電腦輸出聲音轉(zhuǎn)為振動(dòng)電路與仿真

一、今天我跟大家介紹一個(gè)將電腦輸出的聲音轉(zhuǎn)變?yōu)檎駝?dòng)的電路，并進(jìn)行仿真；

該電路的想法來(lái)自于今日頭條的一個(gè)網(wǎng)友的提問(wèn)。電路的功能為將電腦的音頻輸出口輸出的聲音信號(hào)進(jìn)行一些處理，然后驅(qū)動(dòng)小馬達(dá)產(chǎn)生振動(dòng)，提醒睡著的人，同時(shí)又不打擾到別人；

對(duì)于電路的實(shí)用性，我不做探究。僅就電路而言，從我的角度來(lái)看，為了實(shí)現(xiàn)該功能，需要的知識(shí)點(diǎn)比較多。在我的設(shè)計(jì)中，我做了以下的考慮：

音頻信號(hào)都是交流信號(hào)，所以需要進(jìn)行隔直，只讓有效的交流信號(hào)通過(guò)，避免電路與電腦主機(jī)之間的直流信號(hào)相互影響。所以通過(guò)電阻、電容搭建一個(gè)高通濾波電路，阻斷直流以及低頻交流。

可以通過(guò)檢測(cè)音頻信號(hào)的幅度來(lái)判斷是否有聲音，所以用一個(gè)峰值檢測(cè)電路來(lái)檢測(cè)一段時(shí)間內(nèi)的最高幅度；

電腦輸出的音頻信號(hào)為最高1V的峰值，一般情況下，可能也就幾百mV，而開(kāi)關(guān)二極管的導(dǎo)通電壓也在600mV左右，所以輸出的音頻信號(hào)直接接到開(kāi)關(guān)二極管進(jìn)行檢測(cè)，可能會(huì)無(wú)法讓開(kāi)關(guān)二極管正常導(dǎo)通，從而無(wú)法檢測(cè)出峰值。從而，我們需要一級(jí)的運(yùn)放電路，將信號(hào)進(jìn)行適度放大。

檢測(cè)出來(lái)的峰值與固定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，如果高于該基礎(chǔ)電壓，則可認(rèn)為有音頻信號(hào)，比較的結(jié)果通過(guò)三極管進(jìn)行電平變換之后驅(qū)動(dòng)小馬達(dá)，或者直接驅(qū)動(dòng)小馬達(dá)。

該電路使用的器件有，LM324一個(gè)，1uF電容兩個(gè)，分別用于高通濾波和峰值檢波。高速開(kāi)關(guān)二極管1個(gè)，用于峰值檢峰，以及電阻若干。

如右下圖所示的整理電路圖，第一部分為峰值高通濾波電路，第二部分為運(yùn)算放大電路，第三部分為峰值檢波電小，第四部分為比較器電路。

整體電路圖

二、正如剛才所言，本電路涉及的電子電路知識(shí)比較大，我想借助該電路跟大家講解以下的知識(shí)點(diǎn)：

R、C高通濾波器，電路很簡(jiǎn)單，一個(gè)電容，一個(gè)電阻，但是分析起來(lái)卻不容易，即使只需要高中的復(fù)數(shù)相關(guān)知識(shí)。

運(yùn)算放大電路，我不想過(guò)多講述原理，只是想通過(guò)理論和仿真講解一下放大倍數(shù)的計(jì)算。

比較器的輸出端和同相端，反相端的關(guān)系，以及在比較器電路中為什么經(jīng)常會(huì)在輸出端和同相輸入端之間加一個(gè)電阻。

峰值檢測(cè)電路

如果要深究峰值檢測(cè)原理，需要利用到微積分知識(shí)進(jìn)行電容充放電分析。

我想再說(shuō)一句，如果要對(duì)電容、電感的特性做深入了解，需要在時(shí)間域和頻率域?qū)﹄娙?、電感進(jìn)行分析。

時(shí)間域也就是借助微積分對(duì)有電容、電感的電路進(jìn)行求解。

頻率域是通過(guò)傅里葉變換之后(實(shí)際上不需要太深入了解傅里葉變換），只需要記得電容，電感與頻率相關(guān)的阻抗公式，根據(jù)電路原理進(jìn)行電路求解，再根據(jù)高中所學(xué)的復(fù)數(shù)知識(shí)分析幅度與頻率，相位與頻率的關(guān)系，也就是所說(shuō)的幅頻特性和相頻特性。

高通濾波電路

在multisim軟件方面，除了從庫(kù)中拖放器件，根據(jù)原理圖連線等基本技能之外，我這里還將介紹示波器、波特圖儀的使用。

三、開(kāi)始前的幾個(gè)問(wèn)題

開(kāi)始前，先來(lái)幾個(gè)小測(cè)試，檢測(cè)一下大家的知識(shí)掌握水平！

如果C1是1uF，C1對(duì)于100Hz的信號(hào)而言，阻抗多大？

人能聽(tīng)見(jiàn)的聲音頻率范圍為20Hz-20kHz，如果C1要讓100Hz以上的信號(hào)通過(guò)(在100Hz時(shí)，即V2比V1縮小一半），R1選擇了10k，C1應(yīng)該怎么選擇？

從電腦主機(jī)輸出的音頻信號(hào)為1kHz，1V峰峰值時(shí)，V2的峰峰值多大？

四、幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)

等效電路圖

電容C1的阻抗Zc為1/（2pifC1j），這個(gè)阻抗公式是通過(guò)傅里葉變換推導(dǎo)出來(lái)的，大家只需要記住即可。

簡(jiǎn)單RC組成高通濾波電路可以等效為電阻分壓電路，與電阻分壓不同的是，電容的阻抗不是實(shí)數(shù)，而是復(fù)數(shù)，不但會(huì)影響信號(hào)幅度，還會(huì)影響信號(hào)相位。

根據(jù)圖形，從V1順著電路看，整個(gè)電路上的阻抗為R2+Zc+R1，V1電壓除以整個(gè)電路上的阻抗就是流經(jīng)R2,Zc, R1的電流，電流等于V1/(R2+Zc+R1)。既然流過(guò)R1的電流知道了，很容易算出R1的電壓V2=V1/(R2+Zc+R1)*R1;所以V2/V1=R1/(R2+Zc+R1)，這是一個(gè)復(fù)數(shù)，因?yàn)檫@個(gè)復(fù)數(shù)與頻率f相關(guān)，也就是信號(hào)頻率變化，該比值也會(huì)發(fā)生變化，我們一般表示為H(jw)，經(jīng)過(guò)一些代入，代簡(jiǎn)，我們可以得到一個(gè)表達(dá)式

　　審核編輯：湯梓紅