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耳机输出电路中的耦合电容设计

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wowu|  楼主 | 2023-5-29 22:00 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
分析耳机输出电路。

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。
————————————————
版权声明:本文为CSDN博主「m0_61687959」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接:https://blog.csdn.net/m0_61687959/article/details/130221584

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沙发
海滨消消| | 2023-5-30 11:14 | 只看该作者
做硬件,堆经验,刨根问底

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板凳
minzisc| | 2023-6-7 13:14 | 只看该作者
通常被用于将两个电路之间的直流隔离,只允许交流信号通过。

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地板
pmp| | 2023-6-8 13:27 | 只看该作者
耦合电容就是连接第一级信号和第二级信号的电容。

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wilhelmina2| | 2023-6-8 13:45 | 只看该作者
耦合电容是指用于在电路中进行交流信号传输的一种电容。

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6
maqianqu| | 2023-6-13 21:18 | 只看该作者
耦合电容,又称电场耦合或静电耦合

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7
Stahan| | 2023-6-13 23:11 | 只看该作者
MLCC的作用是什么啊?

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8
ingramward| | 2023-6-14 13:26 | 只看该作者
耦合电容器的作用是通交隔直:1、允许通过交流电,传递交流信号。2、阻断直流电,借以抑制共模信号。

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