CN106973340A - 一种音频限幅电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种音频限幅电路，该音频限幅电路包括取样电路、放大电路、整流电路、延时调整电路、阻抗匹配电路及光敏电阻；所述取样电路用于对输入的音频信号进行取样，将取样的音频信号输出到放大电路，通过放大电路对取样的音频信号进行放大后输出到整流电路，通过整流电路对放大后的音频信号进行整流后输出到延时调整电路，通过延时调整电路调整音频信号的限幅起控以及限幅释放的时间，并将限幅调整后的音频信号输出至光敏电阻进行分流。该方案用光敏电阻加驱动的方式来解决以往限幅电路限幅幅度有限且存在着各种失真的问题。

Description

一种音频限幅电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种音频限幅电路。

背景技术

随着社会的发展，人们对声音的品质要求越来越高，不但要求需要大的动态范围，而且对声音的失真的容忍门限也越来越低。因为音频是一个持续变动的信号，且输入信号的幅度也是在不断变化的，但是对于功放或喇叭来说，其自身的放大功率及所能承受的功率是有限的，由于音频信号的复杂性，很难确保电压或电流不会超过最大值，有限的功率对于大动态的信号，在实际应用过程中，必然会产生各种削顶、过载失真，造成波形的畸变，使声音的品质急剧降低，严重的都有可能直接损坏功放或喇叭。

因此在音频信号放大电路中，必然需要加入限幅电路，但是在目前的音频限幅电路中，一种极其简单，只采用了二极管或三极管作为限幅，而二极管或三极管作为非线性元件门限有限，必然会使限幅的幅度有限以及导致各种非线性失真；另一种采用数字信号处理对声音进行处理、并加入限幅，在这样的一套复杂的系统中，声音经过各种转换、处理，难免会存在细节丢失以及各种杂音的混入，而且成本高昂，另外由于数字信号处理的供电所限制，对于限幅的幅度也很有限。

发明内容

为了克服现有的相关产品的所有不足，本发明提出一种音频限幅电路，用光敏电阻加驱动的方式来解决以往限幅电路限幅幅度有限且存在着各种失真的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明所提供的一种音频限幅电路，包括：取样电路、放大电路、整流电路、延时调整电路及光敏电阻；所述取样电路一端接音频输入，另一端分别与放大电路及光敏电阻连接；所述放大电路的一端接取样电路，另一端与整流电路的一端连接；所述整流电路的另一端与延时调整电路的一端连接；所述延时调整电路的另一端与光敏电阻连接；所述取样电路用于对输入的音频信号进行取样，将取样的音频信号输出到放大电路，通过放大电路对取样的音频信号进行放大后输出到整流电路，通过整流电路对放大后的音频信号进行整流后输出到延时调整电路，通过延时调整电路调整音频信号的限幅起控以及限幅释放的时间，并将限幅调整后的音频信号输出至光敏电阻进行分流。

作为本发明的进一步改进，所述的取样电路，包含电阻R1以及光敏电阻的部分电阻边，电阻R1一端接音频输入，另一端连接光敏电阻以及放大电路。

作为本发明的进一步改进，所述的放大电路，包含电阻R4、R5、R6、电容C2、运算放大器U1-B，运算放大器U1-B的第5脚连接到R1以及光敏电阻；运算放大器U1-B的第6脚连接到电阻R4、R5、R6；运算放大器U1-B的第7脚连接到电容C2、电阻R6以及整流电路；电容C2与电阻R5串联，C2与R5的串联电路一端接电阻R6以及运算放大器U1-B的第6脚，另一端连接到电阻R6的另一端以及运算放大器U1-B的第7脚；电阻R6一端接运算放大器U1-B的第7脚以及整流电路，另一端接运算放大器U1-B的第6脚；电阻R4一端接运算放大器U1-B的第6脚，另一端接地。

作为本发明的进一步改进，所述的整流电路，包含二极管D1、D2、D3、D4，二极管D1的正极接D2的负极以及运算放大器U1-B的第7脚，D1的负极接D3的负极以及延时调整电路；二极管D2的正极接D4的正极以及延时调整电路和光敏电阻，D2的负极接D1的正极以及运算放大器U1-B的第7脚；二极管D3的正极接地，负极接D1的负极以及延时调整电路；二极管D4的正极接D2的正极以及延时调整电路和光敏电阻，负极接地。

作为本发明的进一步改进，所述的延时调整电路，包含电阻R7、R8、R9以及电解电容C1，电阻R7的一端接D3及D1的负极，另一端接电阻R8、R9的一端以及电解电容C1的正极；电阻R8与电解电容C1并联，一端接电阻R7、R9，另一端接二极管D2、D4的正极以及光敏电阻；电阻R9的一端接电阻R7、R8以及电解电容C1的正极，另一端接光敏电阻。

作为本发明的进一步改进，所述的光敏电阻，包含受光强度控制的电阻以及一个发光二极管LED，光敏电阻OPT1的第1脚接电阻R9的一端；第2脚接接二极管D2、D4的正极、电阻R8的一端和电解电容C1的负极；第3脚接地；第4脚接电阻R1的一端、运算放大器U1-A的第3脚以及运算放大器U1-B的第5脚；所述第3脚和第4脚在取样电路内。

作为本发明的进一步改进，所述的音频限幅电路还可以包括阻抗匹配电路，所述阻抗匹配电路一端接取样电路和放大电路，另一端接音频输出设备。

作为本发明的进一步改进，所述的阻抗匹配电路，包含运算放大器U1-A、以及电阻R2、R3；所述运算放大器U1-A的第1脚接电阻R2的一端及音频输出设备；运算放大器U1-A的第2脚接电阻R2和R3；运算放大器U1-A的第3脚接电阻R1、光敏电阻的第4脚以及运算放大器U1-B的第5脚；电阻R2的一端接运算放大器U1-A的第一脚以及音频输出设备，另一端接运算放大器U1-A的第2脚以及电阻R3的一端；电阻R3的一端接运算放大器U1-A的第2脚，另一端接地。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

1、采用的光敏电阻实现了音频信号的限幅，在信号通路中，没有任何的非线性元件，如二极管、三极管等，从而避免了各种非线性失真，也不存在各种二极管、三极管的导通截止电压的限制，所以限幅的幅度非常大，避免了各种削顶失真。

2、用非常简洁的电路实现了无失真限幅，一方面节省了成本，另一方面也避免了复杂的电路所带来的音质损失。

附图说明

图1为本发明音频限幅电路原理框图；

图2为本发明音频限幅电路电路原理图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

参阅图1所示，所述音频限幅电路包括取样电路、放大电路、整流电路、延时调整电路及光敏电阻；所述取样电路一端接音频输入，另一端分别与放大电路及光敏电阻连接；所述放大电路的一端接取样电路，另一端与整流电路的一端连接；所述整流电路的另一端与延时调整电路的一端连接；所述延时调整电路的另一端与光敏电阻连接。

所述的音频限幅电路还可以包括阻抗匹配电路，所述阻抗匹配电路一端接取样电路和放大电路，另一端接音频输出设备。

音频信号从取样电路输入，一路到阻抗匹配电路经过匹配后输出；所述取样电路用于对输入的音频信号进行取样，将取样的音频信号输出到放大电路，通过放大电路对取样的音频信号进行放大后输出到整流电路，通过整流电路对放大后的音频信号进行整流后输出到延时调整电路，通过延时调整电路调整音频信号的限幅起控以及限幅释放的时间，并将限幅调整后的音频信号输出至光敏电阻进行分流。

参阅图2所示，所述的取样电路，包含电阻R1以及光敏电阻的部分电阻边，电阻R1一端接音频输入，另一端连接光敏电阻、阻抗匹配电路以及放大电路；所述取样电路用于对输入的音频信号进行取样。

所述的放大电路，包含电阻R4、R5、R6、电容C2、运算放大器U1-B，运算放大器U1-B的第5脚连接到R1、阻抗匹配电路以及光敏电阻；运算放大器U1-B的第6脚连接到电阻R4、R5、R6；运算放大器U1-B的第7脚连接到电容C2、电阻R6以及整流电路；电容C2与电阻R5串联，C2与R5的串联电路一端接电阻R6以及运算放大器U1-B的第6脚，另一端连接到电阻R6的另一端以及运算放大器U1-B的第7脚；电阻R6一端接运算放大器U1-B的第7脚以及整流电路，另一端接运算放大器U1-B的第6脚；电阻R4一端接运算放大器U1-B的第6脚，另一端接地；所述放大电路用于对取样后的音频信号进行放大，以让信号有足够的幅度去驱动光敏电阻。

所述的整流电路，包含二极管D1、D2、D3、D4，二极管D1的正极接D2的负极以及运算放大器U1-B的第7脚，D1的负极接D3的负极以及延时调整电路；二极管D2的正极接D4的正极以及延时调整电路和光敏电阻，D2的负极接D1的正极以及运算放大器U1-B的第7脚；二极管D3的正极接地，负极接D1的负极以及延时调整电路；二极管D4的正极接D2的正极以及延时调整电路和光敏电阻，负极接地；所述整流电路用于对放大后的信号进行整流，把交流信号变成正负半周分开的信号。

所述的延时调整电路，包含电阻R7、R8、R9以及电解电容C1，电阻R7的一端接D3及D1的负极，另一端接电阻R8、R9的一端以及电解电容C1的正极；电阻R8与电解电容C1并联，一端接电阻R7、R9，另一端接二极管D2、D4的正极以及光敏电阻；电阻R9的一端接电阻R7、R8以及电解电容C1的正极，另一端接光敏电阻；所述延时调整电路用于对音频信号的限幅起控时间以及限幅释放时间进行调整。

所述的光敏电阻，包含受光强度控制的电阻以及一个发光二极管LED，光敏电阻OPT1的第1脚接电阻R9的一端；第2脚接二极管D2、D4的正极、电阻R8的一端和电解电容C1的负极；第3脚接地；第4脚接电阻R1的一端、运算放大器U1-A的第3脚以及运算放大器U1-B的第5脚；所述第3脚和第4脚在取样电路内；所述光敏电阻用于控制信号幅度的大小。

所述的阻抗匹配电路，包含运算放大器U1-A、以及电阻R2、R3；所述运算放大器U1-A的第1脚接电阻R2的一端及音频输出设备；运算放大器U1-A的第2脚接电阻R2和R3；运算放大器U1-A的第3脚接电阻R1、光敏电阻的第4脚以及运算放大器U1-B的第5脚；电阻R2的一端接运算放大器U1-A的第一脚以及音频输出设备，另一端接运算放大器U1-A的第2脚以及电阻R3的一端；电阻R3的一端接运算放大器U1-A的第2脚，另一端接地；所述阻抗匹配电路是一个电压串联负反馈，输入阻抗大、输出阻抗小，减小了后级负载电路对音频限幅电路的影响，同时也提高了音频限幅电路的带负载能力。

所述的音频限幅电路工作过程如下：

音频信号输入到取样电路，从R1输出，然后分为三路：一路输入到阻抗匹配电路；一路输入到放大电路；另一路输入到光敏电阻的电阻端，光敏电阻对输入信号进行分流。

输入到放大电路的一路进入运算放大器U1-B的第5脚，U1-B与电阻R4、R5、R6、电容C1组成一个同相电压放大电路，通过调整电阻R6与R4的比值可以调整放大电路的放大倍数；R6越大，则放大倍数越大，输出的信号幅度也越大，经过整流后的电压也会越高，可以更快的达到光敏电阻的LED的导通门限，从而调整了限幅电路的阀值。即通过调整放大电路的放大倍数来调整限幅的阀值：放大倍数越大，输入很小的信号就能使光敏电阻的LED导通，限幅的阀值就越小；放大倍数越小，需要输入更大的信号才能使光敏电阻的LED导通，限幅的阀值就越高；另外C2和R5串联，该串联电路与U1-B的第6脚及第7脚并联，该电路结构可以防止放大电路自激。

音频信号经过放大电路放大后，输出到整流电路。所述整流电路是由二极管D1、D2、D3、D4组成的一个桥式整流电路，把音频信号由交流变为一个正负半周分离的信号，正半周的信号通过延时调整电路送到光敏电阻OPT1的LED的正极，负半周的信号送到光敏电阻的LED的负极，从而驱动LED进行发光。

音频信号经过整流电路后产生的正负半周分离的信号，输出到延时调整电路，信号的正半周通过电阻R7对电解电容C1进行充电后，再通过电阻R9送到光敏电阻OPT1的LED的正极，信号的负半周直接连到光敏电阻OPT1的LED的负极，从而驱动LED进行发光。其中，可以通过调整电阻R7阻值的大小，来调整电解电容C1的充电时间，R7阻值越大，C1的充电就越慢，光敏电阻OPT1的LED就越慢导通，R7阻值越小，C1的充电就越快，光敏电阻OPT1的LED就越快导通，从而达到了调整限幅起控时间的目的。另一方面，可以调整电阻R8的阻值的大小，来调整电解电容C1的放电时间，R8阻值越大，C1的放电就越慢，光敏电阻OPT1的LED导通时间就越长，R8阻值越小，C1的放电就越快，光敏电阻OPT1的LED导通时间就越短，从而达到了调整限幅释放时间的目的。所述电阻R9与光敏电阻OPT1的LED串联，可以限制通过光敏电阻OPT1的LED的电流，从而起到保护LED的目的。

音频信号经过放大、整流并通过延时调整电路后，输入到了光敏电阻OPT1LED的两端。所述光敏电阻的阻值受输入信号幅度的影响，信号的幅度越大，LED发光的强度就越亮，光敏电阻的阻值就越小，输入的信号就会更多通过光敏电阻分流到地，输出的信号也就相应的变小；信号的幅度越小，LED发光的强度就越弱，光敏电阻的阻值就越大，输入信号就会更少通过光敏电阻分流到地，输出的信号也就相应的变大；从而达到了限幅的目的。

音频信号经过限幅后，输出到阻抗匹配电路，经过匹配后，音频信号由此输出。所述阻抗匹配电路是由运算放大器U1-A和电阻R2、R3组成的一个电压串联负反馈，它具有输入阻抗大、输出阻抗小、扩展带宽、降低失真等特性，通过阻抗匹配电路，减小了后级负载电路对音频限幅电路的影响，同时也提高了音频限幅电路的带负载能力。

本发明用光敏电阻实现了对音频信号的限幅，在信号通路中，没有任何的非线性元件，如二极管、三极管等，从而避免了各种非线性失真，也不存在各种二极管、三极管的导通截止电压的限制，所以限幅的幅度非常大，避免了各种削顶失真。同时它用非常简洁的电路实现了无失真限幅，一方面节省了成本，另一方面也避免了复杂的电路所带来的音质损失。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种音频限幅电路，其特征在于，包括：

取样电路、放大电路、整流电路、延时调整电路及光敏电阻；所述取样电路一端接音频输入，另一端分别与放大电路及光敏电阻连接；所述放大电路的一端接取样电路，另一端与整流电路的一端连接；所述整流电路的另一端与延时调整电路的一端连接；所述延时调整电路的另一端与光敏电阻连接；所述取样电路用于对输入的音频信号进行取样，将取样的音频信号输出到放大电路，通过放大电路对取样的音频信号进行放大后输出到整流电路，通过整流电路对放大后的音频信号进行整流后输出到延时调整电路，通过延时调整电路调整音频信号的限幅起控以及限幅释放的时间，并将限幅调整后的音频信号输出至光敏电阻进行分流。

2.如权利要求1所述的音频限幅电路，其特征在于：所述的取样电路，包含电阻R1以及光敏电阻的部分电阻边，电阻R1一端接音频输入，另一端连接光敏电阻以及放大电路。

3.如权利要求2所述的音频限幅电路，其特征在于：所述的放大电路，包含电阻R4、R5、R6、电容C2、运算放大器U1-B，运算放大器U1-B的第5脚连接到R1以及光敏电阻；运算放大器U1-B的第6脚连接到电阻R4、R5、R6；运算放大器U1-B的第7脚连接到电容C2、电阻R6以及整流电路；电容C2与电阻R5串联，C2与R5的串联电路一端接电阻R6以及运算放大器U1-B的第6脚，另一端连接到电阻R6的另一端以及运算放大器U1-B的第7脚；电阻R6一端接运算放大器U1-B的第7脚以及整流电路，另一端接运算放大器U1-B的第6脚；电阻R4一端接运算放大器U1-B的第6脚，另一端接地。

4.如权利要求1所述的音频限幅电路，其特征在于：所述的整流电路，包含二极管D1、D2、D3、D4，二极管D1的正极接D2的负极以及运算放大器U1-B的第7脚，D1的负极接D3的负极以及延时调整电路；二极管D2的正极接D4的正极以及延时调整电路和光敏电阻，D2的负极接D1的正极以及运算放大器U1-B的第7脚；二极管D3的正极接地，负极接D1的负极以及延时调整电路；二极管D4的正极接D2的正极以及延时调整电路和光敏电阻，负极接地。

5.如权利要求4所述的音频限幅电路，其特征在于：所述的延时调整电路，包含电阻R7、R8、R9以及电解电容C1，电阻R7的一端接D3及D1的负极，另一端接电阻R8、R9的一端以及电解电容C1的正极；电阻R8与电解电容C1并联，一端接电阻R7、R9，另一端接二极管D2、D4的正极以及光敏电阻；电阻R9的一端接电阻R7、R8以及电解电容C1的正极，另一端接光敏电阻。

6.如权利要求4所述的音频限幅电路，其特征在于：所述的光敏电阻，包含受光强度控制的电阻以及一个发光二极管LED，光敏电阻OPT1的第1脚接电阻R9的一端；第2脚接接二极管D2、D4的正极、电阻R8的一端和电解电容C1的负极；第3脚接地；第4脚接电阻R1的一端、运算放大器U1-A的第3脚以及运算放大器U1-B的第5脚；所述第3脚和第4脚在取样电路内。

7.如权利要求1所述的音频限幅电路，其特征在于：所述的音频限幅电路还可以包括阻抗匹配电路，所述阻抗匹配电路一端接取样电路和放大电路，另一端接音频输出设备。

8.如权利要求7所述的音频限幅电路，其特征在于：所述的阻抗匹配电路，包含运算放大器U1-A、以及电阻R2、R3；所述运算放大器U1-A的第1脚接电阻R2的一端及音频输出设备；运算放大器U1-A的第2脚接电阻R2和R3；运算放大器U1-A的第3脚接电阻R1、光敏电阻的第4脚以及运算放大器U1-B的第5脚；电阻R2的一端接运算放大器U1-A的第一脚以及音频输出设备，另一端接运算放大器U1-A的第2脚以及电阻R3的一端；电阻R3的一端接运算放大器U1-A的第2脚，另一端接地。