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电路设计案例:耳机输出电路中的耦合电容设计

朋友让我看一块电路板,分析其耳机输出电路。

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,感兴趣的话留言说一下,我再补充下是怎么推导出来的。

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,请大家指教,期待大家留言讨论!

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2023-03-30 21:32

D1D2压敏电阻口误啊

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电路啊
LV.4
3
2023-03-30 22:25
@电源DIY_无风无雨
D1D2压敏电阻口误啊

是压敏电阻,哪里口误?

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2023-03-31 09:46

打磨之后最好住在水电站边上,声音会比较柔和 ↖(^ω^)↗

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电路啊
LV.4
5
2023-03-31 09:53
@追魂幡℃
打磨之后最好住在水电站边上,声音会比较柔和↖(^ω^)↗

听说用水电来听比较柔和,用火电的话会比较干,哈哈

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2023-03-31 17:33

赞啊

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MACS
LV.2
7
2023-04-08 15:17

D1,D2主要是快速泄放静电的作用,减少耳机线感应的静电产生的丝丝噪音

R1,R3是消振作用,因为耳机是电感性负载,并联10倍值或以上的电阻,对LC振铃产生阻尼,减少音频拖尾,提高音质。

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小笨熊
LV.5
8
2023-04-10 11:19
@电路啊
听说用水电来听比较柔和,用火电的话会比较干,哈哈

这个,火电的确没有水电稳定,蒸汽流没有水流稳定

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POR84
LV.2
9
2023-06-19 15:52
@MACS
D1,D2主要是快速泄放静电的作用,减少耳机线感应的静电产生的丝丝噪音R1,R3是消振作用,因为耳机是电感性负载,并联10倍值或以上的电阻,对LC振铃产生阻尼,减少音频拖尾,提高音质。

两个问题分析的很透则,高手!

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