輸入阻抗,輸出阻抗,這兩個參數似乎沒那么重要,但事實并非如此。下面說下我的看法吧。 ? ? ??
一個問題
音頻中的耦合電容從0.1uF-220uF都有,這是有病嗎?都是用作隔離直流的,怎么就不能統一呢?
明白這個問題其實很簡單,我們看信號是如何傳輸就容易明白了。這里就講一個電路的分析方法,或者說是思維方式。 ?
電路分析方法
我們經常會看到各種復雜的電路,如果是新手,可能就蒙了。其實化繁為簡非常簡單:?只需要把電路分兩塊,一邊輸出信號,另外一邊接收信號。姑且把輸出信號的叫輸出模塊,接收信號的叫接收模塊吧。
我們如果搞清楚這個信號在傳輸過程中發生了什么變化,那就什么都明白了。
輸出模塊
對于左邊輸出模塊,我們通常知道輸出的信號是什么,頻率在什么范圍,另外有一個重要的參數就是輸出阻抗,所以電路模型是下面這個
這個很容易看出來,輸出阻抗Zout非常重要了,它衡量了這個模塊的輸出能力。假如輸出模塊是個電源,那么Zout就是電源內阻,必定很小。不然的話,假如Zout=100Ω,接個10Ω負載,結果負載分得的電壓只有電源電壓的十分之一還不到,那還能叫電源嗎?
所以呢,一般對于輸出模塊來說,這個輸出阻抗越小越好。
接收模塊
接收信號的電路太多了,花里胡哨。有的信號輸入到IC芯片,有的信號接到MOS管上面驅動開關,有的接喇叭,等等很多很多類。?我們不管它到底是什么,就用一個Zin來表示,也就是輸入阻抗。應該很容易知道,這個輸入阻抗比較大是有好處的。
我們極端一點,假如輸入阻抗無窮大,也就是開路了,那么不管前面的輸出信號模塊的輸出阻抗是多大,信號都能很好的接收,跟輸出的信號一樣。而往小極端一點,如果輸入無窮小,為0,其實就是接地短路了,那還傳個球的信號。 我們把輸入和輸出接起來,就是下面這個。
總的來說,我們看信號傳輸時會發生哪些變化,只需要在頭腦中將電路等效成這個樣子就好了。 這樣一等效,是不是簡單多了?運用歐姆定律,接收端接收到的信號就出來啦。當然了,有時電路中間串聯有電阻,電容,或者是電感,我們只需在中間加上這些器件即可。 ?
如何分析?舉例1:拿開篇的音頻耦合電容來舉例。
這個是某音頻codec典型電路,音頻輸入MIC管腳串聯的是0.1uF電容,這個電容這么小可以嗎??我們按照前面的方法來分析。
先看輸出模塊
咪頭mic拾取音頻,輸出模擬信號,所以它是前面說的模型中的輸出模塊,它的輸出阻抗是多少呢? 我們隨便找個咪頭規格書看下,說是2.2KΩ,一般咪頭的輸出阻抗也都是差不多的的。
如圖,芯片規格書也提供了咪頭的內部電路,其實就是個FET管放大電路。如果好好學習的話(論大學好好學習的重要性),就知道這個FET管放大電路的輸出阻抗就是那個RL,廠家這個RL是2.2KΩ,所以它就標注輸出阻抗是2.2KΩ。 而我們前面貼出的codec電路用的是1KΩ的電阻,所以實際輸出阻抗是1KΩ,我們就用1KΩ吧。?我們再來看接收模塊。?接收模塊是codec芯片,管腳是它的輸入阻抗是多少呢?我們查看規格,輸入阻抗是20KΩ或者是80KΩ(與配置有關),我們取不利的值,也就是最小的值,20KΩ
輸出模塊和輸入模塊中間有個隔直電容,我們加上這個電容。所以,電路化簡完后就是這樣的了。
其實,這就是個RC高通濾波器,截止頻率為1/2π(Zin+Zout)C。 現在Zin+Zout =20KΩ+1KΩ,C=0.1uF,所以3dB截止頻率為75.8Hz。我們知道,人的聲音頻率范圍是300Hz-3.4Khz,所以可以判斷,這個音頻信號可以很好的傳輸過去了,也就是說電容0.1uF的大小就夠了,如果增大到1uF,截止頻率變為7.58Hz,也沒有問題。不過1uF電容肯定要比0.1uF電容要貴些,選0.1uF更經濟。?這個codec圖中還有個耳機輸出端口,串聯的是220uF的電容,為什么接這么大呢?
對于這個電路,是芯片輸出信號送到耳機。輸出模塊是芯片,接收模塊是耳機 我們先看輸出模塊codec芯片,查看規格書,芯片對應管腳輸出阻抗是16Ω。在看接收端——耳機,耳機的阻抗有16Ω,32Ω,64Ω。我們取最差的(不利于信號接收),也就是16Ω,電路簡化之后電路跟上面是一樣的,我就不畫了 也是個高通濾波器,截止頻率為1/2π(Zin+Zout)C?,F在Zin+Zout=16+16=32Ω,C=220uF,所以3dB截止頻率為22.6Hz。同樣,人聲的300Hz-3.4Khz可以很好的傳過去。如果我們選用10uF電容,那么截止頻率就變為了497.6Hz,顯然,低頻就被衰減了,音頻就不能很好的傳輸了,出現失真。
估計有人會問,220uF太大了,我選用22uF行不行呢?22uF帶入進去,截至頻率是226Hz,也在人的聲音頻率300Hz之外啊,應該可以吧。 這個我想說看自己應用吧,看你放的聲音是什么頻率段的。麥克風拾音一般是人的聲音,在200Hz-3.4K范圍。但是放音就不一定只有人的聲音了,人耳的聽力范圍是20Hz-20Khz,所以最低可以到達20Hz。如果你要求高,一定要最低的頻率也不能衰減,那么就需要220uF的電容。 如果就是為了聽個響,低頻失不失真的無所謂,你搞個22uF也行,甚至10uF也湊合,就是低頻分量被削弱了。 除了這個音頻的例子,我們再看另外一個例子。 ?
舉例2:MOS管柵極串聯電阻的分析
分析方法跟前面說的是一樣的,接收模塊是MOS管,MOS管的輸入電阻可以看成無窮大,但是寄生電容較大,所以它作為接收模塊時,寄生電容站輸入阻抗的主要部分,其輸入阻抗就是電容的阻抗,為1/jwC。 我之所以把這個放到這里,其實主要是想說明一點。輸入阻抗,輸出阻抗,它倆是復阻抗,不僅僅包括電阻,還包括電容和電感。 這個電路以前詳細分析過,就不再說了。 ??很多芯片也會給出相關端口的寄生電容大小,我們要根據實際情況考慮。前面舉的音頻的例子,因為頻率較低,而相關端口的寄生電容也就10pF左右,這個影響是相當小的,所以自然就可以忽略掉電容了。
??結尾
本文主要的目的不在于講一個音頻耦合電容的問題,重點在于分析方法。 如果你碰到一個新的電路,不知道如何下手的時候,不妨按照這個方法試一試。頭腦中簡單建個模,代入輸出阻抗,輸入阻抗。再思索一下所處理的信號是什么,其包含了哪些頻率分量(傅里葉變換)。也許答案就出來了,不用其他人告訴你。 另外,我們現在應該知道,為什么廠家會給出輸入阻抗,輸出阻抗參數了吧。學習模電的時候,為什么要去算那個輸入阻抗,輸出阻抗。因為它們都是有用的。 ?