音调控制电路模拟部分

电子电工综合实验——模拟部分实验报告一．实验目的1、综合运用所学的电子电路知识，设计满足一定指针的音频放大器；2、熟悉使用Multisim仿真软件辅助电子项目设计，并指导硬件实现的过程。

二．实验电路原理图音频放大器实验原理图为三．各部分工作原理和电压增益分配1.前置放大电路前置放大电路电压放大倍数由反馈电阻13R R 和的比值决定，电压增益为1213==R R A V ，输出电压为： i O V R R V 131==ΩΩk k 112mV mV 12010=⨯ 2.音调控制电路实验原理：音调控制电路主要实现高，低音的提升和衰减。

如图所示，f 1Z Z 和是由RC 组成的网络，放大电路为集成运算放大器，1Z Z V V A f i of -≈=. 设32121321,9,C C C R R R R R R R W W >>======,当信号频率不同时，f Z Z 和1阻值不相同，f A v 会随着频率的改变而变化。

其频率特性曲线如下图所示。

图中所示0f 是中心频率，一般增益为0 dB;其中2121,,,H H l l f f f f 分别为低音到中低音，中低音到中音，中音到中高音，中高音到高音的转折频率，一般取1l f 为几十赫兹，而2l f =101l f ，2H f 一般为几十千赫兹，2H f =101H f 。

音调控制只针对于高、低音的增益进行提升、衰减，而中音的增益基本是保持不变的。

因此音调控制级电路是由低、高通滤波器组成，下面对电路进行分析。

（1） 信号在中频区由于321C C C >>=，因此低，中频区的3C 可视为开路，中，高音频区1C ，2C 则可以视为短路。

又因为741A μ开环增益很高，放大器输出阻抗又很高，所以0'≈≈E E V V （虚地）。

因此，R 3的影响可以忽略。

因此，在中频区可以绘制出音调控制级的等效电路如图6所示，根据假设R 1=R 2，于是得到该电路的电压增益dB A Vf 0=。

（2）信号在低频区因为C 3很小，C 3、C 4支路可视为开路。

回馈网络主要由上半边起作用。

同样因为741A μ开环增益很高，放大器输出阻抗又很高，所以0'≈≈E E V V （虚地）。

因此，R3的影响可以忽略。

当电位器1w R 的滑动端移动到A 点时，C1被短路，其等效电路如图7（a ）所示。

下面进行电路的幅频特性分析，该电路是一个一阶有源低通滤波电路，其传递函数表达式为：1212111)(L L W i o vf j j R R R V V j A ωωωωω+++-==（式1） 式中：2111C R W L =ω，（或21121C R f W L ∏=）221212C R R R R W W L +=ω（或2212122C R R R R f W W L π+=）根据前面假设条件：R R R R ===321，R R R w w 921==，可得10R 12W1=+R R ，1210L L ωω=。

当2L ωω>>时，即信号接近中频时，)011011021121dB R R R A L L W Vf （即=⨯=+≈ωω，当2L ωω=时，)3(2)111212121dB R R R A L L W Vf 即（≈+++≈ωω，当1L ωω=时，)17(21011)1221121dB R R R A L L W Vf 即（≈+++≈ωω，当1L ωω<<时，C 2当成是开路，由此电压增益从图7（a ）中可得到：)2010121dB R R R A W Vf （即≈+≈（式2） 综上所述，在2L f f =和1L f f =时，分别比中频提升了3dB 和17dB ，我们称2L f 和1L f 为转折频率，在这两个转折频率之间（21L f LX L f f f <<），曲线斜率为-20dB/十倍频，即-6dB/倍频。

低音最大提升量为20dB 。

同样分析方法可知，当电位器R W1的滑动端移动到右端B 点时，C2被短路。

等效电路如7（b ）所示，读者可以自行分析。

其中转折频率为21111211112',21'L W W L L W L f C R R R f f C R f =+===ππ (式3)最大衰减量为：)20101112dB R R R A W Vf -≈+≈（即 （式4）（3）信号在高频区在高频区间，1C 和2C 可视为短路，这是起作用的是3C ，4R 支路如下图所示是音调控制电路的等效电路。

可以将1R ,2R ,3R 的星型连接转换成A R ,B R ,C R 的三角形连接，这样便于分析，转换后的等效电路如下图。

其中：A R =1R +3R +231R R R =3R(1R =2R =3R ) B R =2R +3R +132R R R =3R C R =1R +2R +321R R R =3R 由于前级输出电阻小，输入信号O V 通过C R 反馈到输入端的信号被输出电阻所旁路，所以C R 的影响可以忽略，视为开路。

当滑动变阻器2W R 滑到C 和D 点时，2W R 等效于跨接在输入和输出之间，且数值较大，也可视为开路，可得到滑动变阻器在C 点和D 点时的等效电路如下图：，因此可得到：提升电路传输函数为()214411H H A i O vf w jw w jwR R R V V jw A ++⋅+== 所以高频最大提升量为：()≈jw A vf 44R R R A +, 同理，衰减电路传输函数为：()124411H H B i O vf w jw w jwR R R V V jw A ++⋅+-==由此可得高频最大衰减量为：()≈jw A vf 44R R R B +取R R R B 31914==,最大提升量约为20dB ，最大衰减约为-20dB ，因此，当频率在21H HX H f f f <<的区间内，电压增益按6 dB/倍频程的斜率变化。

四．电路中各元件参数选取的计算过程。

1.前置放大电路参数选取由于要求在输入信号为mv V i 10=错误!未找到引用源。

(有效值)，额定输出功率为1W 。

对于8Ω的负载，需要V V o 83.28==错误!未找到引用源。

，即总电压增益为2831083.2==mVVA V 错误!未找到引用源。

总电路中只有前置放大电路和功率放大器具有电压放大效果，可以将电压增益分配给两级，第一级为12，第三级为23.58。

因为121==R R A FV 错误!未找到引用源。

，即112R R F =错误!未找到引用源。

，可以取Ω=Ω=Ω=k R k R k R F 1,1,1221错误!未找到引用源。

，运算放大器选择μA741。

2.音调控制电路根据实验要求，在输入信号频率为100Hz 和10kHz 时有错误!未找到引用源。

的提升和衰减量。

由实验原理：Hz dBdBf f Lx L 40061222=⨯=错误!未找到引用源。

，kHz f H 5.21=错误!未找到引用源。

取213211,20,180C C k R R R k R W =Ω===Ω=错误!未找到引用源。

那么Hz f f L L 401.021==错误!未找到引用源。

，f H2=10f H1=25kHz 错误!未找到引用源。

，所以21C C =错误!未找到引用源。

pF f R C H 955100025100067.62121243=⨯⨯⨯⨯∏=∏= 错误!未找到引用源。

由于实验材料的限制，经过初步调试，选择RW1=200k Ω，R1=R2=R3=20k Ω，R4=6.7k Ω，C1=C2=22nF ，C3=1nF ，运算放大器μA741。

3.功率放大器根据1中要求电压增益达到23.58，而58.23132=+=R R A V 错误!未找到引用源。

，所以3258.22R R =错误!未找到引用源。

，选择R3=680Ω错误!未找到引用源。

，R2=16k Ω。

其它组件沿用标准设置，具体电路如下：五．multisim分模块测试的仿真波形和计算结果。

1.前置放大电路原理图为仿真波形为：计算结果为：i O V R R V 131==ΩΩk k 112mV mV 12010=⨯（有效值） 最大值为120⨯2=169.68mV ,与仿真结果相同。

2.音频控制电路原理图为仿真波形为（1）.低频提升将1w R （即图中8R ）调至最左端，对电路使用交流分析，得到由图可得：1l f =42.48HZ ，2l f =391HZ ，当f=100HZ 时，提升增益为11.99dB, （2）.低频衰减将1w R （即图中8R ）调至最右端，对电路使用交流分析，得到由图可得：1l f =42.15HZ ，2l f =389HZ ，当f=100HZ 时，衰减增益为-11.997 dB, （3）.高频提升将1w R 调至中间，将2w R 调至最左端，使用交流分析，可得：1H f =2.28KHZ,2H f =20.33,KHZ,当f=10KHZ 时，提升增益为12.23 dB,（4）.高频衰减将2w R 调至最右端，使用交流分析，可得：1H f =2.29KHZ,2H f =23.71KHZ,当f=10KHZ 时，提升增益为12.02 dB,3.功率放大电路 原理图为当输入信号为前置放大电路的输出信号波形时，此电路的输出波形为输出电压有效值为电压增益和输出功率5.2412094.2===mVV V V A i o v W V R V P o 08.1894.222=Ω==4、整个音频放大器电路 4.1整个电路实验原理图为4.2额定输出功率(信号源为10mv ，100Hz)额定功率为W R V P o 06.18915.222=Ω== 4.3最大输出功率当信号源为26mv ，100Hz 时，输出为最大不失真波形，如下:波形尚可，输出电压为当信号源为27mv 时，波形为波形已失真故最大输出功率是W R V P o 18.78579.722=Ω== 六．硬件实验我们搭建的总的电路图如下，6.1前置放大电路输出为音调控制电路输出波形为最终输出波形为6.2音调控制电路100HZ 和10KHZ 时的输出波形为 100HZ ：增益为dB mvmvA V 29.11120440lg 20==10KHZ ：增益为dB mvmvA V 04.12120480lg20==七．实验问题分析改进及实验总结这次仿真和试验总的来说有这么几个问题.示波器的波形图杂讯很多，有时候甚至不能得到想要的图形。

得不到波形图的原因是杂讯对示波器干扰，使得示波器不能显现，调节横轴纵轴再重新自动设置就可以解决这个问题。