朋友讓我看一塊電路板,分析其耳機輸出電路。
因為其中的輸出耦合電容有6個這么多,有點奇怪。
耳機輸出電路的實物外觀長這樣:
音頻解碼芯片(型號WM8988)輸出音頻信號,經(jīng)過6個耦合電容,最終在耳機接口輸出:
關(guān)鍵看靠近耳機接口部分的電路,其中的6個貼片MLCC電容引人注目:
復(fù)原電路原理圖:
為什么用6個電容做耦合呢?下面開始分析。
一、首先簡化電路
1、壓敏電阻D1、D2是防靜電使用,電路分析時可以將其忽略:
2、查詢該主板上的音頻解碼芯片的規(guī)格書,發(fā)現(xiàn)其可推動16歐姆、32歐姆的耳機。
而電阻R1、R2均為470歐姆,是耳機阻抗的十倍以上。
并聯(lián)使用時,主要體現(xiàn)為耳機本身的阻抗,大膽地將電阻R1、R2忽略:
3、由于左聲道和右聲道是對稱的,留下其中一路分析就可以。以外接16歐姆的耳機為例,最后電路圖簡化如下:
這就是一個簡單的高通濾波器!
二、接著理論計算 輸入一個頻率為f的信號ui,輸出到電阻端的信號為uo:
當uo衰減為ui的0.707倍時,此時的頻率f:
為什么是0.707倍,因為這個倍數(shù)時功率衰減為原來的一半。所以這個頻率f也叫截止頻率。
為什么是這個公式,感興趣的話點贊本文告訴我,下一篇文章介紹是怎么推導(dǎo)出來的。
咱們繼續(xù),將R=16歐姆,C=66uF代入上式,算得頻率f:
要知道人耳對聲音的接收范圍是20Hz到20KHz,這個電路板設(shè)計的低頻理論值只到150.8Hz,相對20Hz似乎偏高。
三、進一步刨根問底 繼續(xù)翻查音頻解碼芯片(型號WM8988)的數(shù)據(jù)手冊:
數(shù)據(jù)手冊給的參考設(shè)計是220uF,對應(yīng)算出來的截至頻率f為45Hz。
到這里基本知道本文分析的電路板,為什么使用6個貼片MLCC電容了:
因為: 1、這款產(chǎn)品的電路板結(jié)構(gòu)受限制,不能用體積偏大的大容量鋁電解電容:
2、能滿足結(jié)構(gòu)的鉭電解電容,又太貴了:
所以最終采用了降成本的方案,用6個22uF的貼片MLCC電容,代替2個220uF大容量電容。
耦合電容的容量縮水,犧牲了低頻效果,而且使用的貼片MLCC電容本身失真會比鋁電解電容高。
至于實際的聲音效果,聽歌感覺還行。
四、提煉
請注意,這不是標準的電路方案,只是其中一款產(chǎn)品是這么設(shè)計的,作為案例供大家參考。
所謂:做硬件,堆經(jīng)驗。
案例看多了經(jīng)驗也就上去了。
五、最后
問題來了,電阻R1、R2在電路中起什么作用?
有人說“音頻信號通過電容耦合輸出的,要接一個對地電阻,不然電平會漂移。”
審核編輯:劉清
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原文標題:電路設(shè)計案例:耳機輸出電路中的耦合電容設(shè)計
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