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硅麥音頻放大電路

發(fā)布時(shí)間:2023-08-02 來源:TsinghuaJoking 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】昨天討論并測(cè)試了對(duì)于英飛凌的模擬接口硅麥的放大電路,?并利用LTspice進(jìn)行了仿真測(cè)試,?可以看到它能夠比較好的滿足對(duì)硅麥音頻放大的需要。? 但昨天博文中的電路有兩點(diǎn)缺陷,??一個(gè)就是當(dāng)放大信號(hào)比較大的時(shí)候,單管放大電路會(huì)出現(xiàn)比較大的失真。?第二個(gè)就是昨天給出的電路圖中存在一個(gè)小的BUG,?當(dāng)時(shí)這個(gè)R1忘記在電路圖中給繪制出來,?但在后面的仿真電路中是標(biāo)明的。


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01 硅麥音頻放大


一、簡(jiǎn)介

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昨天討論并測(cè)試了對(duì)于英飛凌的模擬接口硅麥的放大電路,?并利用LTspice進(jìn)行了仿真測(cè)試,?可以看到它能夠比較好的滿足對(duì)硅麥音頻放大的需要。? 但昨天博文中的電路有兩點(diǎn)缺陷,??一個(gè)就是當(dāng)放大信號(hào)比較大的時(shí)候,單管放大電路會(huì)出現(xiàn)比較大的失真。?第二個(gè)就是昨天給出的電路圖中存在一個(gè)小的BUG,?當(dāng)時(shí)這個(gè)R1忘記在電路圖中給繪制出來,?但在后面的仿真電路中是標(biāo)明的。


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為了改進(jìn)上述問題,?本文給出基于軌到軌低壓運(yùn)算放大器的音頻放大電路設(shè)計(jì)方案。


二、電路設(shè)計(jì)

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這里給出了電路設(shè)計(jì)原理圖,?在分析之前,?先討論一下電路設(shè)計(jì)需求。?要求電路增益能夠大于50,?為了能夠充分利用3.3V的電壓范圍,零電平需要在1.625V左右,?電路的頻率范圍大于250至5000Hz。?下面來分析一下這個(gè)電路的電路原理。


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▲ 圖1.2.1 電路設(shè)計(jì)指標(biāo)要求


為了適應(yīng)電路低壓3.3V工作電源的需要,?選擇軌到軌低壓運(yùn)算放大器,?工作電源為單電源3.3V。?電路的靜態(tài)工作點(diǎn),?是由R1,R3決定的,?根據(jù)硅麥的靜態(tài)電壓工作點(diǎn)為1.3V,?可以計(jì)算出運(yùn)放的靜態(tài)工作電壓,?這個(gè)電壓數(shù)值?由這個(gè)公式計(jì)算所得,為1.63V。又可以通過這個(gè)公式反過來選擇合適的R1,R3進(jìn)行設(shè)計(jì)。??下面再分析一下電路的放大倍數(shù)。


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電路的交流放大倍數(shù),?主要是由R1,R2,R3決定。?這是一個(gè)同相放大器,??根據(jù)電路網(wǎng)絡(luò)原理,這里給出了放大倍數(shù)計(jì)算公式,?根據(jù)電路中的器件參數(shù),改電路的交流信號(hào)放大倍數(shù)大約為49.2倍,?基本滿足前面設(shè)計(jì)要求。?這里討論的是交流信號(hào)放大倍數(shù),?其中的隔直電容C1被當(dāng)做交流短路看待。?器件C1,R2的數(shù)值決定了放大電路低頻截止頻率。


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關(guān)于電路的頻率響應(yīng)特性,?可以根據(jù)電路器件參數(shù)進(jìn)行分析,?器件C1,R2是關(guān)鍵。??現(xiàn)有R3,R2,C1的串并聯(lián)獲得負(fù)反饋分壓網(wǎng)絡(luò)電抗XRC數(shù)值,?然后根據(jù)同相放大器增益公式獲得電路的放大倍數(shù),?整理一下它與反饋網(wǎng)絡(luò)R1,R2,R3,C1都有關(guān)系。


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▲ 圖1.2.2 電路幅頻特性


下面通過Python來編程仿真?來獲得放大電路的幅頻特性。?這是計(jì)算的結(jié)果,?可以看到放大電路的低頻截止頻率大約是在100Hz左右,?當(dāng)輸入信號(hào)的頻率大于250Hz之后,增益基本上保持在50倍左右了。


1688119651502062.png▲ 圖1.2.3 放大電路的幅頻特性


三、電路仿真

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在LTspice中搭建相同的電路,?這里給出了輸入輸出的信號(hào)波形,?可以看到電路的零點(diǎn)在1.6V左右,?輸入輸出信號(hào)幅度增益在50上下。


1688119635512373.png▲ 圖1.3.1 電路仿真結(jié)果


總結(jié)

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本文給出了對(duì)于硅麥的音頻放大器的設(shè)計(jì),?通過設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證了它的正確性。


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硅麥音頻運(yùn)放電路設(shè)計(jì)[1]


參考資料


[1] 硅麥音頻運(yùn)放電路設(shè)計(jì): https://www.bilibili.com/video/BV1884y1k7t1/?vd_source=018fb56143bdd99e9082b03b2d65a531


作者:卓晴



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