模擬電子技術音調(diào)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(yè)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(yè)學生的必修課[1]，具有較強的實踐性及工程創(chuàng)新性[2]，在基礎課與專業(yè)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(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”等以創(chuàng)新實踐能力為主的學科競賽作鋪墊。調(diào)音電路是集成運算放大器的創(chuàng)新能力擴展，激發(fā)學生的綜合實踐創(chuàng)新能力，從死板的理論知識蛻變，成為現(xiàn)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(huán)節(jié)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?yōu)橹庇^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(diào)控制電路的主要功能是通過對放音頻帶內(nèi)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(diào)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(diào)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(xiàn)高、中、低音分別可調(diào)的音調(diào)控制電路。

音調(diào)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(diào)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(diào)節(jié)電位器，Rp2是低音調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)電位器Rp1 在任何位置對低音都不會影響。當?shù)鸵粽{(diào)節(jié)電位器Rp2 滑動端調(diào)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(diào)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(shù)，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(diào)節(jié)高音調(diào)節(jié)電位器Rp1，即可實現(xiàn)對高音信號的提升或衰減。

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

圖2 音調(diào)控制電路的幅頻響應波特圖

3 實驗內(nèi)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(chuàng)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(nèi)容和實際電子系統(tǒng)設計的樣例作為參考，逐步引導學生去研究和創(chuàng)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(shù)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(fā)學生的研究興趣。

3.2 音調(diào)電路的創(chuàng)新與探索

創(chuàng)新的目的是為了讓學生將學習的思路應用于實際，發(fā)揮自主性和創(chuàng)新性。收集現(xiàn)實生活中實用、有趣的電子電路系統(tǒng)，通過實驗獲得啟發(fā)，讓理論知識落地。RC 電路與集成運算放大器結合形成音調(diào)控制電路，實現(xiàn)電路高、中、低音的調(diào)節(jié)。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(tǒng)，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(fā)揮創(chuàng)造性去設計和實現(xiàn)目標電路，激發(fā)學生的創(chuàng)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(diào)控制電路，實現(xiàn)電路功能；根據(jù)性能要求設計電路參數(shù)，分析參數(shù)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(diào)節(jié)電位器R4，在低音域，增益可以得到提升或衰減；調(diào)節(jié)電位器R6，高音域，增益也可以得到提升或衰減。因此，通過調(diào)節(jié)電位器可以實現(xiàn)電路音量調(diào)節(jié)。

圖3 電路仿真圖

5 總結

音調(diào)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(nèi)容，充分調(diào)動學生的積極性，挖掘潛力，增強信心，從而實現(xiàn)教學差異化、層次化，更好地因材施教。