硅麦音频放大电路

原创 TsinghuaJoking 2022-12-04 13:08

01 麦音频放大

一、简介

  昨天讨论并测试了对于英飞凌的模拟接口硅麦的放大电路, 并利用LTspace进行了仿真测试, 可以看到它能够比较好的满足对硅麦音频放大的需要。  但昨天博文中的电路有两点缺陷,  一个就是当放大信号比较大的时候,单管放大电路会出现比较大的失真。 第二个就是昨天给出的电路图中存在一个小的BUG, 当时这个R1忘记在电路图中给绘制出来, 但在后面的仿真电路中是标明的。

  为了改进上述问题, 本文给出基于轨到轨低压运算放大器的音频放大电路设计方案。

二、电路设计

  这里给出了电路设计原理图, 在分析之前, 先讨论一下电路设计需求。 要求电路增益能够大于50, 为了能够充分利用3.3V的电压范围,零电平需要在1.625V左右, 电路的频率范围大于250至5000Hz。 下面来分析一下这个电路的电路原理。

▲ 图1.2.1 电路设计指标要求


  为了适应电路低压3.3V工作电源的需要, 选择轨到轨低压运算放大器, 工作电源为单电源3.3V。 电路的静态工作点, 是由R1,R3决定的, 根据硅麦的静态电压工作点为1.3V, 可以计算出运放的静态工作电压, 这个电压数值 由这个公式计算所得,为1.63V。又可以通过这个公式反过来选择合适的R1,R3进行设计。  下面再分析一下电路的放大倍数。

  电路的交流放大倍数, 主要是由R1,R2,R3决定。 这是一个同相放大器,  根据电路网络原理,这里给出了放大倍数计算公式, 根据电路中的器件参数,改电路的交流信号放大倍数大约为49.2倍, 基本满足前面设计要求。 这里讨论的是交流信号放大倍数, 其中的隔直电容C1被当做交流短路看待。 器件C1,R2的数值决定了放大电路低频截止频率。

  关于电路的频率响应特性, 可以根据电路器件参数进行分析, 器件C1,R2是关键。  现有R3,R2,C1的串并联获得负反馈分压网络电抗XRC数值, 然后根据同相放大器增益公式获得电路的放大倍数, 整理一下它与反馈网络R1,R2,R3,C1都有关系。

▲ 图1.2.2 电路幅频特性


  下面通过Python来编程仿真 来获得放大电路的幅频特性。 这是计算的结果, 可以看到放大电路的低频截止频率大约是在100Hz左右, 当输入信号的频率大于250Hz之后,增益基本上保持在50倍左右了。

▲ 图1.2.3 放大电路的幅频特性


三、电路仿真

  在LTspace中搭建相同的电路, 这里给出了输入输出的信号波形, 可以看到电路的零点在1.6V左右, 输入输出信号幅度增益在50上下。

▲ 图1.3.1 电路仿真结果


  结 ※

  文给出了对于硅麦的音频放大器的设计, 通过设计和仿真验证了它的正确性。

  硅麦音频运放电路设计[1]

参考资料

[1]

硅麦音频运放电路设计: https://www.bilibili.com/video/BV1884y1k7t1/?vd_source=018fb56143bdd99e9082b03b2d65a531



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