音调控制电路设计实验指导书2013版.pdf

实验四 音调控制电路设计 设计一音调控制电路，其中，中频 1kHz，低音转折频率 100Hz 处有±12dB 的增益调节，高音转折频率 10kHz 处有±12dB 的增益调节 1.1 实验目的 （1）了解滤波器概念； （2）掌握音调控制电路的设计及测试方法； 1.2 实验仪器及器件 （1）双踪示波器； （2）直流稳压电源； （3）函数信号发生器； （4）数字电路实验箱或实验电路板； （5）数字万用表； （6）uA741 集成电路芯片 1 片、47k 3 个、13k 1 个、470k 电位器 2 个、电解电容 10u 2 个、瓷片电容 0.01u 2 个，470pF 1 个、 1.3 预习要求 （1）熟悉集成电路芯片 uA741 的引脚图及功能； （2）熟悉音调控制电路的三种类型； （3）掌握音调控制电路相关参数的计算 1.4 实验原理 1.4.1 音调控制电路简介 音调控制电路大致可分为三大类： （1）衰减式音调控制电路， （2） （晶体管、运放）负反馈音调控制电路； （3）衰减-负反馈混合式音调控制电路电路一般使用高音、低音两个调节电位器；但在少数普及型机中，也有用一个电位器兼作高低音音调控制电路的。

这里说的提升和衰减，仍然相对于中音频而言所谓提升，就是比中音频的衰减要小一些所谓衰减，就是比中音频的衰减还要大一些一个良好的音调控制电路，要有足够的高、低音调节范围，但又同时要求高、低音从最强到最弱的整个调节过程里，中音信号不发生明显的幅度变化，以保证音质大致不变 音调控制器主要是控制、调节音响放大器的幅频特性使声音变得更好听一些图 4-1 是音调控制器的幅频特性曲线， 其中fL1表示低音频转折频率， 一般为几十赫兹， fL2 (等于 10 fL1)表示低音频区的中音频转折频率，fH1表示高音频区的中音频转折频率，fH2 (等于 10 fH1)表示高音频转折频率，一般为几十千赫兹 以f0=1kHz为音响的中音频率，设其增益为 0dB；fL1低音转折频率（截止频率） ，其增益为±17 dB；fL2低音频区中音转折频率，其增益为±3 dB；fH1高音频区中音转折频率，其增益为±3 dB；fH2高音转折频率（截止频率） ，其增益为±17 dB 1可见音调控制器只对低音频与高音频的增益进行提升与衰减，中音频的增益保持 0dB 不变因此，音调控制器的电路可由低通滤波器与高通滤波器构成 图 4-1 音调控制器的幅频特性曲线 1.4.2 负反馈音调控制电路 典型负反馈音调控制电路如图 4-2 所示。

设电容C1=C2>>C3，在中、低音频区，C3可视为开路，在中、高音频区，C1、C2可视为短路下面对图 4-2 所示电路进行分析 vi R1 RP1R2C1C2R4C3R3RP2C5 vo＋＋－＋C4 ＋＋ 图 4-2 典型负反馈音调控制电路 （1）当当0ff时，C1、C2可视为短路，作为高通滤波器，音调控制器的高频等效电路如图4-5 所示将C1、C2视为短路，R4与R1、R2组成星形连接，将其转换成三角形连接后的电路如图 4-6 所示 vi C3 R3 R1 R2 R4vo－－ ＋＋ RP2 viC3R3RaRbvo －＋－＋RP2Rc 图4-5 音调控制器高频等效电路图4-6 图4-5的等效电路其中， （4-9） (24141a/RRRRRR++=) ) )（4-10） (RRRRRR/2424b++=(41221c/ RRRRRR++= （4-11） 3若取==，则1R2R4R12333abc3RRRRRR===== RP2的滑臂在最左端时，对应于高频提升最大的情况 ,等效电路见图 4-7。

RP2的滑臂在最右 端时，对应于高频衰减最大的情况，等效电路见图 4-8 vi C3 R3 Ra Rb －－ ＋＋ vovoRb－＋－＋viRaR3C3图4-7高频提升 图4-8 高频衰减图 4-7 所示电路为一阶有源高通滤波器，其增益函数的表达式为： () ()43abio /j1/j1)j (ωωωωω++⋅−==RR VVA???（4-12） 式中，()[]()[] π2/1 /133aH133a3CRRfCRR+=+=或ω （4-13） ()()33H233421 /1CRfCRπω==或 （4-14） ①当1Hff时，Ｃ3视为短路，此时电压增益 3()/VHaARR3R=+ （4-17） 同理可以得出 4-8 所示电路的相应表达式，其增益相对于中频增益为衰减量 在实际应用中，通常先提出对低频区LXf处和高频区HXf处的提升量或衰减量 x(dB)，再根据下式求转折频率2Lf (或1Lf)和1Hf (或2Hf),即 6 LL22xxff⋅= （4-18） 6 HH12xxff= （4-19） 1.5 基础实验内容及要求 1.5.1 实验电路参数确定 已知，，100HzLXf=10kHzHXf=12dBx =，由式(4-18)、(4-19)得到转折频率2Lf及1Hf； 计算过程为：6 L2L2400Hzx xff=⋅=， 12/1040HzLLff== ； 6 H1H22.5kHzx xff== ， 211025kHzHHff== ； 由式（4-4）得()121VL/RRRPA+=≥20dB。

4其中，、、一般取几千欧姆至几千欧姆现取=470kΩ，==47kΩ， 1RP2R1R1RP2R1R ()()dB8 .2011121VL=+=RRRPA， 由（4-2）得uFfRPC0.00821L112==π， 取标称值0.01μF，即1CC2==0.01μF 由式（4-9） （4-10） （4-11）得： 4R===47k则 =3=141kΩ ， 1R2RaR4R3R=/10=14.1kΩ ，取标称值13kΩ aR由式（4-14）得 pF490π21H233==fRC，取标称值470pF 取==470kΩ，=10kΩ，级间耦合与隔直电容=10μF经过参数计算得到满足设计要求的电路图如图4-9所示 1RP2RP33RP4CC=5图4-9音调控制电路图 1.5.2 音调控制电路幅频特性的测试 音调特性测试方法音调特性测试方法 1—测频法：测频法：输入幅度Uim恒定的正弦波信号，改变输入信号的频率f（通过调节信号发生器输出频率）来观测其输出幅度Uom (f)，当Uom (f)达到预定幅值时，此时信号发生器输出的频率读数值即为给定增益处的频率f 音调特性测试方法音调特性测试方法 2—测幅法：测幅法：输入信号Uim幅值的正弦波信号，调节输入信号的频率f（通过调节信号发生器输出频率）至给定的频率，测量出的输出幅度Uom即为给定频率处的Uom (f)。

本次音调特性测量采用测幅法 预习要求： （预习要求： （1）计算理论值）计算理论值fL1、fLx、fL2、f0, fH1、fHx、fH2，并填入表格4-1中； （（2）理论计算：当输入信号）理论计算：当输入信号Uim=100mV时，计算出在时，计算出在±17dB、、±12dB、、±3dB时输出信号幅值时输出信号幅值Uom，将该值分别填入表格，将该值分别填入表格 4-1 中 测试内容及步骤如下测试内容及步骤如下： （1）按图4-9连接电路，注意正负电源、地的正确连接使使RP1、、RP2可调电阻器滑臂可调电阻器滑臂5均置中间位置均置中间位置 （2）中频音调特性测量中频音调特性测量：将f=100Hz，Uim=100mV的正弦波信号加入至音调控制器的输入端，将输出信号uo的幅值Uom测量值填入表格4-1的f0列中 （3）低频音调特性测量低频音调特性测量：将高音电位器将高音电位器RP2滑臂居中滑臂居中，将低音电位器RP1滑臂置于最左端(A端)，保持Uim=100mV，调节信号频率f分别为fL1、fLx、fL2，测量其相应的低音提升输出幅值Uom，结果填入表4-1的fL1、fLx、fL2三列中；将低音电位器RP1滑臂置于最右端（B端） ，重复上述测量过程，测量其相应的低音衰减输出幅值Uom，测量填入表4-1中。

（4）高频音调特性测量高频音调特性测量：将低音电位器将低音电位器RP1滑臂居中滑臂居中，将低音电位器RP2的滑臂分别置于最左端（C端）和最右端（D端） ，保持Uim=100mV，测量方法同（测量方法同（3）） ，依次测量输入信号频率为fH1、fHx、fH2时的输出幅值Uom，测量结果分别填入表4-1中 表4-1音调控制特性测量数据表（=100mv） imU测量频率点 fL1fLxfL2f0fH1fHxfH2理论值 音调电位器 低音调向输入端A端 中端 高音调向输出端D端 实测Uom（f） 实测Au（f）/dB 理论Uom（f） 100mv 低频 提升 高频 衰减 Au（f）/dB 17 12 3 0 -3 -12 -17 音调电位器 低音调向输出端B端 中端 高音调向输入端C端 实测Uom（f） 实测Au（f）/dB 理论Uom（f） 100mv 低频 衰减 高频 提升 Au（f）/dB -17 -12 -3 0 3 12 17 注：电压增益Au(dB)=20log(Uom/Uim) 实验报告要求： (1)依据表4-1的测量数据Uom（f） ，由Uom/Uim计算相应频率的Au(f) (dB)，并且填入表中。

(2)依据表4-1的测量数据，绘制出音调控制特性曲线Au(dB)～f (3)分析实测音调曲线与理论音调曲线的差异，说明原因 1.6 思考题 1）音调调节电路的实质是什么？ 2）测试中音增益时，调节低音、高音电位器时是否有变化？为什么？ 3）测试低音区音调曲线时，应该调节那个电位器？如何调节使增益提升？ 4）测试高音区音调曲线时，应该调节那个电位器？如何调节使增益衰减？ 6。