硅麥音頻放大電路

昨天討論并測試了對于英飛凌的模擬接口硅麥的放大電路，?并利用LTspice進行了仿真測試，?可以看到它能夠比較好的滿足對硅麥音頻放大的需要。? 但昨天博文中的電路有兩點缺陷，??一個就是當放大信號比較大的時候，單管放大電路會出現比較大的失真。?第二個就是昨天給出的電路圖中存在一個小的BUG，?當時這個R1忘記在電路圖中給繪制出來，?但在后面的仿真電路中是標明的。

01 硅麥音頻放大

一、簡介

昨天討論并測試了對于英飛凌的模擬接口硅麥的放大電路，?并利用LTspice進行了仿真測試，?可以看到它能夠比較好的滿足對硅麥音頻放大的需要。? 但昨天博文中的電路有兩點缺陷，??一個就是當放大信號比較大的時候，單管放大電路會出現比較大的失真。?第二個就是昨天給出的電路圖中存在一個小的BUG，?當時這個R1忘記在電路圖中給繪制出來，?但在后面的仿真電路中是標明的。

為了改進上述問題，?本文給出基于軌到軌低壓運算放大器的音頻放大電路設計方案。

二、電路設計

這里給出了電路設計原理圖，?在分析之前，?先討論一下電路設計需求。?要求電路增益能夠大于50，?為了能夠充分利用3.3V的電壓范圍，零電平需要在1.625V左右，?電路的頻率范圍大于250至5000Hz。?下面來分析一下這個電路的電路原理。

▲ 圖1.2.1 電路設計指標要求

為了適應電路低壓3.3V工作電源的需要，?選擇軌到軌低壓運算放大器，?工作電源為單電源3.3V。?電路的靜態工作點，?是由R1,R3決定的，?根據硅麥的靜態電壓工作點為1.3V，?可以計算出運放的靜態工作電壓，?這個電壓數值?由這個公式計算所得，為1.63V。又可以通過這個公式反過來選擇合適的R1,R3進行設計。??下面再分析一下電路的放大倍數。

電路的交流放大倍數，?主要是由R1,R2,R3決定。?這是一個同相放大器，??根據電路網絡原理，這里給出了放大倍數計算公式，?根據電路中的器件參數，改電路的交流信號放大倍數大約為49.2倍，?基本滿足前面設計要求。?這里討論的是交流信號放大倍數，?其中的隔直電容C1被當做交流短路看待。?器件C1，R2的數值決定了放大電路低頻截止頻率。

關于電路的頻率響應特性，?可以根據電路器件參數進行分析，?器件C1，R2是關鍵。??現有R3,R2,C1的串并聯獲得負反饋分壓網絡電抗XRC數值，?然后根據同相放大器增益公式獲得電路的放大倍數，?整理一下它與反饋網絡R1,R2,R3,C1都有關系。

▲ 圖1.2.2 電路幅頻特性

下面通過Python來編程仿真?來獲得放大電路的幅頻特性。?這是計算的結果，?可以看到放大電路的低頻截止頻率大約是在100Hz左右，?當輸入信號的頻率大于250Hz之后，增益基本上保持在50倍左右了。

▲ 圖1.2.3 放大電路的幅頻特性

三、電路仿真

在LTspice中搭建相同的電路，?這里給出了輸入輸出的信號波形，?可以看到電路的零點在1.6V左右，?輸入輸出信號幅度增益在50上下。

▲ 圖1.3.1 電路仿真結果

總結

本文給出了對于硅麥的音頻放大器的設計，?通過設計和仿真驗證了它的正確性。

硅麥音頻運放電路設計[1]

參考資料

[1] 硅麥音頻運放電路設計: https://www.bilibili.com/video/BV1884y1k7t1/?vd_source=018fb56143bdd99e9082b03b2d65a531

作者：卓晴