音调控制电路的设计报告

1、课程设计报告课程名称： 模拟电子技术 设计题目： 音调控制电路的设计 姓 名： 张 琳 浩 学 号： 系别专业： 电气工程系 班 级： 电气1002班 指导教师： 杨 云 2011年 06月 24日音调控制电路的设计摘要：音调控制电路是利用利用电子线路的频率特性原理，用于适时调整音色，使之符合各种不同听音乐的要求，用来补偿音源的录音缺陷或音箱的频响等，由于其就够和使用方法比较简单，负作用少，因而对一般条件的用户来说使用音调控制器简单可靠，它的用途在音响系统中占有重要的地位。正为了改善音响中的放音音质,在一般中、高档音响中都设有音调控制电路。其实质是对放音通道频响特性实施控制。音调的控制不像音量

2、控制,它只对某一段频率的信号进行提升或衰减,不影响其它频段信号的输出,而音量是对整个音频信号频率范围进行同步控制。关键词：反馈式音调控制电路 负反馈音调控制电路目录第1章 绪 论31.1课题背景31.2 选题的目的31.3 选题的意义31.4 本课题主要研究内容4第2章 音调控制电路分析42.1 音调控制电路的基础知识42.1.1 什么是音调控制42.1.2音调控制电路的分类52.2 电容器的音调控制电路11第3章 整机电路的设计173.1 技术要求173.2整机电路图18第4章 音调控制电路的安装与调试194.1 电路安装与调试技术194.1.1 合理布局、分级装调194.1.2 调试技术1

3、9第5章 课程设计体会20第6章 参考文献21第1章 绪 论1.1课题背景音调控制电路是利用电子线路的频率特性原理，人为地改变信号中高、 低频成分的比重， 适时调整音色，改善音响的放音音质；满足听者的爱好、 渲染某种气氛、 达到某种效果；补偿扬声器系统及放音场所的场所音响不足。 音调的控制是对某一段频率的信号进行提升或者衰减，不影响其它频段信号的输出。 由于音调电路结构和使用方法比较简单，所以在现今的中、高档音响中普遍存在。1.2 选题的目的通过对音调控制电路的分析设计，对音调控制电路的工作原理有了较深入的了解。在分析音调控制电路的设计中，结合介绍了常见的电子电路，如衰减式音调控制电路、（晶体

4、管、运放）负反馈音调控制电路、衰减负反馈混合式音调控制电路等。掌握了这些电路的特点，能为进一步学习电子技术打下一定基础。了解了这种电路的工作原理和设计方法 ,不仅能深入理解电子线路频率特性等理论问题 ,而且也能提高实际电路的设计、测试能力。这对今后从事电路的制作。维修等工作会有一定的帮助。1.3 选题的意义随着时代的进步，人们对音频信号输出的要求越来越高，这些要求不断推动新器件新电路的开发，并促进整个声电技术的发展，尽可能采用最新技术与现代技术结合起来，才能使得音调控制电路越来越完善。1.4 本课题主要研究内容本文对音调控制电路进行了详细的说明，然后详细分析了衰减式音调控制电路、（晶体管、运放

5、）负反馈音调控制电路、衰减负反馈混合式音调控制电路的原理及作用。介绍了音调控制电路在音频信号输出起到的重要作用。第2章 音调控制电路分析2.1 音调控制电路的基础知识2.1.1 什么是音调控制所谓音调控制就是人为地改变信号里高、低频成分的比重，以满足听者的爱好、渲染某种气氛、达到某种效果、或补偿扬声器系统及放音场所的音响不足。这个控制过程其实并没有改变节目里各种声音的音调（频率），所谓音调控制只是个习惯叫法，实际上是高、低音控制或音色调节。高保真扩音机大都装有音调控制器。然而，从保证信号传送质量来考虑，音调控制倒不是必须的。 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、

6、低音从最强到最弱的整个调节过程里，中音信号（通常指1000赫）不发生明显的幅度变化，以保证音量大致不变。所谓提升或衰减高、低音，都是相对于中音而言的。先把中音作一个固定衰减（或加深负反馈）然后让高音或低音衰减小一些（或负反馈轻一些），就算是得到提升。因此，为了弥补音调控制电路的增益损失，常需增加一到两级放大电路。2.1.2音调控制电路的分类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。

7、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。而衰减式和负反馈式相比。衰减式音调控制电路的调节范围可以做得较宽，但因中音电平要作很大衷减，并且在调节过程中整个电路的阻抗也在变。所以噪声和失真大一些。负反馈式音调控制电路的噪声和失真较小，但调节范围受最大负反馈量的限制，所以实际的电路常和输入衷减联合使用，成为衰减负反馈混合式。1) 衰减式音调控制电路典型电

8、路如图所示。C1、C2、W1构成高音调节器，R1、R2、C3、C4、W2构成低音调节器。W1旋到A点时高音提升，旋到B点时高音衰减。W2旋到C点时低音提升，旋到D点时低音衰减。组成音调电路的元件值必须满足下列关系： R1R2； W1和W2的阻值远大于R1、R2； 与有关电阻相比，C1、C2的容抗在高频时足够小，在中、低频时足够大；而C3、C4的容抗则在高、中频时足够小，在低频时足够大。C1、C2能让高频信号通过，但不让中、低频信号通过；而C3、C4则让高中频信号都通过，但不让低频信号通过。只有满足上述条件，衰减式音调控制电路才有足够的调节范围，并且W1、W2分别只对高音、低音起调节作用，调节时

9、中音的增益基本不变，其值约等于R2/R1。 R1与R2的比值越大，高、低音的调节范围就越宽，但此时中音的衰减也越大。改变R1或R2后，如要保持原来的控制特性，有关电容器的容量也要作相应改变，为了避免高、低音调节时互相牵制，有的衰减式音调电路还加进了隔离电阻。作衰减式音调调节的电位器宜用指数型（Z型），此时，频响平直的位置大致在电位器的机械中点。以下是一个实际的电路图，其中R1=6.8K、R2=3.3K、R3=5.6K、C1=2200P、C2=0.022、C3=0.01、C4=0.22、W1=W2=50K，R3是一个隔离电阻。2) （晶体管、 运放）负反馈音调控制电路该电路调试方便， 反馈的存在

10、使得信噪比较高。 低音调节时， 当W1 滑臂到左端时， C1 视为短路， 低音信号经过R1、 R3直接送入运放；而低音输出则经过R2、 W1、 R3负反馈送入运放， 负反馈网络阻抗愈大， 负反馈量愈小， 放大倍数愈大， 因而低音提升量随W1 动臂从中心点向左滑动而逐渐增至最大；当W1 滑臂到右端时， 则刚好与上述情形相反， 因而低音衰减最大。 不论W1的滑臂怎样滑动， 因为C1、C2 对高音信号可视为是短路的， 所以此时对高音信号无任何影响。 高音调节时， 当W2 滑臂到左端时， 高音信号经过C3、 R4直接送入运放；而高音输出则经过C4、 W2、 R4负反馈送入运放， 负反馈量最小， 因而高

11、音提升最大；当W2 滑臂到右端时， 则刚好相反， 因而高音衰减最大。 不论W2 的滑臂怎样滑动， 因为C3 对中低音信号可视为是开路的， 所以此时对中低音信号无任何影响。 普及型功放一般都使用这种音调处理电路。 负反馈式音调控制电路的噪声和失真较小， 但调节范围受最大负反馈量的限制，调节范围不大，故而设计衰减负反馈混合式电路， 使实用性进一步提高。3) 衰减- 负反馈混合式音调控制电路。W1作高音控制，W2作低音控制。W1旋到A点时高音提升，旋到B点时高音衰减。W2旋到C点时低音提升，旋到D点时低音衰减。为了使电路获得满意性能，下面条件必须具备： 信号源的内阻（即前一级的输出阻抗）不大。 用来

12、实现音调控制的放大电路本身有足够高的开环增益。 C1、C2的容量要适当，其容抗跟有关电阻相比，在低频时足够大，在中、高频时又足够小； 而C3的选择却要使它的容抗在低、中频时足够大，在高频时足够小。粗略地说，就是C1、C2能让中、高频信号顺利通过而不让低频信号通过；C3则让高频信号顺利通过而不让中、低频信号通过。 W1、W2的阻值均远大于R1、R2、R3、R4。 当R1=R2时，该音调电路的中音频电压增益约等于1。 作衰减-负反馈式音调调节的电位器宜用阻值变化曲线为直线型（X型）的电位器。此时，频响平直的位置大约在电位器的机械中点。运放版的衰减式音调2.2 电容器的音调控制电路音调控制电路如图2

13、.21（a）所示.是用RC网络构成的高、低音音调控制电路.电路的控制特性如图2.21（b）所示。 图2.21图2.21 (a）所示电路实际就是由双转折频率的RC网络组合而成的。其中，Rwi用于高音控制，当其动臂上移时，高音输出增加，反之则减小；RW2用于低音控制，也是动臂上移时低音输出增加，反之减小。当保持图2.21 (a）所示中给出的RC元件数据的比例关系时，电路的控制特性则基本是对称的，实际情况近似于图中的实折线。调整各电位器时，控制特性则如虚线所示。在控制特性曲线王，最大提升、衰减时各相应转折频率及对应的传输系数与以前所述曲线相同。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

14、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。根据图2.21 (b)所示中给出的近似关系式，很容易求出图2.21 (a)所示中的各RC元件数据。这时，应先给出下级电路的输人阻抗，即这个音调控制电路的负载阻抗RLa另外，还要给定电路的最大提升、衰减量，即相应频率时的相对传输系数。例如，在最大低音提升频率f3时的提升量Ad为最大高音提升量为由于在大多数情况下都使控制特性保持对称，因此最大衰减量近似为上面两式的倒数。这里应当说明，高音时的衰减实际上是很大的。从图2.21 (a）所示的电路可知，当Rwi的动臂滑到C2上端时，高音频信号受到C2的很大衰减。在图2.21 (b)中没有标出

15、转折频率.2就是这个原因。下面结合实际数例看一下电路元件的近似求解过程。假设Ad=士20 dB（10倍），Ag一20 dB, R L一50 kn,取中音频率f21 kHz, f ,2 kHz,几6 kHz，九500 Hz，几80 Hz，为保证Ad，首先应取代人已知数据，可得取R25 k，则由图2.21 (b)所示的近似公式得可知当时近似有代人已知的数据，即可以求得另外，由A，和图2.21 (b)所示中给出的Ao 表达式，可有代人已知数据，可得根据已选定的R2,为便于计算，选择R1二51 ko由图2.21 (a）所示中的比例关系可得同样，由f,的近似式可得由元件比例关系得出关于Rwl. Rw2的

16、阻值，首先可以考虑R w20为满足要求，可以取但是，还应当考虑到几的要求，根据图2.21 (b)所示中f冬的表达式，应有由此，根据已知的R1,R2很容易求出因为所得Rv2的阻值也满足式中的要求，再考虑如图2.21 (a)所示的要求，实际就可以选取由于电路的控制特性基本对称，就不再核算最大衰减量了。不过应当指出，上述算法虽然比较简单，但在简化过程中忽略了一些影响电路性能的次要因素，因此，误差要稍大些。另外，由中音频时的传输系数A。的表达式可得也就是说，该音调控制电路对中音频率的衰减约为一20 dB。为保证中音频增益，当使用这种音调控制电路时，应增加一级低放。同时，音调控制电路前级的输出阻抗应当较

17、低，一般用射极输出器即可满足要求。下级放大器的输人阻抗则应当较高，以利于保证低音控制范围。例1图2.22(a)是应用在结型场效应管放大器之间的RC衰减式高、低音调控制电路。图2.22 (b）、(c)R(d)分别为电路的控制特性、输出特性及失真特性。图2.22 (a)中，结型场效应管VT1接成源极输出器，因此具有较低的输出阻抗VT2为共源极放大器，同时还使用了源极负反馈，这样输人阻抗也很高。但由于使用负反馈，故使高音控制范围有所减小。由于vu的输入阻抗高，故为提高低音控制范围，Rw2用得较大，Rwi用得并没有这样大。高音控制范围与R wi基本无关。但增大R w2对增加低音控制范围是有效的。在Rw

18、i, Rw2动臂之间加人的47 kn电阻主要是用于隔离。因为一般当低音提升较大时，很容易对高音成分形成再调制而产生失真。串人隔离电阻后，便能减小失真的发生。另外，当信号源内阻较大时，串人隔离电阻对于增加高音控制范围也是有利的。图2.22 (b)给出了高、低音最大提升；最大衰减及平坦位置时电路的频响曲线。图2.22 (d)的失真特性表明，当电路工作在最大输出时，非线性失真是较大的。这是RC衰减式音调控制电路的不足之处。图2.22上图 (a)是一种比较典型的衰减式音调控制电路，图2.23(b)是实际控制特性。从上图(a）中所示的电路元器件数据可以看出，为了扩大电路的控制范围，有关元器件的选择与以前

19、所述的有所不同。图2.23电路中，VTl按共射极放大器工作，所以输出阻抗较高，因此除了在电位器之间加人隔离电阻之外，R1的阻值也应选得较大。由于适当调整了有关元件的比例关系，低音的提升量增加了不少，调整R4的阻值可以适当限制低音的提升量。VT2, VT3为直接祸合的共射一共集电极电路，从噪声增益及输人阻抗等方面来看，这种放大电路是比较好的。在此电路中，音调控制网络对中音频衰减仍可方法。因此，上图(a)所示电路对中音频的衰减比上述（见图2.22)电路略大一点。如果在实际使用中仍想改变最大提升频率和转折频率，那么根据以上实例容易得出适当的RC衰减网络元件数值。第3章 整机电路的设计3.1 技术要求

20、1. 灵敏度 ：输出电压 Vo 500 mv 时 , 输入电压 V 50 mv2. 通频带 : fbw 为 20 HZ 20 KHz3. 音调控制范围:低音 :100 Hz 土 l2 dB高音 :1O KHz 士 12 dB4. 输入阻抗：r 500 K5. 失真度： 1 %6. 电路中三极管均采用结型场效应管。3.2整机电路图选定整机电路形式 通过两种音调控制电路工作原理的分析 , 我们知道衰减式 RC 音调控制电路结构简单、工作稳定、调节范围也大。但是该电路无放大作用 , 能量损耗大 , 要提高信噪比需加放大器。另外调节W1和W 2时，网络输入阻抗变化较大 , 容易引起信号失真。为了克照以

21、上这些缺点 , 本设计选用衰减反馈式电路 , 它调节范围虽小 ,但失真小 ,信号无衰减。为了提高整机的输入阻抗和信噪比矛，在音调调节网络之前, 加入了场放应管前置级放大器和源极跟随器 , 源极跟随器输出阻抗很小 , 可以把前置放大器同音调控制网络很好地隔离 ,保证音调控制电路具有更理想的幅频特性。整机参考电路图如图3.11所示。图3.11第4章 音调控制电路的安装与调试4.1 电路安装与调试技术4.1.1 合理布局、分级装调电容器的音调控制电路是一个小型电路系统，安装前要将各级进行合理布局，一般按照电路的顺序一级一级地布局，功放级应远离输入级，每一级的地线尽量接在一起，连线尽可能短，否则很容易

22、出现自激。安装前应检查元器件的质量，安装时特别要注意功放块、运算放大器、电解电容等主要零件的引脚和极性，不能接错。从输入级开始向后级安装，也可以从功放级开始向前逐级安装。安装一级调试一级，安装两级要进行级联调试，直到整机安装与调试完成。4.1.2 调试技术电路的调试过程一般是先分级调制，再级联调试，最后整机调试与性能指标测试。分级调试又分为静态调试与动态调试。静态调试时，将输入端对地短路，用万用表测该级输出端对地的直流电压。前置级、音调控制级都是由运算放大器组成的，其静态输出直流电压均为Vcc2，功放级的输出(OTL电路)也为Vcc2且输出电容Cc两端充电电压也应为Vcc2。动态调试是指输入端

23、接入规定的信号，用示波器观测该级输出波形，并测量各项性能指标是否满足题目要求，如果相差很大，应检查电路是否接错，元器件数值是否合乎要求，否则是不会出现很大偏差的，因为集成运算放大器内部电路已经确定，主要是外部元件参数的影响。第5章 课程设计体会过去在课堂，只是接受教师传授的知识，这回轮到我们亲手设计和改进电路了，开始就觉得千头万绪的缕不出个头绪来，后来杨老师用了一节课的时间，给我详细讲解了课程设计的思路和步骤后，我才逐渐接受并消化了课程设计的内容，这过程不能不说是对我的一个极大挑战，从中我积累了模拟电子线路设计的经验，对以往学习的知识做了很好的总结，同时还锻炼了我与其他同学合作的团队合作精神。

24、一周的课程设计结束了，对我来说，课程设计不同于以往的课程学习，这是一门新的学问，也是一种挑战。通过本次课程设计我明白了自己的动手能力还十分的不足，缺乏锻炼，我应该努力的将理论与实际联合起来，着重锻炼自己的动手能力，为将来自己独立面对工作奠定一些基础。 总的来说，通过模拟电子技术的课程设计，使我对学习的热情高涨起来。第一，我从小就对电子制作很感兴趣，但那时不懂焊接，也没有太多的专业知识，只是喜欢把东西给拆来装去，通过此次课程设计，我学会了很多东西，使我对电子设计与制作的兴趣得到了提升，课程设计期间，我主动寻找并运用所学知识去解释各种现象，深入挖掘其中的科学道理，不仅提高了动手能力，更对所学的知识做了一次