基于增益控制的音調(diào)調(diào)節(jié)電路解析與調(diào)試

魏臣

摘要：音調(diào)控制電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于搭建等特點(diǎn)，通常作為《模擬電子技術(shù)》課程的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的一部分。學(xué)生制作完成后由于元件性能、焊接、布線、調(diào)試等差異，電路性能差別較大。文章從電路定性分析、電路調(diào)試、電路測(cè)量等方面入手，為學(xué)生介紹音調(diào)控制電路制作與調(diào)試方法，以期望達(dá)到較好的電路效果。

關(guān)鍵詞：音調(diào)調(diào)節(jié);增益控制;高音頻;低音頻

中圖分類號(hào)：TN702 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）07-0109-02

0 引言

《模擬電子技術(shù)》是電子類專業(yè)的一門(mén)職業(yè)核心課程，也是課程體系的一門(mén)基礎(chǔ)課程，為后續(xù)課程提供理論支撐，但在高職教學(xué)中也是學(xué)生反饋較難的一門(mén)課程。高職院校在教學(xué)方式上一般采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)、項(xiàng)目化教學(xué)等方式，教學(xué)內(nèi)容通常著重定性分析，弱化定量計(jì)算，在理解基礎(chǔ)上再深入研究。本文介紹的音調(diào)控制電路是放大器應(yīng)用的一個(gè)典型項(xiàng)目，通過(guò)電路定性分析、電路制作、調(diào)試、測(cè)量，力求以淺顯易懂的方式讓學(xué)生接受電路原理知識(shí)、了解模擬信號(hào)組成。同時(shí)制作出音質(zhì)、音色較好的音調(diào)控制電路，增加教學(xué)趣味性、提高學(xué)生興趣。

1 電路原理

聲音通過(guò)話筒轉(zhuǎn)換為聲音電信號(hào)，聲音電信號(hào)中存在高音調(diào)、中音調(diào)、低音調(diào)等不同頻率分量的電信號(hào)。音調(diào)控制電路通過(guò)對(duì)信號(hào)高、低音調(diào)幅度的提升或衰減調(diào)節(jié)，輸出比較悅耳的聲音。電路由高、低音調(diào)控制電路和放大器組成。高、低音調(diào)控制電路通過(guò)耦合電容對(duì)高、低頻率的音頻信號(hào)衰減不同，來(lái)形成不同的信號(hào)通路。放大器通過(guò)負(fù)反饋的方式控制噪音、波形失真，通過(guò)調(diào)節(jié)反饋電路來(lái)控制信號(hào)增益。本文采用電路及參數(shù)如圖1所示。

在音調(diào)控制電路中C11=470pF，在低頻段C11容抗為，由于頻率f、電容容量C11均比較小，則C11呈現(xiàn)較大容抗，定性分析電路時(shí)可近似等效為開(kāi)路，則低頻信號(hào)由R10、R11、RP3、C9、C10、R12與集成運(yùn)放組成的負(fù)反饋放大電路進(jìn)行放大，通過(guò)電位器RP3向兩臂滑動(dòng)，改變低頻信號(hào)增益倍數(shù)。RP3電位器動(dòng)臂滑向最左端（最右端）時(shí)，電容C9（C10）被短路，電路交流通路等效電路如圖2所示。

滑臂在最左端時(shí)電路增益為，其值大于1，即低頻提升;滑臂在最右端時(shí)電路增益為，其值小于1，即低頻衰減。即通過(guò)RP3滑臂左、右移動(dòng)，可控制對(duì)低頻信號(hào)（低音）的提升或衰減。

在高頻段由于頻率f較大，則C11容抗不可再等效為開(kāi)路，而此時(shí)C9、C10容量較大（容抗較小）可定性等效為短路，RP3電位器被短路，電路等效為圖3（a）所示。

由R10、R11和R12組成的“Y”型電阻網(wǎng)絡(luò)可變換成“▽”型網(wǎng)絡(luò)。則高頻信號(hào)交流通路可等效為如圖3（b）所示，且Ra=Rb=Rc。

RP4電位器動(dòng)臂滑向最左端（最右端）時(shí)，Rc、RP4電阻為放大電路的并聯(lián)支路，對(duì)放大信號(hào)影響較小可忽略。則電路可化簡(jiǎn)為圖4所示。

滑臂在最左端時(shí)電路增益為，其值大于1，即高頻提升;滑臂在最右端時(shí)電路增益為，其值小于1，即高頻衰減。即通過(guò)RP4滑臂左、右移動(dòng)，可控制對(duì)高頻信號(hào)（高音）的提升或衰減。

2 電路制作

本電路采用LM324芯片作為電路核心元件。LM324芯片內(nèi)部包括有四個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器，音調(diào)控制電路使用其中一塊運(yùn)放作為核心，剩余三塊運(yùn)放可作為電路擴(kuò)展功能使用。LM324可采用單電源供電（3-32V），對(duì)電源要求不高，且單位增益帶寬為1MHZ，完全滿足聲音信號(hào)的以低增益、平衡高中低音頻信號(hào)幅度為目的的音調(diào)控制電路制作要求。其靜態(tài)工作電流較小，可采用電池供電制作便攜式電路。另外由于其價(jià)格低廉，也是實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中大量制作電路的常用芯片。

3 電路調(diào)試

電路調(diào)試是改善電路性能的、獲得悅耳音質(zhì)的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。由于焊接、布線、元件等差異，學(xué)生制作的音調(diào)控制電路在測(cè)試中存在較大差異。具體電路調(diào)試可按以下步驟進(jìn)行：

（1）元件管腳、極性、線路按裝配電路檢測(cè)是否正確安裝，元件焊接是否牢固，用手撥動(dòng)球型焊點(diǎn)是否存在虛焊、假焊現(xiàn)象。

（2）靜態(tài)測(cè)量：1）檢測(cè)LM324芯片4腳與11腳之間是否有9V電壓。電壓為零或電壓較小，需檢測(cè)芯片電源端、接地端是否可靠連接。2）檢測(cè)LM324芯片8、9、10腳是否有4.5V對(duì)地電壓。如8、9腳電壓不為4.5V需檢測(cè)偏置電阻R14、R15是否阻值正確;如10腳有0.5V以上電壓偏差，考慮為運(yùn)放輸入電阻不平衡，可將R14、R15用可調(diào)電阻代替。共同調(diào)節(jié)R14、R15阻值，使輸出為4.5V。3）檢測(cè)靜態(tài)工作電流。測(cè)量+9V電源為L(zhǎng)M324芯片提供電流大小，電流參考值最大為2mA。電流值遠(yuǎn)大于2mA需考慮LM324芯片故障。

（3）交流通路測(cè)量。1）將Vrms=100mV、f=1KHZ、正弦信號(hào)接入輸入端，利用示波器查看、波形。輸入、輸出波形反相，則交流通路正常。如輸入、輸出同相（由于輸入、輸出之間存在電阻通路，輸入、輸出同相現(xiàn)象偶有發(fā)生），則LM324芯片未正常工作，需檢查9腳連接線路及外圍元件是否正常安裝。2）輸入Vrms=100mV、f=200HZ、正弦信號(hào)，調(diào)節(jié)PR3滑臂，觀測(cè)輸出、輸入信號(hào)放大倍數(shù)是否變化，如有變化則低音頻通路正常;如無(wú)輸出信號(hào)或輸出信號(hào)無(wú)變化，需檢查低頻信號(hào)交流通路各元件是否正常連接、RP3是否正常連接。3）輸入Vrms=100mV、f=10KHZ、正弦信號(hào)，調(diào)節(jié)PR4滑臂，觀測(cè)輸出、輸入信號(hào)放大倍數(shù)是否變化，如有變化則高音頻通路正常;如無(wú)輸出信號(hào)或輸出信號(hào)無(wú)變化，需檢查高頻信號(hào)交流通路各元件是否正常連接、RP4是否正常連接。

（4）效果調(diào)試：將音調(diào)控制電路輸出端接功放電路、喇叭，輸入端接歌曲信號(hào)。分別選取低音明顯、高音明顯曲目，反復(fù)調(diào)節(jié)RP3、RP4電位器使聽(tīng)覺(jué)效果達(dá)到最佳。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)音調(diào)控制的一個(gè)典型電路進(jìn)行了解析，并對(duì)實(shí)際電路板調(diào)試過(guò)程進(jìn)行了歸納總結(jié)。該電路適合模擬電子技術(shù)初學(xué)者制作，在我校學(xué)生實(shí)踐教學(xué)中取得了較好的教學(xué)效果。但該電路在性能、參數(shù)、電路設(shè)計(jì)等方面還可以進(jìn)一步改進(jìn)。

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