对于硬件工程师来说,或多或少都会接触到音频电路,其中的耦合电容是少不了的了。
提到这个耦合电容,大家都能知道其作用是隔直通交。然而我们发现不同的电路中,这个电容的取值还不尽相同,其差异是相当大的,小点的借0.1uf,大点的都接到了100uf。
那么问题来了,既然都是音频,频率范围一样,20hz-20khz,耦合电容不能统一下吗?
自然是不能统一的,不然的话岂不早就统一了。那么这些电容值是怎么来的呢?主要跟后级输入阻抗有关系,如下图:
耦合电容与后级形成了一个rc高通滤波器,正常情况下,我们需要音频的各个频率分量经过耦合之后ex=ey。那么久需要截止频率要小于有用信号的最低频率,如果截止频率过高,那么低频的声音分量就会被衰减了。
截止频率 ,如果后级是音频放大器,那么r就是放大器的输入阻抗,r的值在芯片选定之后,一般是没有办法去更改的,因此能选择的就只有c的值了。
之所以我们会看到各种各样的音频耦合电容的值,就是因为后级的输入阻抗的不同。
以下图ti的音频芯片tlv320aic3254为例:
麦克风接入的耦合电容是0.1uf,而耳机耦合电容是47uf。
上图in1和in2接的是麦克风,拾取人声,有效频率为300hz-3.4khz,最低为300hz。查看tlv320aic3254的规格书可知in1/in2的输入阻抗rin最小为10khz,耦合电容取0.1uf,根据高通滤波器公式计算得截止频率为159.2hz。所以0.1uf电容是合理的。
耳机输出端接的是耳机,耳机的阻抗一般为16ω,32ω或64ω。以r=16ω,c=47uf计算得截止频率为211.7hz,也是小于300hz的。这也是为什么接耳机输出要选择这么大电容的原因。
所以,在设计电路的时候,音频耦合电容的值的选取可以这么计算:
第一,确定传输信号的最低有效频率f;
第二,确定后级电路的输入阻抗r;
第三,根据算得c的值;
第四,根据算得c的值选择合适的电容值,一般实际选用的电容值比c大些为好。毕竟截止频率处也是衰减3db的,而且电容一般有20%的偏差。
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