v1，v2須滿足2個條件：
(1)每個頻率分量的相位相反；
(2)每個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，以虛線分割。甲方R10，R11之和遠大于R6，故R10，R11組成的支路可視為開路。同理，乙方R21，R22組成的支路也可視為開路。對于U1輸出的交流信號而言，傳輸線兩端的隔直電容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組成了簡單的串聯關系。忽略傳輸線的損耗，假設U1輸出為1，經R6后降為0．5。再假設U2的放大倍數為-A(圖中U2的實際放大倍數為正值，但相對于U1來說是負值)，根據式(1)，0．5R11=A×R10。由甲乙方電路的對稱性，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，射隨器可視為開路，故射隨器輸入端獲得的電壓為：

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