電腦輸出聲音轉(zhuǎn)為振動電路與仿真

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

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

對于電路的實用性，我不做探究。僅就電路而言，從我的角度來看，為了實現(xiàn)該功能，需要的知識點(diǎn)比較多。在我的設(shè)計中，我做了以下的考慮：

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

可以通過檢測音頻信號的幅度來判斷是否有聲音，所以用一個峰值檢測電路來檢測一段時間內(nèi)的最高幅度；

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

檢測出來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，比較的結(jié)果通過三極管進(jìn)行電平變換之后驅(qū)動小馬達(dá)，或者直接驅(qū)動小馬達(dá)。

該電路使用的器件有，LM324一個，1uF電容兩個，分別用于高通濾波和峰值檢波。高速開關(guān)二極管1個，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比較大，我想借助該電路跟大家講解以下的知識點(diǎn)：

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

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

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)常會在輸出端和同相輸入端之間加一個電阻。

峰值檢測電路

如果要深究峰值檢測原理，需要利用到微積分知識進(jìn)行電容充放電分析。

我想再說一句，如果要對電容、電感的特性做深入了解，需要在時間域和頻率域?qū)﹄娙荨㈦姼羞M(jìn)行分析。

時間域也就是借助微積分對有電容、電感的電路進(jìn)行求解。

頻率域是通過傅里葉變換之后(實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)知識分析幅度與頻率，相位與頻率的關(guān)系，也就是所說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、開始前的幾個問題

開始前，先來幾個小測試，檢測一下大家的知識掌握水平！

如果C1是1uF，C1對于100Hz的信號而言，阻抗多大？

人能聽見的聲音頻率范圍為20Hz-20kHz，如果C1要讓100Hz以上的信號通過(在100Hz時，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)輸出的音頻信號為1kHz，1V峰峰值時，V2的峰峰值多大？

四、幾個知識點(diǎn)

等效電路圖

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

簡單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，電容的阻抗不是實數(shù)，而是復(fù)數(shù)，不但會影響信號幅度，還會影響信號相位。

根據(jù)圖形，從V1順著電路看，整個電路上的阻抗為R2+Zc+R1，V1電壓除以整個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)，這是一個復(fù)數(shù)，因為這個復(fù)數(shù)與頻率f相關(guān)，也就是信號頻率變化，該比值也會發(fā)生變化，我們一般表示為H(jw)，經(jīng)過一些代入，代簡，我們可以得到一個表達(dá)式

　　審核編輯：湯梓紅