黃靜月，常博學(xué)，李曉冬，孟德明

（1.電路國家級實驗教學(xué)示范中心（桂林電子科技大學(xué)），廣西 桂林541004；2.桂林航天工業(yè)學(xué)院，廣西 桂林541004）

1 引言

模擬電子技術(shù)實驗是電子信息類專業(yè)學(xué)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(chǔ)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(xué)生電子設(shè)計競賽”“全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”等以創(chuàng)新實踐能力為主的學(xué)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(xué)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(xué)生通過模擬電子技術(shù)實驗各環(huán)節(jié)的實踐，既能鞏固模擬電子技術(shù)的理論知識，又能將抽象的、不易理解的模擬電子技術(shù)理論知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^的感性認識，同時還可通過對所學(xué)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(yīng)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(dāng)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(dāng)?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(dāng)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(jié)構(gòu)

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(shè)計要求的放大倍數(shù)和各點的轉(zhuǎn)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(yīng)波特圖

3 實驗內(nèi)容

為了讓學(xué)生在課程中一步一步接近模擬電子技術(shù)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(xué)過程分以下2 步。

3.1 實例教學(xué)指導(dǎo)、集成運算放大器的驗證

課上需要給學(xué)生提供一些研究內(nèi)容和實際電子系統(tǒng)設(shè)計的樣例作為參考，逐步引導(dǎo)學(xué)生去研究和創(chuàng)新，學(xué)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(jié)構(gòu)、參數(shù)變化對性能的影響。實例教學(xué)指導(dǎo)的目的是讓學(xué)生進一步理解電路的同時學(xué)會如何研究電路，激發(fā)學(xué)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(xué)生將學(xué)習(xí)的思路應(yīng)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(jié)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(dǎo)學(xué)生如何設(shè)計電路，學(xué)生不僅要將所學(xué)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(xué)習(xí)，自主探究，最后通過思考并發(fā)揮創(chuàng)造性去設(shè)計和實現(xiàn)目標(biāo)電路，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情[2]。

4 仿真分析

學(xué)生通過理論分析設(shè)計電路，以RC 電路與集成運算放大器為單元模塊結(jié)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(shè)計電路參數(shù)，分析參數(shù)對性能指標(biāo)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(jié)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(jié)

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(chǔ)扎實、動手能力強的學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，挖掘潛力，增強信心，從而實現(xiàn)教學(xué)差異化、層次化，更好地因材施教。