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        《電子技術應用》
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        車載音頻檢測電路原理
        摘要: 文章分析音頻檢測電路的原理,音頻信號通過該檢測電路,將觸發輸出低電平,使系統自動切換到AUX(輔助輸入)信號源進行播放。
        Abstract:
        Key words :

        0 引言

        目前汽車音響的功能越來越多,從收音、CD到DVD、藍牙、導航等功能,同時AUX(輔助輸入)也是必備的功能,它能將車上用戶的便攜式音響設備如MP3、iPOD輸入到車載音響中進行播放?,F對設計的自動檢測播放電路進行分析說明。

        1 電路組成

        本電路共6部分組成:電源電路、電壓跟隨電路、電壓反相放大電路、低通濾波電路、比較電路、檢測輸出電路。電路圖如圖1所示:

        a.jpg

        2 電路分析

        2.1 電源電路

        電源是由8V和4V組成,8V為運放提供電源,同時用R13和R14分壓產生運算放大器的偏置電壓4V,提供4個運放的輸入偏置電壓。

        2.2 電壓跟隨電路

        在電壓跟隨電路中,運放IC1和IC2起到了電壓跟隨器的作用,將正信號輸入端疊加了直流偏置的信號,無變化地傳到下一級。運放電壓跟隨器中輸入阻抗很大,輸出阻抗很小。由于輸入阻抗很大,輸入的電壓幾乎無損失地傳遞給運放,而輸出阻抗很小,又使輸出的信號幾乎全部傳遞給后面的電路。運放起了很好的緩沖作用,隔斷了后級對輸入信號的影響。

        在PSPICE中用80mV/1kHz正弦信號進行仿真,跟隨電路的輸入和輸出信號見圖2和圖3。

        b.jpg



        2.3 反相電壓放大電路

        電路圖參見圖4。

        該電路(其中R7=R8)對交流信號的放大量可由下面公式推導得出:

        (VIN1-V-)/R7+(VIN2-V-)R8=(V--VOUT)/R9  (1)

        VOUT=VIN1(-R9/R7)+VIN2(-R9/R8) (2)

        VOUT=(VIN1+VIN2)(-R9/R7)(3)

        VOUT/(VIN1+VIN2)=-R9/R7(4)

        對于交流信號可以將偏置電壓等同于地來處理,由式(4)可見調整反相放大器的放大倍數(R9/R7=220k/4.7k=46.8約為33.41dB),可以改變檢測電路的靈敏度。放大倍數絕對值越大,能檢測到的信號的幅度越小,即靈敏度越高,通常AUX的輸入大于100mV,本次仿真用80mV作輸入信號。當輸入信號較大時,即反相放大電路發生了削波,這時對檢測功能也沒有影響,從后面的整流電路原理可知輸出信號的上部對整流才起作用,當上部信號削波時,說明已達到運放的輸出上限,幅度肯定大于未削波的信號的,且本電路只是檢測功能,不必顧及信號的失真,故在發生削波現象時,本電路的檢測功能沒有影響。

        C5是防止低頻噪聲干擾的對策,加了C5后,反相放大器的放大倍數R9/R7中,R9仍為(220k Ω),R7則變成由C5(0.22 μF)和4.7kΩ合成的。電容的容抗為1/(j*w*C),對于低頻信號容抗很大,對于高頻信號接近短路,這樣對于低頻信號放大倍數較大幅度減小,而對于高頻信號放大倍數幾乎不變,起到了抑制低頻干擾信號的作用,防止了誤觸發。圖5是該電路對80mV信號放大后在PSPICE中仿真的輸出:

        d.jpg

        2.4 整流電路

        整流電路由D1、R10、C6組成(參見圖6)。它起到了平緩放大后信號的變化幅度,使它接近直流信號的作用。當V1和V2之間的壓差大于二極管的導通電壓時,二極管導通,對電容C6充電(同時一部分電流流過R10及比較器的輸入阻抗);當V1和V2的壓差小于二極管的導通電壓時,二極管截止,電容上的電荷通過R10(及比較器的輸入阻抗)放電。當放電到V1和V2的壓差再次大于二極管的導通電壓時,二極管導通,又開始充電的過程。該電路就反復地進行這樣的充放電過程。由于R10、C6值都很大,放電的速度很慢,電容電壓接近直流。由微分方程可得,放電時間T=RC1n(Vo/Vt),Vo為放電初始電壓,Vt為放電后的電壓,R為放電通路的電阻值,C為放電的電容值??梢奟,C越大,放電時間越長,即電壓越不容易變化。圖7為整流濾波的仿真輸出。

        e.jpg

        e.jpg


        2.5 比較電路

        整流濾波后的信號V2,輸入到比較器IC4的正信號端,與IC4的負端電壓(V3=Vcc/2=4V))進行比較。當信號電平值大于4V時,比較器輸出高電平(V4接近運放的電源8V),當信號電平值小于4V時,比較器輸出低電平(V4接近0V),該兩個電平將控制后級檢測電路。圖8為AUX輸入信號后經比較器輸出高電平的仿真輸出,圖9為濾波和比較器的仿真輸出信號。

        g.jpg



        2.6 檢測輸出

        比較器輸出高電平后,三極管Q1導通,即Q1集電極輸出被拉低,電路輸出V5為低電平。在本設計中設定低電平為有效,即檢測判斷AUX有音頻輸入。

        請參見圖10,仿真輸出低電平信號:

        i.jpg



        當比較器輸出低電平,Q1截止,8V通過R13與微控芯片(MCU)相應端口的輸入阻抗RMCUIN進行分壓,通常MCU相應端口的輸入阻抗RMCUIN≈ 50kΩ,則輸出高電平可以由如下計算得到:

        h.jpg

        電路輸出高電平5V,MCU檢測為高,判斷AUX無信號輸入。

        這樣MCU檢測到低電平信號后,將自動切換音源從CD或收音到AUX輸入,對AUX信號進行自動播放。



        3 總結

        本電路簡潔有效,可應用在車載音響產品上,進行自動檢測播放,提升了用戶的體驗度。

         

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