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音频耦合电容大小对声音的影响,音频输入和输出的区别

张世龙 05-13 11:26 21次浏览

输入阻抗、输出阻抗,这两个参数似乎不那么重要,但事实并非如此。 谈谈我的看法吧。

一个问题

音频的耦合容量来自0.1uF-220uF,这是病吗? 用作隔离直流,为什么不能统一?

理解这个问题其实很简单,我们一看到信号是如何传输的就很容易理解。 这里是一个电路的分析方法,或者说是思维方式

电路分析方法

我们经常看到各种复杂的电路。 如果是初学者的话,可能已经涵盖了。 其实很容易变得复杂:

只需要把电路分两块,一边输出信号,另外一边接收信号。姑且把输出信号的叫输出模块,接收信号的叫接收模块吧。

只要弄清楚这个信号在传输中是怎么变化的,就什么都知道了。

输出模块

对于左侧的输出模块,通常知道输出的信号是什么,频率在哪个范围。 此外,重要参数为输出阻抗,因此电路模型如下

很容易看出,输出阻抗Zout非常重要,它测量了该模块的输出能力。 如果输出模块为电源,则Zout为电源内阻,一定很小。 否则,如果Zout=100,连接10的负载,结果分配给负载的电压还不到电源电压的十分之一,那可以称为电源吗?

所以,一般为输出模块来说,这个输出阻抗越小越好

接收模块

接收信号的电路太多了,太华丽了。 有的信号输入到IC芯片,有的信号连接到MOS管上的驱动开关,有的信号连接到喇叭,等等,有很多种。

我们不管它到底是什么,就用一个Zin来表示,也就是输入阻抗应该很容易看出,该输入阻抗比较大是其优点。

极端来说,当输入阻抗无限大,即开路时,无论前面输出信号模块的输出阻抗有多大,我们都能像输出的信号一样很好地接收信号。 另一方面,如果设置得极小,则输入无限小而设为0时,实际上接地短路,球的信号也会传递。

我们连接输入和输出的原因如下。

总的来说,为了看到信号传输时是如何变化的,只要在脑子里这样等效电路就可以了。

这样等价的话,不就容易多了吗? 使用欧姆定律,接收方就会发出接收到的信号。 当然,电路中间也可能串联有电阻、电容器或电感。 我们只要在中间添加这些设备就行了。

如何分析

举例1:拿开篇的音频耦合电容来举例

这是某音频编码解码器的典型电路,音频输入MIC管脚串联的是0.1uF电容,这个电容这么小可以吗?

我们用前面的方法分析。

先看输出模块

mic磁头拾取音频并输出模拟信号,因此是上述机型的输出模块。 那个输出阻抗是多少呢?

我们随便找了咪达唑仑规格书看了看,据说是2.2K。 一般咪达唑仑的输出阻抗也相同。

如图所示,在芯片规格书也提供了咪头的内部电路,其实就是个FET管放大电路。如果好好学习的话(论大学好好学习的重要性)上,可以看到该FET管放大电路的输出阻抗为其RL。 制造商的这个RL是2.2k,所以那表示输出阻抗是2.2k。

刚才发布的编码解码器电路使用了1k的电阻。 是所以实际输出阻抗是1K。 用1k吧。

我们再来看接收模块。

接收模块是编码解码器芯片,引脚的输入阻抗是多少? 从规格来看,输入阻抗为20k或80k(配置关系),取不利值,即最小值20k

输出模块和输入模块之间有隔离电容器。 添加此电容器。 所以,电路化简单了就变成这样了。

实际上,这是RC高通滤波器,截止频率为1/2(Zinzout ) c。

当前,Zin Zout=20K 1K,C=0.1uF,因此3dB截止频率为75.8Hz。 我们知道人声的频率范围是300Hz-3.4Khz,所以可以判断这个音频信号可以很好地传输。 也就是说,电容器0.1uF的大小就足够了。如果增大到1uF,截止频率变为7.58Hz,也没有问题

。不过1uF电容肯定要比0.1uF电容要贵些,选0.1uF更经济。

这个codec图中还有个耳机输出端口,串联的是220uF的电容,为什么接这么大呢?

对于这个电路,是芯片输出信号送到耳机。输出模块是芯片,接收模块是耳机

我们先看输出模块codec芯片,查看规格书,芯片对应管脚输出阻抗是16Ω。在看接收端——耳机,耳机的阻抗有16Ω,32Ω,64Ω。我们取最差的(不利于信号接收),也就是16Ω,电路简化之后电路跟上面是一样的,我就不画了

也是个高通滤波器,截止频率为1/2π(Zin+Zout)C。现在Zin+Zout=16+16=32Ω,C=220uF,所以3dB截止频率为22.6Hz。同样,人声的300Hz-3.4Khz可以很好的传过去。如果我们选用10uF电容,那么截止频率就变为了497.6Hz,显然,低频就被衰减了,音频就不能很好的传输了,出现失真。

估计有人会问,220uF太大了,我选用22uF行不行呢?22uF带入进去,截至频率是226Hz,也在人的声音频率300Hz之外啊,应该可以吧。

这个我想说看自己应用吧,看你放的声音是什么频率段的。麦克风拾音一般是人的声音,在300Hz-3.4K范围。但是放音就不一定只有人的声音了,人耳的听力范围是20Hz-20Khz,所以最低可以到达20Hz。如果你要求高,一定要最低的频率也不能衰减,那么就需要220uF的电容。

如果就是为了听个响,低频失不失真的无所谓,你搞个22uF也行,甚至10uF也凑合,就是低频分量被削弱了。

除了这个音频的例子,我们再看另外一个例子。

举例2:MOS管栅极串联电阻的分析

分析方法跟前面说的是一样的,接收模块是MOS管,MOS管的输入电阻可以看成无穷大,但是寄生电容较大,所以它作为接收模块时,寄生电容站输入阻抗的主要部分,其输入阻抗就是电容的阻抗,为1/jwC

我之所以把这个放到这里,其实主要是想说明一点。输入阻抗,输出阻抗,它俩是复阻抗,不仅仅包括电阻,还包括电容和电感

这个电路以前详细分析过,就不再说了,想看下具体分析的话,可以点下面这个链接

【LC串联谐振的意义】

很多芯片也会给出相关端口的寄生电容大小,我们要根据实际情况考虑。前面举的音频的例子,因为频率较低,而相关端口的寄生电容也就10pF左右,这个影响是相当小的,所以自然就可以忽略掉电容了。

 

结尾

本文主要的目的不在于讲一个音频耦合电容的问题,重点在于分析方法

如果你碰到一个新的电路,不知道如何下手的时候,不妨按照这个方法试一试。头脑中简单建个模,代入输出阻抗,输入阻抗。再思索一下所处理的信号是什么,其包含了哪些频率分量(傅里叶变换)。也许答案就出来了,不用其他人告诉你。

另外,我们现在应该知道,为什么厂家会给出输入阻抗,输出阻抗参数了吧。学习模电的时候,为什么要去算那个输入阻抗,输出阻抗。因为它们都是有用的。

看完了这个文章,至少应该不会再有耦合电容取多大这种问题了吧…

 

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