电脑输出声音转为振动电路与仿真

一、今天我跟大家介绍一个将电脑输出的声音转变为振动的电路，并进行仿真；

(资料图片仅供参考)

该电路的想法来自于今日头条的一个网友的提问。电路的功能为将电脑的音频输出口输出的声音信号进行一些处理，然后驱动小马达产生振动，提醒睡着的人，同时又不打扰到别人；

对于电路的实用性，我不做探究。仅就电路而言，从我的角度来看，为了实现该功能，需要的知识点比较多。在我的设计中，我做了以下的考虑：

音频信号都是交流信号，所以需要进行隔直，只让有效的交流信号通过，避免电路与电脑主机之间的直流信号相互影响。所以通过电阻、电容搭建一个高通滤波电路，阻断直流以及低频交流。

可以通过检测音频信号的幅度来判断是否有声音，所以用一个峰值检测电路来检测一段时间内的最高幅度；

电脑输出的音频信号为最高1V的峰值，一般情况下，可能也就几百mV，而开关二极管的导通电压也在600mV左右，所以输出的音频信号直接接到开关二极管进行检测，可能会无法让开关二极管正常导通，从而无法检测出峰值。从而，我们需要一级的运放电路，将信号进行适度放大。

检测出来的峰值与固定的基准电压进行比较，如果高于该基础电压，则可认为有音频信号，比较的结果通过三极管进行电平变换之后驱动小马达，或者直接驱动小马达。

该电路使用的器件有，LM324一个，1uF电容两个，分别用于高通滤波和峰值检波。高速开关二极管1个，用于峰值检峰，以及电阻若干。

如右下图所示的整理电路图，第一部分为峰值高通滤波电路，第二部分为运算放大电路，第三部分为峰值检波电小，第四部分为比较器电路。

整体电路图

二、正如刚才所言，本电路涉及的电子电路知识比较大，我想借助该电路跟大家讲解以下的知识点：

R、C高通滤波器，电路很简单，一个电容，一个电阻，但是分析起来却不容易，即使只需要高中的复数相关知识。

运算放大电路，我不想过多讲述原理，只是想通过理论和仿真讲解一下放大倍数的计算。

比较器的输出端和同相端，反相端的关系，以及在比较器电路中为什么经常会在输出端和同相输入端之间加一个电阻。

峰值检测电路

如果要深究峰值检测原理，需要利用到微积分知识进行电容充放电分析。

我想再说一句，如果要对电容、电感的特性做深入了解，需要在时间域和频率域对电容、电感进行分析。

时间域也就是借助微积分对有电容、电感的电路进行求解。

频率域是通过傅里叶变换之后(实际上不需要太深入了解傅里叶变换），只需要记得电容，电感与频率相关的阻抗公式，根据电路原理进行电路求解，再根据高中所学的复数知识分析幅度与频率，相位与频率的关系，也就是所说的幅频特性和相频特性。

高通滤波电路

在multisim软件方面，除了从库中拖放器件，根据原理图连线等基本技能之外，我这里还将介绍示波器、波特图仪的使用。

三、开始前的几个问题

开始前，先来几个小测试，检测一下大家的知识掌握水平！

如果C1是1uF，C1对于100Hz的信号而言，阻抗多大？

人能听见的声音频率范围为20Hz-20kHz，如果C1要让100Hz以上的信号通过(在100Hz时，即V2比V1缩小一半），R1选择了10k，C1应该怎么选择？

从电脑主机输出的音频信号为1kHz，1V峰峰值时，V2的峰峰值多大？

四、几个知识点

等效电路图

电容C1的阻抗Zc为1/（2pifC1j），这个阻抗公式是通过傅里叶变换推导出来的，大家只需要记住即可。

简单RC组成高通滤波电路可以等效为电阻分压电路，与电阻分压不同的是，电容的阻抗不是实数，而是复数，不但会影响信号幅度，还会影响信号相位。

根据图形，从V1顺着电路看，整个电路上的阻抗为R2+Zc+R1，V1电压除以整个电路上的阻抗就是流经R2,Zc, R1的电流，电流等于V1/(R2+Zc+R1)。既然流过R1的电流知道了，很容易算出R1的电压V2=V1/(R2+Zc+R1)*R1;所以V2/V1=R1/(R2+Zc+R1)，这是一个复数，因为这个复数与频率f相关，也就是信号频率变化，该比值也会发生变化，我们一般表示为H(jw)，经过一些代入，代简，我们可以得到一个表达式

审核编辑：汤梓红

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