摘要：文章分析音頻檢測(cè)電路的原理，音頻信號(hào)通過(guò)該檢測(cè)電路，將觸發(fā)輸出低電平，使系統(tǒng)自動(dòng)切換到AUX(輔助輸入)信號(hào)源進(jìn)行播放。
關(guān)鍵詞：電壓跟隨；濾波；放大
0 引言
目前汽車音響的功能越來(lái)越多，從收音、CD到DVD、藍(lán)牙、導(dǎo)航等功能，同時(shí)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(shè)備如MP3、iPOD輸入到車載音響中進(jìn)行播放。現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)的自動(dòng)檢測(cè)播放電路進(jìn)行分析說(shuō)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(cè)輸出電路。電路圖如圖1所示：
2 電路分析
2．1 電源電路
電源是由8V和4V組成，8V為運(yùn)放提供電源，同時(shí)用R13和R14分壓產(chǎn)生運(yùn)算放大器的偏置電壓4V，提供4個(gè)運(yùn)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(yùn)放IC1和IC2起到了電壓跟隨器的作用，將正信號(hào)輸入端疊加了直流偏置的信號(hào)，無(wú)變化地傳到下一級(jí)。運(yùn)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(wú)損失地傳遞給運(yùn)放，而輸出阻抗很小，又使輸出的信號(hào)幾乎全部傳遞給后面的電路。運(yùn)放起了很好的緩沖作用，隔斷了后級(jí)對(duì)輸入信號(hào)的影響。
在PSPICE中用80mV／1kHz正弦信號(hào)進(jìn)行仿真，跟隨電路的輸入和輸出信號(hào)見圖2和圖3。
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(duì)交流信號(hào)的放大量可由下面公式推導(dǎo)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(duì)于交流信號(hào)可以將偏置電壓等同于地來(lái)處理，由式(4)可見調(diào)整反相放大器的放大倍數(shù)(R9／R7=220k／4．7k=46．8約為33．41dB)，可以改變檢測(cè)電路的靈敏度。放大倍數(shù)絕對(duì)值越大，能檢測(cè)到的信號(hào)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(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)較大時(shí)，即反相放大電路發(fā)生了削波，這時(shí)對(duì)檢測(cè)功能也沒(méi)有影響，從后面的整流電路原理可知輸出信號(hào)的上部對(duì)整流才起作用，當(dāng)上部信號(hào)削波時(shí)，說(shuō)明已達(dá)到運(yùn)放的輸出上限，幅度肯定大于未削波的信號(hào)的，且本電路只是檢測(cè)功能，不必顧及信號(hào)的失真，故在發(fā)生削波現(xiàn)象時(shí)，本電路的檢測(cè)功能沒(méi)有影響。
C5是防止低頻噪聲干擾的對(duì)策，加了C5后，反相放大器的放大倍數(shù)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(duì)于低頻信號(hào)容抗很大，對(duì)于高頻信號(hào)接近短路，這樣對(duì)于低頻信號(hào)放大倍數(shù)較大幅度減小，而對(duì)于高頻信號(hào)放大倍數(shù)幾乎不變，起到了抑制低頻干擾信號(hào)的作用，防止了誤觸發(fā)。圖5是該電路對(duì)80mV信號(hào)放大后在PSPICE中仿真的輸出：
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(hào)的變化幅度，使它接近直流信號(hào)的作用。當(dāng)V1和V2之間的壓差大于二極管的導(dǎo)通電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，對(duì)電容C6充電(同時(shí)一部分電流流過(guò)R10及比較器的輸入阻抗)；當(dāng)V1和V2的壓差小于二極管的導(dǎo)通電壓時(shí)，二極管截止，電容上的電荷通過(guò)R10(及比較器的輸入阻抗)放電。當(dāng)放電到V1和V2的壓差再次大于二極管的導(dǎo)通電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，又開始充電的過(guò)程。該電路就反復(fù)地進(jìn)行這樣的充放電過(guò)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(shí)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。可見R，C越大，放電時(shí)間越長(zhǎng)，即電壓越不容易變化。圖7為整流濾波的仿真輸出。
2．5 比較電路
整流濾波后的信號(hào)V2，輸入到比較器IC4的正信號(hào)端，與IC4的負(fù)端電壓(V3=Vcc／2=4V))進(jìn)行比較。當(dāng)信號(hào)電平值大于4V時(shí)，比較器輸出高電平(V4接近運(yùn)放的電源8V)，當(dāng)信號(hào)電平值小于4V時(shí)，比較器輸出低電平(V4接近0V)，該兩個(gè)電平將控制后級(jí)檢測(cè)電路。圖8為AUX輸入信號(hào)后經(jīng)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(hào)。
2．6 檢測(cè)輸出
比較器輸出高電平后，三極管Q1導(dǎo)通，即Q1集電極輸出被拉低，電路輸出V5為低電平。在本設(shè)計(jì)中設(shè)定低電平為有效，即檢測(cè)判斷AUX有音頻輸入。
請(qǐng)參見圖10，仿真輸出低電平信號(hào)：
當(dāng)比較器輸出低電平，Q1截止，8V通過(guò)R13與微控芯片(MCU)相應(yīng)端口的輸入阻抗RMCUIN進(jìn)行分壓，通常MCU相應(yīng)端口的輸入阻抗RMCUIN≈ 50kΩ，則輸出高電平可以由如下計(jì)算得到：
電路輸出高電平5V，MCU檢測(cè)為高，判斷AUX無(wú)信號(hào)輸入。
這樣MCU檢測(cè)到低電平信號(hào)后，將自動(dòng)切換音源從CD或收音到AUX輸入，對(duì)AUX信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)播放。
3 總結(jié)
本電路簡(jiǎn)潔有效，可應(yīng)用在車載音響產(chǎn)品上，進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)播放，提升了用戶的體驗(yàn)度。