簡(jiǎn)單電路限制放大器的輸出

為了使音頻放大器能夠同時(shí)容納響亮和輕柔的聲音，而不會(huì)削波響亮的波形，您可以通過(guò)向標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用電路添加幾個(gè)組件來(lái)實(shí)現(xiàn)非線性傳遞函數(shù)。

這篇文章的類(lèi)似版本出現(xiàn)在 2007 年 8 月 16 日的《電子設(shè)計(jì)》雜志上。

放大人聲是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。最困難的一項(xiàng)是提供足夠的放大，讓說(shuō)話輕聲細(xì)語(yǔ)的人理解，同時(shí)為大聲說(shuō)話的人留出足夠的空間。如果放大太高，大聲的聲音或噪音會(huì)導(dǎo)致音頻波形的削波，從而使隨后的信號(hào)難以理解并且對(duì)耳朵很刺耳。

應(yīng)對(duì)這一困境的一種方法是使用非線性傳遞函數(shù)（圖 1）限制信號(hào)，通過(guò)向標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用電路添加幾個(gè)組件來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)音頻輸入的正峰值或負(fù)峰值超過(guò)背對(duì)背二極管 (D1) 之一的開(kāi)啟電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通并衰減信號(hào)幅度的任何進(jìn)一步增加。電阻器 R1 和 R2 添加了一個(gè)串聯(lián)阻抗，以防止音頻源過(guò)度加載。

小信號(hào)二極管網(wǎng)絡(luò)限制放大器的輸出電壓。

在正常工作期間，輸入音頻幾乎不會(huì)受到二極管網(wǎng)絡(luò)的衰減，而 U1 MAX9700A) 的高輸入阻抗可防止由于較高的源阻抗而導(dǎo)致衰減。隨著輸入幅度的增加，傳遞函數(shù)會(huì)發(fā)生變化，如輸出幅度與輸入幅度的關(guān)系圖所示（圖 2）。如您所見(jiàn)，輸出跟蹤低電平信號(hào)的輸入，當(dāng)輸入電平高于 0.5VRMS 時(shí)，電路增益會(huì)降低。增益壓縮與峰值輸出電壓無(wú)關(guān)，如對(duì)各種電源電壓的響應(yīng)所示。

圖 1 中二極管網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)衰減通過(guò)導(dǎo)致較高幅度輸入的非線性傳輸來(lái)防止輸出削波。請(qǐng)注意，“3.3V 帶鉗位”和“5V 帶鉗位”具有相同的響應(yīng)，因此重疊。此外，即使沒(méi)有鉗位，“2.5V”和“3.3V”也會(huì)由于擺動(dòng)限制而顯示壓縮。

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