输入输出阻抗,是怎么玩的?你会不?音频耦合电容怎么大小不一?
时间:2022-09-01 00:00:00
这两个参数似乎不那么重要,但事实并非如此。让我们谈谈我的观点。
一个问题
从0.1uF-220uF都有,这是病吗?都是用来隔离直流的,怎么不能统一呢?
了解这个问题其实很简单。我们可以很容易地理解信号是如何传输的。电路分析或思维方式。
电路分析方法
我们经常看到各种复杂的电路。如果我们是新手,我们可能会被蒙蔽。事实上,简化复杂性非常简单:
只需将电路分成两部分,一边输出信号,另一边接收信号。让我们称输出信号为输出模块,接收信号为接收模块。
如果我们知道信号在传输过程中发生了什么变化,我们就会知道一切。
输出模块
对于左输出模块,我们通常知道输出信号是什么,频率是什么,另一个重要的参数是输出阻抗,所以电路模型如下
很容易看出输出阻抗Zout衡量该模块的输出能力非常重要。假设输出模块是电源,那么Zout是电源内阻,一定很小。否则,如果是,如果Zout=100Ω,接个10Ω负载,负载分配的电压不到电源电压的十分之一,还能叫电源吗?
所以,一般对对于输出模块,输出阻抗越小越好。
接收模块
接收信号的电路太多,花里胡哨。有些信号输入IC芯片,一些信号接收MOS管道上的驱动开关,有的接喇叭,等等。
不管它是什么,我们都会用一个Zin表示输入阻抗,即输入阻抗。很容易知道这种输入阻抗比较大是好的。
我们是极端的,如果输入阻抗是无限的,也就是说,开路,那么无论输出阻抗之前的输出信号模块有多大,信号都可以很好地接收,就像输出信号一样。在小极端,如果输入是无限的小,0,实际上是接地短路,它也会传递球的信号。
以下是我们连接输入和输出的方法。
一般来说,当我们看到信号传输时会发生什么变化时,我们只需要在脑海中等效电路。
这样的等效是不是简单多了?使用欧姆定律,接收端接收到的信号就会出来。当然,有时电路中间串联有电阻、电容或电感,我们只需要在中间添加这些设备。
如何分析
例1:以开头的音频耦合电容为例。
这是音频codec典型电路,音频输入MIC0串联管脚.1uF电容器,这个电容器能这么小吗?
我们按照以前的方法进行分析。
先看输出模块
咪头mic拾取音频,输出模拟信号,所以它是上述模型中的输出模块,它的输出阻抗是多少?
我们随便找个咪头规格书看看,说是2.2KΩ,一般咪头的输出阻抗也差不多。
如图,芯片规格书还提供了咪头的内部电路,实际上是一个FET管放大电路。如果你努力学习(大学努力学习的重要性),就知道这个FET管道放大电路的输出阻抗是RL,厂家这个RL是2.2KΩ,因此,标记输出阻抗是2.2KΩ。
我们贴在前面codec电路用的是1KΩ的电阻,因此,实际输出阻抗是1KΩ,我们就用1KΩ吧。
让我们看看接收模块。
接收模块是codec芯片,管脚是多少输入阻抗?我们检查规格,输入阻抗是20KΩ或者是80KΩ(与配置有关),我们取不利值,即最小值,20KΩ
在输出模块和输入模块之间有一个隔直电容,我们添加了这个电容。因此,电路简化后就是这样。
其实这是个RC截止频率为1/2的高通滤波器π(Zin Zout)C。
现在Zin Zout =20KΩ 1KΩ,C=0.1uF,所以3dB截止频率为75.8Hz。众所周知,人的声频范围是300Hz-3.4Khz,因此,可以判断这个音频信号可以很好地传输过去,即电容0.1uF大小就够了,如果增大到1uF,截止频率为7.58Hz,也没有问题。不过1uF电容器必须比0.1uF电容比较贵,选0.1uF更经济。
这个codec图中还有一个耳机输出端口,串联220uF为什么电容这么大?
对于此电路,芯片输出信号发送到耳机。输出模块为芯片,接收模块为耳机
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。看接收端-耳机,耳机阻抗16Ω,32Ω,64Ω。我们拿最差的(不利于信号接收),也就是16Ω,电路简化后,电路和上面一样,我就不画了
也是高通滤波器,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300Hz-3.4Khz能很好的传过去。假如我们选10uF电容,那么截止频率就变为了497.6Hz,显然,低频会衰减,音频传输不好,失真。
估计有人会问,220uF太大了,我选22uF行不行呢?22uF带进去,截止频率为226Hz,人的声音频率也是300Hz另外,应该可以。
我想谈谈我自己的应用程序,看看你的声音是什么频率段。麦克风拾音通常是人的声音,300Hz-3.4K范围。但不一定只有人的声音,人耳的听力范围是20Hz-20Khz,所以最低可达20Hz。如果要求高,最低频率不能衰减,需要220uF的电容。
如果只是为了听声音,低频失真并不重要,你做22uF也行,甚至10uF也就是说,低频分量被削弱了。
除了这个音频的例子,让我们看看另一个例子。
举例2:MOS管栅极串联电阻分析
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…