基于增益控制的音调调节电路解析与调试

魏臣

摘要：音调控制电路具有结构简单、易于搭建等特点，通常作为《模拟电子技术》课程的实验、实训项目的一部分。学生制作完成后由于元件性能、焊接、布线、调试等差异，电路性能差别较大。文章从电路定性分析、电路调试、电路测量等方面入手，为学生介绍音调控制电路制作与调试方法，以期望达到较好的电路效果。

关键词：音调调节;增益控制;高音频;低音频

中图分类号：TN702 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）07-0109-02

0 引言

《模拟电子技术》是电子类专业的一门职业核心课程，也是课程体系的一门基础课程，為后续课程提供理论支撑，但在高职教学中也是学生反馈较难的一门课程。高职院校在教学方式上一般采用任务驱动、项目化教学等方式，教学内容通常着重定性分析，弱化定量计算，在理解基础上再深入研究。本文介绍的音调控制电路是放大器应用的一个典型项目，通过电路定性分析、电路制作、调试、测量，力求以浅显易懂的方式让学生接受电路原理知识、了解模拟信号组成。同时制作出音质、音色较好的音调控制电路，增加教学趣味性、提高学生兴趣。

1 电路原理

声音通过话筒转换为声音电信号，声音电信号中存在高音调、中音调、低音调等不同频率分量的电信号。音调控制电路通过对信号高、低音调幅度的提升或衰减调节，输出比较悦耳的声音。电路由高、低音调控制电路和放大器组成。高、低音调控制电路通过耦合电容对高、低频率的音频信号衰减不同，来形成不同的信号通路。放大器通过负反馈的方式控制噪音、波形失真，通过调节反馈电路来控制信号增益。本文采用电路及参数如图1所示。

在音调控制电路中C11=470pF，在低频段C11容抗为，由于频率f、电容容量C11均比较小，则C11呈现较大容抗，定性分析电路时可近似等效为开路，则低频信号由R10、R11、RP3、C9、C10、R12与集成运放组成的负反馈放大电路进行放大，通过电位器RP3向两臂滑动，改变低频信号增益倍数。RP3电位器动臂滑向最左端（最右端）时，电容C9（C10）被短路，电路交流通路等效电路如图2所示。

滑臂在最左端时电路增益为，其值大于1，即低频提升;滑臂在最右端时电路增益为，其值小于1，即低频衰减。即通过RP3滑臂左、右移动，可控制对低频信号（低音）的提升或衰减。

在高频段由于频率f较大，则C11容抗不可再等效为开路，而此时C9、C10容量较大（容抗较小）可定性等效为短路，RP3电位器被短路，电路等效为图3（a）所示。

由R10、R11和R12组成的“Y”型电阻网络可变换成“▽”型网络。则高频信号交流通路可等效为如图3（b）所示，且Ra=Rb=Rc。

RP4电位器动臂滑向最左端（最右端）时，Rc、RP4电阻为放大电路的并联支路，对放大信号影响较小可忽略。则电路可化简为图4所示。

滑臂在最左端时电路增益为，其值大于1，即高频提升;滑臂在最右端时电路增益为，其值小于1，即高频衰减。即通过RP4滑臂左、右移动，可控制对高频信号（高音）的提升或衰减。

2 电路制作

本电路采用LM324芯片作为电路核心元件。LM324芯片内部包括有四个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，音调控制电路使用其中一块运放作为核心，剩余三块运放可作为电路扩展功能使用。LM324可采用单电源供电（3-32V），对电源要求不高，且单位增益带宽为1MHZ，完全满足声音信号的以低增益、平衡高中低音频信号幅度为目的的音调控制电路制作要求。其静态工作电流较小，可采用电池供电制作便携式电路。另外由于其价格低廉，也是实验、实训项目中大量制作电路的常用芯片。

3 电路调试

电路调试是改善电路性能的、获得悦耳音质的一项重要环节。由于焊接、布线、元件等差异，学生制作的音调控制电路在测试中存在较大差异。具体电路调试可按以下步骤进行：

（1）元件管脚、极性、线路按装配电路检测是否正确安装，元件焊接是否牢固，用手拨动球型焊点是否存在虚焊、假焊现象。

（2）静态测量：1）检测LM324芯片4脚与11脚之间是否有9V电压。电压为零或电压较小，需检测芯片电源端、接地端是否可靠连接。2）检测LM324芯片8、9、10脚是否有4.5V对地电压。如8、9脚电压不为4.5V需检测偏置电阻R14、R15是否阻值正确;如10脚有0.5V以上电压偏差，考虑为运放输入电阻不平衡，可将R14、R15用可调电阻代替。共同调节R14、R15阻值，使输出为4.5V。3）检测静态工作电流。测量+9V电源为LM324芯片提供电流大小，电流参考值最大为2mA。电流值远大于2mA需考虑LM324芯片故障。

（3）交流通路测量。1）将Vrms=100mV、f=1KHZ、正弦信号接入输入端，利用示波器查看、波形。输入、输出波形反相，则交流通路正常。如输入、输出同相（由于输入、输出之间存在电阻通路，输入、输出同相现象偶有发生），则LM324芯片未正常工作，需检查9脚连接线路及外围元件是否正常安装。2）输入Vrms=100mV、f=200HZ、正弦信号，调节PR3滑臂，观测输出、输入信号放大倍数是否变化，如有变化则低音频通路正常;如无输出信号或输出信号无变化，需检查低频信号交流通路各元件是否正常连接、RP3是否正常连接。3）输入Vrms=100mV、f=10KHZ、正弦信号，调节PR4滑臂，观测输出、输入信号放大倍数是否变化，如有变化则高音频通路正常;如无输出信号或输出信号无变化，需检查高频信号交流通路各元件是否正常连接、RP4是否正常连接。

（4）效果调试：将音调控制电路输出端接功放电路、喇叭，输入端接歌曲信号。分别选取低音明显、高音明显曲目，反复调节RP3、RP4电位器使听觉效果达到最佳。

4 结语

本文针对音调控制的一个典型电路进行了解析，并对实际电路板调试过程进行了归纳总结。该电路适合模拟电子技术初学者制作，在我校学生实践教学中取得了较好的教学效果。但该电路在性能、参数、电路设计等方面还可以进一步改进。

参考文献

[1] 徐长根，张建超.模拟电子技术实践教程[M].清华大学出版社，2013.

[2] 胡快发.音调控制电路的频率特性及设计[J].实验室科学，2007（6）：76-78.

[3] 杨秀华.一款音调控制电路的制作[J].电子制作，2011（4）：17-19.