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朋友让我看一块电路板,分析其耳机输出电路。
因为其中的输出耦合电容有6个这么多,有点奇怪。
耳机输出电路的实物外观长这样:
音频解码芯片(型号WM8988)输出音频信号,经过6个耦合电容,最终在耳机接口输出:
关键看靠近耳机接口部分的电路,其中的6个贴片MLCC电容引人注目:
复原电路原理图:
为什么用6个电容做耦合呢?下面开始分析。
一、首先简化电路
1、压敏电阻D1、D2是防静电使用,电路分析时可以将其忽略:
2、查询该主板上的音频解码芯片的规格书,发现其可推动16欧姆、32欧姆的耳机。而电阻R1、R2均为470欧姆,是耳机阻抗的十倍以上。并联使用时,主要体现为耳机本身的阻抗,大胆地将电阻R1、R2忽略:
3、由于左声道和右声道是对称的,留下其中一路分析就可以。以外接16欧姆的耳机为例,最后电路图简化如下:
这就是一个简单的高通滤波器!
二、接着理论计算
输入一个频率为f的信号ui,输出到电阻端的信号为uo:
当uo衰减为ui的0.707倍时,此时的频率f:
为什么是0.707倍,因为这个倍数时功率衰减为原来的一半。所以这个频率f也叫截止频率。
为什么是这个公式,感兴趣的话点赞本文告诉我,下一篇文章介绍是怎么推导出来的。
咱们继续,将R=16欧姆,C=66uF代入上式,算得频率f:
要知道人耳对声音的接收范围是20Hz到20KHz,这个电路板设计的低频理论值只到150.8Hz,相对20Hz似乎偏高。
三、进一步刨根问底
继续翻查音频解码芯片(型号WM8988)的数据手册:
数据手册给的参考设计是220uF,对应算出来的截至频率f为45Hz。
到这里基本知道本文分析的电路板,为什么使用6个贴片MLCC电容了:
因为:
1、这款产品的电路板结构受限制,不能用体积偏大的大容量铝电解电容:
2、能满足结构的钽电解电容,又太贵了:
所以最终采用了降成本的方案,用6个22uF的贴片MLCC电容,代替2个220uF大容量电容。
耦合电容的容量缩水,牺牲了低频效果,而且使用的贴片MLCC电容本身失真会比铝电解电容高。
至于实际的声音效果,听歌感觉还行。
四、提炼
请注意,这不是标准的电路方案,只是其中一款产品是这么设计的,作为案例供大家参考。
所谓:做硬件,堆经验。
案例看多了经验也就上去了。
五、最后
问题来了,电阻R1、R2在电路中起什么作用?
有人说“音频信号通过电容耦合输出的,要接一个对地电阻,不然电平会漂移。”
这个说法似乎还不够具体,欢迎大家留言讨论。
下次再见!
2023年8月15日 上午9:11 沙发
防止DC偏移:电容可以阻止DC电流通过,但如果电容两边没有对地电阻,电容可能会充满电荷并保持一个DC电压。这个DC电压可以对输入信号产生偏移。通过接一个对地电阻,可以为电容提供放电路径,从而消除这种DC偏移。GPT回复的