长沙学院 课程设计 音调控制器 音调控制器 音调控制器课件

1、长 沙 学 院模拟电子技术课程设计说明书题目音调控制器系(部)电子与通信工程系专业(班级)姓名学号指导教师起止日期模拟电子技术课程设计任务书（19）系（部）：电子与通信工程系 专业：电子信息工程 指导教师：课题名称音调控制器设计内容及要求1、设计一音调控制器，输入信号为100mV, VCC=+9V2、1kHz处增益为0dB，100Hz和10kHz处有的调节范围，。设计工作量1、系统整体设计；2、系统设计及仿真；3、在Multisim或同类型电路设计软件中进行仿真并进行演示；4、提交一份完整的课程设计说明书，包括设计原理、仿真分析、调试过程，参考文献、设计总结等。进度安排起止日期（或时间量）设计

2、内容（或预期目标）备注第一天课题介绍，答疑，收集材料第二天设计方案论证第三天进行具体设计第四天进行具体设计第五天编写设计说明书指导老师意见年 月 日教研室意见年 月 日长沙学院课程设计鉴定表姓名学号专业电子信息工程班级设计题目音调控制器指导教师指导教师意见：评定等级： 教师签名： 日期： 答辩小组意见：评定等级：答辩小组长签名：日期：教研室意见：教研室主任签名： 日期： 系（部）意见：系主任签名：日期：说明课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类；目录一、引言1（一） 衰减式音调控制电路简介1（二） 负反馈音调控制电路简介2（三） 衰减一一负反馈混合式音调控制电路简介2二、电

3、路设计与原理分析4方案一：电容器的音调控制电路4方案二：负反馈式音调控制电路4（一）当ff0时7三、 实验电路参数确定9四、 用Multisim软件仿真10（一） 实验原理图仿真10（二） 仿真结果111、当RP1、RP2全移到最左边的情况时112、当RP1移到最右、RP2移到最左边的情况时123、当RP1移到最左、RP2移到最右边的情况时144、当RP1移到最右、RP2移到最右边的情况时15（三） 数据处理16五、 总结与体会17六、 参考文献18一、引言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

4、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、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音调控制

5、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)衰减一一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。（1） 衰减式音调控制电路简介典型电路如图：衰减式音调控制电路高音、低音分开调节：C1.C2.W1构成

6、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：（1） R1R2；（2） W1和W2的阻值远大于R1.R2；（3） 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，调节时中音的增益基

7、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。（2） 负反馈音调控制电路简介典型电路如图：负反馈音调控制电路图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。

8、 用来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。（3） 衰减一一负反馈混合式音调控制电路简介典型电路如图：衰减

9、一一负反馈混合式音调控制电路图本设计中，低音输入衰减网络由R1、R3、Wl左臂、C1组成，低音负反馈网络由R2、R3、W1右臂、C2、C6组成高音输入衰减网络由C3、W2左臂、C5组成，高音负反馈网络。由C6、C4、w2右臂、C5组成。低音调节时，当w1滑臂到最左端时，低音信号经R卜R3(Cl被短接)接入运放，此时输入串联网络阻抗最小，对输入信号衰减最小，同时负反馈信号经C6一R2一w1和c2并联一R3送入运放，负反馈阻抗最大，放大倍数最大，低音提升量达到最大；反之，当w 1动臂滑到最右端时，输入信号中的低频信号经R卜w1全部阻值一R3加到运放，此时输入网络阻抗最大，对输入信号衰减最大，同时，

10、运放输出端负反馈信号经C6一R2(C2被短接)一R3送入运放，此时负反馈网络阻抗最小，放大倍数最小，低音信号的衰减量达到最大。当高音电位器W2的动臂滑到最左端时，输入信号中的高频成分经C3一C5加到运放输入端，此时输入信号衰减量最小，反馈信号经C6-C4-W2全部阻值-C5到运放，负反馈量小，高音达到最大；反之当滑动臂滑到最右端时，输入信号中的高频信号经C3-C2全部阻值-C5加到经C6-C4-C5负反馈到运放输入端，负反馈网络阻抗最小，放大倍数最小，高音符的衰减量随W2右滑而逐渐增大。这种电路具有衰减式和负反馈式音调控制电路的优点，即电路的失真很小并且控制范围很宽，是前两种电路的一种综合改进

11、，具有更好的实用性。二、电路设计与原理分析方案一：电容器的音调控制电路音调控制电路如 图（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（b）所示. 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，RW1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。当保持如图(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

12、，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。根据如图(b)所示中给出的近似关系式，很容易求出如图(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。从如图（a）所示的电路可知，当RW1的动臂滑到C2上端时，高音频信号受到C2的很大衰减。在图(b)中没

13、有标出转折频率.就是这个原因。方案二：负反馈式音调控制电路以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17dB；fL2低音频区中音转折频率，其增益为3dB；fH1高音频区中音转折频率，其增益为3dB；fH2高音转折频率（截止频率），其增益为17dB。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。音调控制器的幅频特性曲线典型负反馈音调控制电路如下图所示。设电容C1=C2C3，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。下面对下图所示电

14、路进行分析。典型负反馈音调控制电路（一）当ff0时当RP1的滑臂在最左端时，对应于低频提升最大的情况，如图C1所示。当RP1滑臂在最右端时，对应于低频衰减最大的情况，如图C2所示。C1、低频提升C2、低频衰减对图C1进行分析，所示电路是一个一阶有源低通滤波器，其增益函数的表达式为： 其中： 当ff0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C3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C4所示。C3、高频等效电路C4、C3的等效电路其中， 若取 则 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C5。RP

15、2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C6。C5、高频提升C5、高频衰减图C5所示电路为一阶有源高通滤波器，其增益函数的表达式为：其中： 或 或 当时，C3视为开路，此时电压增益=0dB。在 时,因 得： 此时电压增益相对于提升了3dB。在 时,因 得： 此时电压增益相对于提升了17dB。当时，3视为短路，此时电压增益同理可以得出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处和高频区处的提升量或衰减量x(dB)，再根据下式求转折频率(或)和(或),即经过查资料得到，方案二较好。故选用方案二。3、 实验电路参数确定已知，得到转折频率及；计算过程为：由式子得：

16、其中，一般取几千欧姆至几千欧姆。现取=470k，=47k，先取标值0.01uF，即C1=C2=0.01uF 又可得 则 取标值 13k。 取标值 470pF。取=470k，=10k，级间耦合与隔直电容=10F。经过参数计算得到满足设计要求的电路图如图D所示。D、音调控制电路图4、 用Multisim软件仿真（一） 实验原理图仿真根据设计要求，实验原理图如下：音调控制器仿真电路（二） 仿真结果运行Multisim，实验结果如下所示：1、当RP1、RP2全移到最左边的情况时，仿真结果如图（1）：图（1）100Hz时1KHz时10KHz时2、当RP1移到最右、RP2移到最左边的情况时，仿真结果如图（

17、2）：图（2）100Hz时1KHz时10KHz时3、当RP1移到最左、RP2移到最右边的情况时，仿真结果如图（3）：图（3）100Hz时1KHz时10KHz时4、当RP1移到最右、RP2移到最右边的情况时，仿真结果如图（4）：图（4）100Hz时1KHz时10KHz时（3） 数据处理将（二）仿真结果的数据做图分析，得下图：调节的位置增益频率100Hz1KHz10KHzRP1、RP2全移到最左边10.417-0.958-13.096RP1移到最右边、RP2移到最左边-0.007-0.838-13.058RP1移到最左边、RP2移到最右边11.1781.02512.746RP1、RP2全移到最右边

18、0.0100.83812.762从数据来看，在1KHz和10KHz的时候，均能达到设计要求，在100Hz时，能达到012Hb的调节要求，但是-12Hb0Hb的范围不能调节。从误差角度分析，仿真出来的数据与理想的有一定差别，主要在实验电路参数确定时候，实验参数均取的标值，与计算有一定的误差，使得结果又偏差。电路的测试也存在误差，造成实验结果有一些误差。实验的仪器也有一定的局限，这也会影响实验的结果。但总的来说设计音调控制电路基本达到了技术指标和要求：有足够的通频带；高音调控制范围和增益达到了要求；低音调控制范围和增益基本达到了要求。同时高、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。五、 总结与体会本次模电的课程设计，虽然运的都是用学过的模拟电路的知识，但一拿到这个设计任务就让我感觉束手无策，根本不知道该如何下手，对于Multisim软件更可以说