电路课设-音响分频器电路设计

音频信号频率成分通常在 10Hz
到
20kHz
范围内，经过功率放大后在音箱中分频，用无源 LC
元件组成的滤波器实现。如上图
1
所示，高音扬声器希望得到高于频率 fc
的信号成分，低音扬声器得到频率低于
fc
的信号成分。
因此，需要一个
“
高通
”
滤波器，其幅度频率响应如图中的红色曲线（简化了的），将输入信号 Vs
中频率高于
fc
的成分送给高音扬声器，而抑制频率低于
fc
的信号分；另一个“
低通
”
滤波器，其幅度频率响应如图中的蓝色曲线，它让低频成分通过，而不让高频成分通往低音扬声器。

无源 LC
元件阻抗都与所加信号频率有关：

·
对于电容元件而言，阻抗

Xc=-1/wC

频率越低，容抗绝对值越大，在同一电路结构下，电容分压作用越明显。因

此在一阶与二阶电路中与电容元件串联的扬声器为高音扬声器。

·
对于电感元件而言，阻抗

Xl=wL

频率越高，感抗绝对值越大，在同一电路结构下，电感分压作用越明显。因

此在一阶与二阶电路中与电感元件串联的扬声器为低音扬声器。

（三）具体思路–不包括Multisim具体仿真结果

1. 一阶分频器电路设计

第一题：写出高音扬声器和低音扬声器电压 v1 和 v2 对于 vs 的传递函数，

确定电路中电容
C
和电感
L
的元件值。

解：

∵题中所要求两个滤波器的截止频率为 5KHz

∴H1(w)=H2(w),w=2πf=2*π*5KHz

∴代入计算得
C=2uF L=0.5mH

第二题：利用 AC 频率扫描分析求出两个扬声器电压的频率响应曲线，验证计

算结果。用包含高低频成分的电压
vs
激励进行测量验证。

解：使用 Multisim 软件搭建电路如图：

由仿真数据可知：

当输入幅度为
10Vpp
，输入频率从
100Hz
升到
10kHz
时：

·对于电容支路（高音扬声器）而言
：

–
随着输入频率的升高，
V1
（黄线）的电压（电容支路）增加，
即幅度

之比随频率升高而升高
（因此电容支路上的扬声器为高音扬声器）；

–
由波形可知
V1
输出超前输入电压
Vs
，即
相位为正值
；

–
频率从
100Hz
变化至
100kHz
，两者波形从
“
峰值点
–
零值点
”
对应

到波形重合，即相位差逐渐减小，即
相位从
+90
下降到
0
，与仿真结果相同。

·对于电感支路（低音扬声器）而言：
–
随着输入频率的增加，
V2
（黄线）的电压（电感支路）减小，
即幅度

值比随频率升高而减小
（因此电感支路上的扬声器为低音扬声器）；

–
由波形可知
V2
输出落后输入电压
Vs
，即
相位为负值
；

–
频率从
100Hz
变化至
100kHz
，两者波形从重合到
“
峰值点
—
零值

点
”
对应，即相位差逐渐增大，即
相位从 0
下降到
-90，与仿真结果相同。

第三题：计算并利用 EWB 仿真证明从 vs 看进去的阻抗为一常数 16 欧姆。

解：

验证：

搭建电路如下：（
以下所有波形红色为输入，黄色为输出
）

要验证从
vs
看进去的阻抗为一常数
16
欧姆，需要
排除偶然性的
16Ω
电阻

性阻抗的存在
，因此选用两组不同的输入进行验证。

略仿真图

2. 二阶分频器电路设计

第一题：写出高音扬声器和低音扬声器电压 v1 和 v2 对于 vs 的传递函数。

解：

第二题：取 C=1/( 2 Rω)其中 R=16Ω，ω=1/ RC ，确定电路中电感 L。

解：

∵题目所给两个滤波器的截止频率为
5kHz

∴
H1(w)=H2(w)=1/
2

∴
w^2*LC=1

∴
4

2
*25*10
6
*
L
2
/16
2
/ 2

1

∴
C=1.4uF L=0.72mH

第三题：利用 AC 频率扫描分析求出两个扬声器电压的频率响应曲线，验证计

算结果。用包含高低频成分的电压
vs
激励进行测量验证。

解：搭建电路如下：

由仿真数据可知：

当输入幅度为
10Vpp
，输入频率从
100Hz
到
10kHz
时：

·对高音扬声器：

–
随着频率的升高，
V1
（黄线）的电压增加，
即幅度比随频率升高而

升高
（因此为高音扬声器）；

–
波形可知
V1
输出超前输入电压
Vs
，即
相位为正值
；

–
频率从
100Hz
到
100kHz
，两者波形从相位相反到基本重合，即相

位差逐渐减小，即相位从+180 下降到 0，与仿真结果相同；

·对低音扬声器：

–
随着频率的升高，
V2
（黄线）的电压减小，
即幅度比随频率升高而

降低
（因此为低音扬声器）；

–
由波形可知
V2
输出落后输入电压
Vs
，即
相位为负值
；

–
频率从
100Hz
到
100kHz
，两者波形从重叠到基本相位相反，即相

位差逐渐增大，即
相位从
0
下降到
-180，与仿真结果相同。

第四题：计算并仿真证明从 vs 看进去的阻抗为一常数 16 欧姆。

第五题：比较二阶分频器的特性与一阶分频器特性有什么不同？

解：

以下数据在相应的频率选择相应的扬声器进行仿真得到。

（
以下所有波形红色为输入，黄色为输出
）

根据以上数据作图（matlab 作图）如下：

由图可知：

·在同一频率下，二阶分频器的幅频特性较好，滤波器的衰减较小，但相位

位移较大，瞬时性较差，响应较慢；

·一阶分频器的幅频特性较二阶差，滤波器的衰减较大，但相位位移较小，

瞬时性较好，有较好的瞬态响应。

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电路课设-音响分频器电路设计

（一）题目简介

1．一阶分频器电路设计

2．二阶分频器电路设计

（二）原理分析