設(shè)計(jì)有源音調(diào)控制電路的教程

音調(diào)控制或有源均衡器電路，尤其是基于低音、高音和 MID 控制的均衡器是音頻放大器設(shè)計(jì)中的重要電路。通常，三級(jí)有源均衡器濾波器需要三個(gè)控制低音、高音和 MID。低音控制允許低頻通過但阻止高頻，高音控制允許高頻通過但阻止低頻，而MID控制在高頻和低頻之間進(jìn)行平衡。在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將設(shè)計(jì)一個(gè)由帶有 PCB 設(shè)計(jì)的運(yùn)算放大器供電的有源音調(diào)控制電路。它將與 12V 電源一起工作，并具有低音、高音和中頻控制以便可以根據(jù)需要調(diào)整輸出音頻。

所需組件

下面給出了使用運(yùn)算放大器構(gòu)建此音調(diào)控制電路所需的組件。

100k- 電位器 - 2 個(gè)

470k- 電位器 - 1 個(gè)

TL072運(yùn)算放大器

12V電源

.1uF 35V 電容器

1.2nF 63V 電容

100uF，35V

10uF，35V

2.2uF，63V

22k電阻

22nF 63V電容

270R電阻

33pF電容

4.7nF 63V 電容 - 2 個(gè)

47nF

1.8k - 2 個(gè)

10uF， 25V - 2 個(gè)

3.3k - 2 個(gè)

47k - 2 個(gè)

10k - 5 個(gè)

印刷電路板

音頻均衡器電路圖

完整的低音高音電路圖如下圖所示。該電路的主要組件是運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器 TL072 是一種流行的運(yùn)算放大器，在單個(gè)單片封裝中具有兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)算放大器。

電路的解釋如下，但您也可以跳到本頁(yè)末尾的視頻，該視頻也解釋了電路的工作原理。下圖顯示了TL072P Op-Amp的引腳排列。這兩個(gè)運(yùn)算放大器在示意圖中被描述為 IC1A 和 IC1B。

運(yùn)算放大器緩沖電路：

IC1A 配置為反相緩沖放大器。該緩沖放大器提供輸入信號(hào)的緩沖輸出，以通過三頻帶濾波器進(jìn)行濾波或均衡。電容C4是阻隔直流信號(hào)，只允許交流信號(hào)通過的隔直電容。

電阻器 R3 和 R4 需要準(zhǔn)確且匹配。建議在此階段不要更改這兩個(gè)值。輸出 2.2uF、C6 電容將傳遞來(lái)自緩沖輸出的信號(hào)。

中頻、低音和高音控制電路：

在下一階段，IC1B 是實(shí)際的有源濾波器，它具有跨負(fù)反饋回路連接的三個(gè)通濾波器。這是正在發(fā)生的實(shí)際音調(diào)過濾-

負(fù)輸入來(lái)自 2.2uF 電容。運(yùn)算放大器 IC1B 再次配置為反相放大器，它從 IC1A 獲取反相輸入，并在輸出端再次反相。

三波段濾波器都是RC 濾波器。由于電容值無(wú)法更改，因此此處使用可變電位器更改電阻值。這里，電阻器R12和電容器C11用作增益設(shè)置。改變 R12 值也會(huì)改變?cè)鲆妗?/p>

在第一個(gè)濾波器中是低音濾波器（低通）。第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)電路是R8，低音電位器，R9是濾波器的總電阻，電容是C7。要確定截止頻率，可以使用以下公式 -

fc = 1 / 2piCR

fc 是截止頻率，C 是電容值，R 是網(wǎng)絡(luò)的總電阻。因此，改變不同的電位器值或改變C7電容會(huì)改變低音濾波器（低通濾波器）的頻率響應(yīng)。

計(jì)算低音和高音電路的截止頻率：

例如，在上述電路中，電位器的值為 100k。因此，總電阻，100k（低音鍋）+ 10k（R8）+ 10k（R9）= 120k。因此，根據(jù)公式，低音控制可以處理高達(dá) 28 Hz 的頻率。

MID 過濾器也會(huì)發(fā)生同樣的事情。但它不是使用低通或高通濾波器，而是使用帶通濾波器結(jié)構(gòu)。

可以使用相同的公式fc = 1 / 2piCR獲得截止頻率。最高頻段可以使用電阻 R6 和電容 C8 計(jì)算（根據(jù)原理圖值，它是 10.2 kHz），最低頻段可以使用 - MID 電位器值 + R10 作為總電阻和電容 C9 計(jì)算（根據(jù)示意圖值，它是 70 Hz）。

在最后一個(gè)濾波器頻段，它是一個(gè)帶有高通濾波器的高音控制。公式?jīng)]有改變，它是相同的fc = 1 / 2piCR。總電阻是高音電阻，R11和電容是C10。當(dāng)高音完全低時(shí)，這意味著電位器使用原理圖值完全為 470k，濾波器的截止頻率為 - 71 Hz。但在全高音模式下，當(dāng)電位器完全導(dǎo)通時(shí)，電位器的阻值變得微不足道，只有電阻R11起作用。在這種情況下，截止頻率變?yōu)?-18 kHz。輸出是從 C12 獲得的。

偏置/偏移電路：

由于這是一個(gè)不使用負(fù)軌的單軌電源電壓，因此需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行偏移。這是由于運(yùn)算放大器無(wú)法在單軌電源模式下放大輸入信號(hào)的負(fù)峰值。

為了產(chǎn)生偏移，在運(yùn)算放大器的正反饋兩端放置一個(gè)分壓器。分壓器將抵消電源電壓的一半信號(hào)。由于它使用 12V 電源，輸入信號(hào)偏移 6V DC。C1和C2是濾波電容，R1和R2用于制作分壓器以及一個(gè)額外的濾波電容C3。

有源音頻濾波器 PCB 設(shè)計(jì)

我們的有源音頻濾波器電路的 PCB 設(shè)計(jì)用于雙側(cè)板。我使用 Eagle 來(lái)設(shè)計(jì)我的 PCB，但您可以使用您選擇的任何設(shè)計(jì)軟件。我的電路板設(shè)計(jì)的 2D 圖像如下所示。

足夠的接地填充通孔用于在整個(gè)電路板上正確創(chuàng)建接地路徑。輸入信號(hào)和輸入電壓部分在左側(cè)創(chuàng)建，輸出在右側(cè)創(chuàng)建，以提高可用性。

組裝和測(cè)試有源音頻濾波器電路

板的頂層和底層如下圖所示。我們選擇紅色作為阻焊層，僅僅是因?yàn)樗苡形Γ?PCBway 以相同的價(jià)格提供所有的掩膜顏色，所以為什么不享受 PCB 顏色的樂趣。

從上圖中可以看出，PCB 的質(zhì)量非常好。軌道、焊盤、通孔和其他間隙都被完美地制造出來(lái)。我一收到它就開始組裝我的電路板。你可以在下面看到組裝好的板子。

然而，對(duì)于少數(shù)電容器，額定電壓并不按要求準(zhǔn)確，但不會(huì)對(duì)電路輸出產(chǎn)生任何影響。此外，運(yùn)算放大器 TL072 因 IC 不可用而更換為JRC4558。其他運(yùn)算放大器 IC 也可以工作，但引腳映射必須與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器引腳映射匹配。

該電路使用來(lái)自筆記本電腦的音頻輸入、12V 電源和 15W 2.1 揚(yáng)聲器輸出系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。