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          深入淺出理解輸入輸出阻抗(有案例、好懂)

          作者: 時(shí)間:2024-06-21 來源: 收藏
          一個(gè)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(tǒng)一呢?

          深入淺出理解輸入輸出阻抗(有案例、好懂)

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202406/460145.htm

          明白這個(gè)問題其實(shí)很簡(jiǎn)單,我們看信號(hào)是如何傳輸就容易明白了。這里就講一個(gè)電路的分析方法,或者說是思維方式。
           
          電路分析方法

          我們經(jīng)常會(huì)看到各種復(fù)雜的電路,如果是新手,可能就蒙了。其實(shí)化繁為簡(jiǎn)非常簡(jiǎn)單:

          只需要把電路分兩塊,一邊輸出信號(hào),另外一邊接收信號(hào)。姑且把輸出信號(hào)的叫輸出模塊,接收信號(hào)的叫接收模塊吧。

          深入淺出理解輸入輸出阻抗(有案例、好懂)

          我們?nèi)绻闱宄@個(gè)信號(hào)在傳輸過程中發(fā)生了什么變化,那就什么都明白了。

          輸出模塊

          對(duì)于左邊輸出模塊,我們通常知道輸出的信號(hào)是什么,頻率在什么范圍,另外有一個(gè)重要的參數(shù)就是輸出,所以電路模型是下面這個(gè)

          深入淺出理解輸入輸出阻抗(有案例、好懂)

          這個(gè)很容易看出來,輸出Zout非常重要了,它衡量了這個(gè)模塊的輸出能力。假如輸出模塊是個(gè)電源,那么Zout就是電源內(nèi)阻,必定很小。不然的話,假如Zout=100Ω,接個(gè)10Ω負(fù)載,結(jié)果負(fù)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?

          深入淺出理解輸入輸出阻抗(有案例、好懂)

          所以呢,一般對(duì)于輸出模塊來說,這個(gè)輸出越小越好。

          接收模塊

          接收信號(hào)的電路太多了,花里胡哨。有的信號(hào)輸入到IC芯片,有的信號(hào)接到MOS管上面驅(qū)動(dòng)開關(guān),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(gè)Zin來表示,也就是輸入阻抗。應(yīng)該很容易知道,這個(gè)輸入阻抗比較大是有好處的。

          深入淺出理解輸入輸出阻抗(有案例、好懂)

          我們極端一點(diǎn),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(hào)模塊的輸出阻抗是多大,信號(hào)都能很好的接收,跟輸出的信號(hào)一樣。而往小極端一點(diǎn),如果輸入無窮小,為0,其實(shí)就是接地短路了,那還傳個(gè)球的信號(hào)。

          我們把輸入和輸出接起來,就是下面這個(gè)。

          深入淺出理解輸入輸出阻抗(有案例、好懂)

          總的來說,我們看信號(hào)傳輸時(shí)會(huì)發(fā)生哪些變化,只需要在頭腦中將電路等效成這個(gè)樣子就好了。

          這樣一等效,是不是簡(jiǎn)單多了?運(yùn)用歐姆定律,接收端接收到的信號(hào)就出來啦。當(dāng)然了,有時(shí)電路中間串聯(lián)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。

          深入淺出理解輸入輸出阻抗(有案例、好懂)

          這個(gè)是某音頻codec典型電路,音頻輸入MIC管腳串聯(lián)的是0.1uF電容,這個(gè)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(hào),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(gè)咪頭規(guī)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。

          深入淺出理解輸入輸出阻抗(有案例、好懂)

          如圖,芯片規(guī)格書也提供了咪頭的內(nèi)部電路,其實(shí)就是個(gè)FET管放大電路。如果好好學(xué)習(xí)的話(論大學(xué)好好學(xué)習(xí)的重要性),就知道這個(gè)FET管放大電路的輸出阻抗就是那個(gè)RL,廠家這個(gè)RL是2.2KΩ,所以它就標(biāo)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(shí)際輸出阻抗是1KΩ,我們就用1KΩ吧。

          我們?cè)賮砜唇邮漳K。

          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(guī)格,輸入阻抗是20KΩ或者是80KΩ(與配置有關(guān)),我們?nèi)〔焕闹担簿褪亲钚〉闹担?0KΩ

          深入淺出理解輸入輸出阻抗(有案例、好懂)

          輸出模塊和輸入模塊中間有個(gè)隔直電容,我們加上這個(gè)電容。所以,電路化簡(jiǎn)完后就是這樣的了。

          深入淺出理解輸入輸出阻抗(有案例、好懂)

          其實(shí),這就是個(gè)RC高通濾波器,截止頻率為1/2π(Zin+Zout)C。

          現(xiàn)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(gè)音頻信號(hào)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?yōu)?.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(jīng)濟(jì)。

          這個(gè)codec圖中還有個(gè)耳機(jī)輸出端口,串聯(lián)的是220uF的電容,為什么接這么大呢?

          深入淺出理解輸入輸出阻抗(有案例、好懂)

          對(duì)于這個(gè)電路,是芯片輸出信號(hào)送到耳機(jī)。輸出模塊是芯片,接收模塊是耳機(jī)

          我們先看輸出模塊codec芯片,查看規(guī)格書,芯片對(duì)應(yīng)管腳輸出阻抗是16Ω。在看接收端——耳機(jī),耳機(jī)的阻抗有16Ω,32Ω,64Ω。我們?nèi)∽畈畹模ú焕谛盘?hào)接收),也就是16Ω,電路簡(jiǎn)化之后電路跟上面是一樣的,我就不畫了

          也是個(gè)高通濾波器,截止頻率為1/2π(Zin+Zout)C?,F(xiàn)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?yōu)榱?97.6Hz,顯然,低頻就被衰減了,音頻就不能很好的傳輸了,出現(xiàn)失真。

          估計(jì)有人會(huì)問,220uF太大了,我選用22uF行不行呢?22uF帶入進(jìn)去,截至頻率是226Hz,也在人的聲音頻率300Hz之外啊,應(yīng)該可以吧。

          這個(gè)我想說看自己應(yīng)用吧,看你放的聲音是什么頻率段的。麥克風(fēng)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(dá)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(gè)響,低頻失不失真的無所謂,你搞個(gè)22uF也行,甚至10uF也湊合,就是低頻分量被削弱了。

          除了這個(gè)音頻的例子,我們?cè)倏戳硗庖粋€(gè)例子。

          舉例2:MOS管柵極串聯(lián)電阻的分析

          深入淺出理解輸入輸出阻抗(有案例、好懂)

          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(shí),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(gè)放到這里,其實(shí)主要是想說明一點(diǎn)。輸入阻抗,輸出阻抗,它倆是復(fù)阻抗,不僅僅包括電阻,還包括電容和電感。

          這個(gè)電路以前詳細(xì)分析過,就不再說了,想看下具體分析的話,可以點(diǎn)下面這個(gè)鏈接
          【LC串聯(lián)諧振的意義】

          很多芯片也會(huì)給出相關(guān)端口的寄生電容大小,我們要根據(jù)實(shí)際情況考慮。前面舉的音頻的例子,因?yàn)轭l率較低,而相關(guān)端口的寄生電容也就10pF左右,這個(gè)影響是相當(dāng)小的,所以自然就可以忽略掉電容了。
           
          結(jié)尾

          本文主要的目的不在于講一個(gè)音頻耦合電容的問題,重點(diǎn)在于分析方法。

          如果你碰到一個(gè)新的電路,不知道如何下手的時(shí)候,不妨按照這個(gè)方法試一試。頭腦中簡(jiǎn)單建個(gè)模,代入輸出阻抗,輸入阻抗。再思索一下所處理的信號(hào)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(xiàn)在應(yīng)該知道,為什么廠家會(huì)給出輸入阻抗,輸出阻抗參數(shù)了吧。學(xué)習(xí)模電的時(shí)候,為什么要去算那個(gè)輸入阻抗,輸出阻抗。因?yàn)樗鼈兌际怯杏玫摹?/section>



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