麦克风是一种用来捕捉声音信号的设备,是大多数电子设备的重要组成部分。麦克风将环境中的声音信号转换为相应的电信号。这些电信号实际上振幅很小,需要放大几百倍才能通过扬声器再现。因此,在普通麦克风和普通扬声器之间有一个多级放大器部分,用于放大麦克风产生的微弱音频信号的电压和功率。
本文讨论的是一个一个简单的电路,可以复制通过扬声器上的麦克风捕捉到的声音信号. 该电路由两级晶体管放大器和一个集成电路构成运算放大器基于扬声器驱动放大器。为了演示它的工作原理,在靠近麦克风的移动电话中播放音乐,并在连接到电路的扬声器中产生同样的、更响亮的音乐。
说明:
麦克风与一个电路相连,该电路有助于耦合麦克风产生的音频信号,以便用于放大。麦克风耦合电路之后是两级基于晶体管的放大器,在放大器之间有一个音量控制器。放大的信号可能没有足够的功率来操作扬声器,因此电压放大的信号也需要电流放大。这是在一个基于运放的放大器电路的帮助下完成的,只增加了音频信号的电流源能力。
图1:通过扬声器上的麦克风捕获的声音信号的电路再现框图
传声器耦合器
麦克风耦合器是一个电路,有助于耦合出微弱的音频信号产生在麦克风。不同类型的麦克风有不同的工作原理,但它们都有一个膜片,根据声音信号振动。当膜片振动时,通过麦克风的电流根据使膜片振动的声音信号的振幅而变化。在这个电路中,使用了一个电容麦克风,可变的电流通过一个电阻,通过这个电阻,由于电流的流动产生了等效的电压。这个电阻上的电压将会有一个直流电压变化的电压加起来。在耦合电容的帮助下,这个变化的电压从直流电压中分离出来,并馈送到下面的放大器电路中。
对于电容式麦克风,大多数电路采用10K电阻和0.1uF耦合电容。
![Circuit Diagram of Microphone Coupler 麦克风耦合器电路图](https://b3van8qm1o7ou9d3b48qdhsg-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2019/07/Circuit-Diagram-of-Microphone-Coupler-1.jpg)
图2:麦克风耦合电路图
一级放大器
在这里,一个单晶体管放大器电路被用作第一级放大器,音频信号耦合从麦克风。这个电路被设计成具有极高的增益,以便音频信号得到足够的放大。晶体管以共发射极结构连接,固定偏置技术用于使晶体管偏置。
图3:一级放大器电路图
随着Rc值的增加,电路增益增加,并且应注意,当没有输入信号时,放大器必须处于静止状态,这意味着在基于晶体管的电路中,没有任何输入信号的输出电压应正好是总电源电压的一半。
这里选择了一个2.2K欧姆的电阻,这将允许超过1毫安的电流流过晶体管和电阻本身与它串联,产生大约2.8伏特的Vce。
Vce = 5 - (2200 * 1mA) = 2.8 V;(几乎静止的电压)
由于期望的输出电流Ic固定在1mA,可以借助晶体管的hfe与输入电流和输出电流的关系来计算将产生输出电流的静态输入电流。hfe通常称为电流增益,由公式给出
hfe=Ic/Ib;其中Ic为输出集电极电流,Ib为输入基极电流
晶体管BC548的hfe最大值为300,将Ic和hfe的值应用于上述方程,Ib可以在4uA左右计算。
基极电阻器Rb上的电压Vb将是静止状态下硅晶体管的电源电压减去0.7伏。这里,由于电源电压为5V,Vb可计算为4.3V。现在,由于电阻器两端的电压Vb和流过电阻器的电流Ib已知,因此可使用欧姆定律计算电阻器的要求值;
Rb = 4.3 V / 4.3 uA = 1M
通常使用0.1uF电容来耦合放大器级之间的音频信号。
音量控制器
这里在晶体管级之间使用的音量控制器是一个简单的电位器,它将衰减第一级放大器的输出,然后再馈送到第二级放大器。这个音量控制器电路有助于保持信号的幅度在第二级放大器电路的输入范围内。
1 k可变电阻器用作音量控制器电路中第一阶段的输出放大器连接到一个终端和第二阶段的输入是通过电容耦合变量从销和第三针是接地。
第二阶段放大器
第二级放大器在设计上与第一级放大器完全相似。该放大器简单地将信号放大更多,在该级的输出端,可以获得足够好的电压放大信号,该信号可以通过以下电流放大电路进行电流放大。
![Circuit Diagram of Second Stage Amplifier 二级放大器电路图](https://b3van8qm1o7ou9d3b48qdhsg-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2019/07/Circuit-Diagram-of-Second-Stage-Amplifier-1.jpg)
图4:
二级放大器电路图
![Circuit of Sound Signals on Breadboard 试验板上的声音信号电路](https://b3van8qm1o7ou9d3b48qdhsg-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2019/07/Circuit-of-Sound-Signals-on-Breadboard.jpg)
图5:试验板上的声音信号电路
输出驱动器和扬声器
输出驱动器
输出驱动器基本上是一个电流放大器,它保持电压不变,但增加了输出信号的电流源能力。输出信号需要非常好的电流源能力,尤其是在输出端使用扬声器时。在这里,一个普通的741运算放大器作为一个单位增益放大器连接,它足以为扬声器提供足够的电流。
![Circuit Diagram of Output Driver 输出驱动器电路图](https://b3van8qm1o7ou9d3b48qdhsg-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2019/07/Circuit-Diagram-of-Output-Driver.jpg)
图6:输出驱动器电路图
![Circuit Setup on Breadboard 试验板上的电路设置](https://b3van8qm1o7ou9d3b48qdhsg-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2019/07/Circuit-Setup-on-Breadboard.jpg)
图7:试验板上的电路设置
扬声器
这里使用的扬声器是非常普通的8欧姆扬声器,最大功率0.5W。
图8:通过扬声器上的麦克风捕获的声音信号的再现电路图
图9:通过带扬声器的麦克风捕捉声音信号的完整电路设计
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了下:电路设计