音調(diào)控制電路模擬部分

1、 電子電工綜合實(shí)驗(yàn) 模擬部分 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、綜合運(yùn)用所學(xué)的電子電路知識(shí)，設(shè)計(jì)滿足一定指針的音頻放大器；2、熟悉使用Multisim仿真軟件輔助電子項(xiàng)目設(shè)計(jì)，并指導(dǎo)硬件實(shí)現(xiàn)的過程。2 實(shí)驗(yàn)電路原理圖 音頻放大器實(shí)驗(yàn)原理圖為三各部分工作原理和電壓增益分配1.前置放大電路前置放大電路電壓放大倍數(shù)由反饋電阻的比值決定，電壓增益為，輸出電壓為： =2.音調(diào)控制電路實(shí)驗(yàn)原理：音調(diào)控制電路主要實(shí)現(xiàn)高，低音的提升和衰減。如圖所示，是由RC組成的網(wǎng)絡(luò)，放大電路為集成運(yùn)算放大器，.設(shè),當(dāng)信號(hào)頻率不同時(shí)，阻值不相同，會(huì)隨著頻率的改變而變化。其頻率特性曲線如下圖所示。圖中所示是中心頻率，一般增益為0 dB

2、;其中分別為低音到中低音，中低音到中音，中音到中高音，中高音到高音的轉(zhuǎn)折頻率，一般取為幾十赫茲，而=10，一般為幾十千赫茲，=10。音調(diào)控制只針對(duì)于高、低音的增益進(jìn)行提升、衰減，而中音的增益基本是保持不變的。因此音調(diào)控制級(jí)電路是由低、高通濾波器組成，下面對(duì)電路進(jìn)行分析。（1） 信號(hào)在中頻區(qū) 由于，因此低，中頻區(qū)的可視為開路，中，高音頻區(qū)，則可以視為短路。又因?yàn)殚_環(huán)增益很高，放大器輸出阻抗又很高，所以（虛地）。因此，R3的影響可以忽略。因此，在中頻區(qū)可以繪制出音調(diào)控制級(jí)的等效電路如圖6所示，根據(jù)假設(shè)R1=R2，于是得到該電路的電壓增益。（2）信號(hào)在低頻區(qū)因?yàn)镃3很小，C3、C4支路可視為開路?；?/p>

3、饋網(wǎng)絡(luò)主要由上半邊起作用。同樣因?yàn)殚_環(huán)增益很高，放大器輸出阻抗又很高，所以（虛地）。因此，R3的影響可以忽略。當(dāng)電位器的滑動(dòng)端移動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)，C1被短路，其等效電路如圖7（a）所示。下面進(jìn)行電路的幅頻特性分析，該電路是一個(gè)一階有源低通濾波電路，其傳遞函數(shù)表達(dá)式為： （式1）式中：，（或）（或）根據(jù)前面假設(shè)條件：，可得，。當(dāng)時(shí)，即信號(hào)接近中頻時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，C2當(dāng)成是開路，由此電壓增益從圖7（a）中可得到： （式2）綜上所述，在和時(shí)，分別比中頻提升了3dB和17dB，我們稱和為轉(zhuǎn)折頻率，在這兩個(gè)轉(zhuǎn)折頻率之間（），曲線斜率為-20dB/十倍頻，即-6dB/倍頻。低音最大提升量為20dB。同樣分

4、析方法可知，當(dāng)電位器RW1的滑動(dòng)端移動(dòng)到右端B點(diǎn)時(shí)，C2被短路。等效電路如7（b）所示，讀者可以自行分析。其中轉(zhuǎn)折頻率為 (式3)最大衰減量為： （式4）（3）信號(hào)在高頻區(qū)在高頻區(qū)間，和可視為短路，這是起作用的是，支路如下圖所示是音調(diào)控制電路的等效電路。可以將,的星型連接轉(zhuǎn)換成,的三角形連接，這樣便于分析，轉(zhuǎn)換后的等效電路如下圖。其中：=+=3R(=)=+=3R=+=3R 由于前級(jí)輸出電阻小，輸入信號(hào)通過反饋到輸入端的信號(hào)被輸出電阻所旁路，所以的影響可以忽略，視為開路。當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑到C和D點(diǎn)時(shí)，等效于跨接在輸入和輸出之間，且數(shù)值較大，也可視為開路，可得到滑動(dòng)變阻器在C點(diǎn)和D點(diǎn)時(shí)的等效電路如下

5、圖：，因此可得到：提升電路傳輸函數(shù)為所以高頻最大提升量為：,同理，衰減電路傳輸函數(shù)為：由此可得高頻最大衰減量為：取,最大提升量約為20dB，最大衰減約為-20dB，因此，當(dāng)頻率在的區(qū)間內(nèi)，電壓增益按6 dB/倍頻程的斜率變化。四電路中各元件參數(shù)選取的計(jì)算過程。 1.前置放大電路參數(shù)選取由于要求在輸入信號(hào)為(有效值)，額定輸出功率為1W。對(duì)于8的負(fù)載，需要，即總電壓增益為?？傠娐分兄挥星爸梅糯箅娐泛凸β史糯笃骶哂须妷悍糯笮Ч梢詫㈦妷涸鲆娣峙浣o兩級(jí)，第一級(jí)為12，第三級(jí)為23.58。因?yàn)椋?，可以取，運(yùn)算放大器選擇A741。2.音調(diào)控制電路 根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，在輸入信號(hào)頻率為100Hz和10kHz

6、時(shí)有的提升和衰減量。 由實(shí)驗(yàn)原理： ， 取那么，fH2=10fH1=25kHz，所以 由于實(shí)驗(yàn)材料的限制，經(jīng)過初步調(diào)試，選擇RW1=200k，R1=R2=R3=20k，R4=6.7k，C1=C2=22nF，C3=1nF，運(yùn)算放大器A741。 3.功率放大器根據(jù)1中要求電壓增益達(dá)到23.58，而，所以，選擇R3=680，R2=16k。其它組件沿用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，具體電路如下：五multisim分模塊測試的仿真波形和計(jì)算結(jié)果。1.前置放大電路原理圖為仿真波形為：計(jì)算結(jié)果為：=（有效值）最大值為120=169.68mV,與仿真結(jié)果相同。2.音頻控制電路原理圖為仿真波形為（1）.低頻提升將（即圖中）調(diào)至最左

7、端，對(duì)電路使用交流分析，得到由圖可得：=42.48HZ，=391HZ，當(dāng)f=100HZ 時(shí)，提升增益為11.99dB,（2）.低頻衰減將（即圖中）調(diào)至最右端，對(duì)電路使用交流分析，得到由圖可得：=42.15HZ，=389HZ，當(dāng)f=100HZ時(shí)，衰減增益為-11.997 dB,（3）.高頻提升將調(diào)至中間，將調(diào)至最左端，使用交流分析，可得：=2.28KHZ,=20.33,KHZ,當(dāng)f=10KHZ時(shí)，提升增益為12.23 dB,（4）.高頻衰減將調(diào)至最右端，使用交流分析，可得：=2.29KHZ,=23.71KHZ,當(dāng)f=10KHZ時(shí)，提升增益為12.02 dB,3.功率放大電路原理圖為 當(dāng)輸入信號(hào)為

8、前置放大電路的輸出信號(hào)波形時(shí)，此電路的輸出波形為輸出電壓有效值為電壓增益和輸出功率4、 整個(gè)音頻放大器電路4.1整個(gè)電路實(shí)驗(yàn)原理圖為4.2額定輸出功率(信號(hào)源為10mv，100Hz)額定功率為4.3最大輸出功率 當(dāng)信號(hào)源為26mv，100Hz時(shí)，輸出為最大不失真波形，如下:波形尚可，輸出電壓為當(dāng)信號(hào)源為27mv時(shí)，波形為波形已失真故最大輸出功率是6 硬件實(shí)驗(yàn)我們搭建的總的電路圖如下，6.1前置放大電路輸出為音調(diào)控制電路輸出波形為最終輸出波形為6.2音調(diào)控制電路100HZ和10KHZ時(shí)的輸出波形為100HZ：增益為10KHZ：增益為七實(shí)驗(yàn)問題分析改進(jìn)及實(shí)驗(yàn)總結(jié)這次仿真和試驗(yàn)總的來說有這么幾個(gè)問題

9、. 示波器的波形圖雜訊很多，有時(shí)候甚至不能得到想要的圖形。得不到波形圖的原因是雜訊對(duì)示波器干擾，使得示波器不能顯現(xiàn)，調(diào)節(jié)橫軸縱軸再重新自動(dòng)設(shè)置就可以解決這個(gè)問題。雜訊的問題，可以盡量減少導(dǎo)線的使用，保持元件的穩(wěn)定，另外就是盡量使導(dǎo)線保持平行，這樣可以減少一些雜訊。當(dāng)然，由于接口穩(wěn)定性，元件的性能等原因，雜訊在所難免，在通過放大以后，雜訊也會(huì)被放大?？梢酝ㄟ^高頻衰減等來減小這種雜訊。電路中元件連接問題。實(shí)驗(yàn)過程中其他組很多同學(xué)的測試過程中都發(fā)生過爆炸的現(xiàn)象，一方面是電路連接問題，尤其是電容的正負(fù)極，一旦連接錯(cuò)誤就很可能導(dǎo)致爆炸，另一方面參數(shù)設(shè)置問題。我們?cè)谥貜?fù)檢查了幾遍，確保電路連接以及電容正負(fù)極性，正確設(shè)置參數(shù)后有很好的結(jié)果，沒有發(fā)生類似問題8 思考題1. 如何減小電源噪聲對(duì)音頻放大器的影響？ 盡量減少電線的使用，布線時(shí)盡量減少回路環(huán)的面積，多讓電線平行分布，以降低感應(yīng)噪聲；電源線和地線要盡量粗，除減小壓降外，還能降低耦合噪聲。因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)最后出的效果是在音調(diào)控制電路的高頻衰減部分上完成的，所以可以選取適當(dāng)?shù)碾娮韬碗娙?，在前置放大電路的輸入端作一個(gè)高通濾波器，示意圖如下，以濾掉低頻信號(hào)、減少干擾。高通濾波器示意圖2. 如何解決功率放大器