模擬電子技術音調電路實驗的探索與研究＊

黃靜月，常博學，李曉冬，孟德明

（1.電路國家級實驗教學示范中心（桂林電子科技大學），廣西 桂林541004；2.桂林航天工業學院，廣西 桂林541004）

1 引言

模擬電子技術實驗是電子信息類專業學生的必修課[1]，具有較強的實踐性及工程創新性[2]，在基礎課與專業課之間具有承上啟下的作用，使整個課程體系無縫融合，同時，為“全國大學生電子設計競賽”“全國大學生創新創業大賽”等以創新實踐能力為主的學科競賽作鋪墊。調音電路是集成運算放大器的創新能力擴展，激發學生的綜合實踐創新能力，從死板的理論知識蛻變，成為現實生活中的有趣的工程實例。大學生通過模擬電子技術實驗各環節的實踐，既能鞏固模擬電子技術的理論知識，又能將抽象的、不易理解的模擬電子技術理論知識轉變為直觀的感性認識，同時還可通過對所學知識的運用提高動手能力[3]。

2 實驗原理

音調控制電路的主要功能是通過對放音頻帶內放大器的頻率響應曲線的形狀進行控制，從而達到控制放音音色的目的，以適應不同聽眾對音色的不同愛好。音調控制電路由RC 元件和集成運算放大器組成，利用RC 電路的傳輸特性以及集成運算放大器電壓增益高的特點制作音調控制電路，提升或衰減某一頻段的音頻，在高保真放音電路中，實現高、中、低音分別可調的音調控制電路。

音調控制電路一般可分為衰減式和負反饋式兩大類，負反饋式音調控制電路的噪聲和失真較小。電路結構簡單典型電路圖如圖1 所示。

電位器Rp1是高音調節電位器，Rp2是低音調節電位器，電容C 是音頻信號輸入耦合電容，電容C1、C2 是低音提升和衰減電容，電容C3 是高音提升和衰減電容，要求C3 的值遠遠小于C1。

對于低音信號來說，由于C3 的容抗很大，相當于開路，此時高音調節電位器Rp1 在任何位置對低音都不會影響。當低音調節電位器Rp2 滑動端調到最左端時，C1 被短路，電容C2 對于低音信號容抗大，起到了對低音提升的作用；當Rp2 的滑動端調到最右端時，電容C2 被短路，電容C1 對輸入音頻信號的低音信號具有較小的電壓放大倍數，起到了低音衰減的作用。

圖1 電路結構

對于高音信號來說，電容C1、C2 的容抗很小，可以認為短路。調節高音調節電位器Rp1，即可實現對高音信號的提升或衰減。

綜上所述，負反饋式音調控制器的幅頻特性曲線圖如圖2 所示。根據設計要求的放大倍數和各點的轉折頻率大小，即可確定出音調控制器電路的電阻、電容大小。

圖2 音調控制電路的幅頻響應波特圖

3 實驗內容

為了讓學生在課程中一步一步接近模擬電子技術實驗的精髓，直至能夠融會貫通、做到自主創新[3]，實驗教學過程分以下2 步。

3.1 實例教學指導、集成運算放大器的驗證

課上需要給學生提供一些研究內容和實際電子系統設計的樣例作為參考，逐步引導學生去研究和創新，學生需要課上驗證比例運算電路、求和運算電路、微分和積分運算電路，并進行深入研究，研究電路結構、參數變化對性能的影響。實例教學指導的目的是讓學生進一步理解電路的同時學會如何研究電路，激發學生的研究興趣。

3.2 音調電路的創新與探索

創新的目的是為了讓學生將學習的思路應用于實際，發揮自主性和創新性。收集現實生活中實用、有趣的電子電路系統，通過實驗獲得啟發，讓理論知識落地。RC 電路與集成運算放大器結合形成音調控制電路，實現電路高、中、低音的調節。該實驗引導學生如何設計電路，學生不僅要將所學的多種電路連接起來組成一個小型電子系統，還需要自己去查閱資料，自主學習，自主探究，最后通過思考并發揮創造性去設計和實現目標電路，激發學生的創新熱情[2]。

4 仿真分析

學生通過理論分析設計電路，以RC 電路與集成運算放大器為單元模塊結合形成音調控制電路，實現電路功能；根據性能要求設計電路參數，分析參數對性能指標的影響；確定綜合電路原理圖，對電路進行仿真，仿真圖如圖3 所示。實驗結果證明，調節電位器R4，在低音域，增益可以得到提升或衰減；調節電位器R6，高音域，增益也可以得到提升或衰減。因此，通過調節電位器可以實現電路音量調節。

圖3 電路仿真圖

5 總結

音調電路實驗作為集成運算放大器實驗的擴展，可作為基礎扎實、動手能力強的學生的學習內容，充分調動學生的積極性，挖掘潛力，增強信心，從而實現教學差異化、層次化，更好地因材施教。