CN105007050B - 一种阈值可调的音频信号自动限幅装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阈值可调的音频信号自动限幅装置，包括幅值衰减电路、绝对值电路以及阈值调节电路；所述幅值衰减电路，用于接收来自阈值调节电路的反馈信号，以使幅值超过预设阈值的音频输入信号的幅值衰减至低于所述预设阈值；所述绝对值电路，用于获取幅值衰减电路的音频输出信号以得到幅值为正的音频信号，并将该幅值为正的音频信号传输给阈值调节电路；所述阈值调节电路，用于当判断到所述幅值为正的音频信号的幅值超过预设阈值时，则向所述幅值衰减电路输出所述反馈信号。本发明能够避免较大幅值的音频信号输入造成对音频放大设备的损坏或使得各种信号失真现象的发生。

Description

一种阈值可调的音频信号自动限幅装置

技术领域

本发明涉及电子设备领域，尤其涉及一种阈值可调的音频信号自动限幅装置。

背景技术

进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势，其包括作为通信工具的手机以及方便携带的笔记本电脑，甚至还包括作为娱乐设备的MP3播放器等。这些便携式的电子设备都具备一个共同点，那就是都有音频输出，即各个电子设备均需要有一个音频放大器。高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要，在大功率的电子设备中也需要。而随着人们的居住条件的改善，高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起。在这些设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。这时，低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。

但是在音频放大器的应用中，通常会遇到输入信号为非标准信号等某些特殊状态，当音频输入信号的幅值远大于额定的输入电压，会导致音频放大器的输出功率超过设定的最大输出功率，其不仅会对音频放大器造成损坏，还可能造成各种信号失真现象的发生，严重的可能会给使得与音频放大器连接的其余设备出现不可逆转的故障。

目前，虽然有人提出了一些解决相关问题的方法，如在音频放大器的输入端增加自动音量控制电路，随输入的音频幅度自动调整增益，但是自动音量控制电路较为复杂，成本较高，而且响应速度较慢。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在于提供一种可避免较大幅值的音频信号输入造成对音频放大设备的损坏或使得各种信号失真现象发生的阈值可调的音频信号自动限幅装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种阈值可调的音频信号自动限幅装置，包括幅值衰减电路、绝对值电路以及阈值调节电路；

所述幅值衰减电路，用于接收来自阈值调节电路的反馈信号，以使幅值超过预设阈值的音频输入信号的幅值衰减至低于或等于所述预设阈值；

所述绝对值电路，用于获取幅值衰减电路的音频输出信号以得到幅值为正的音频信号，并将该幅值为正的音频信号传输给阈值调节电路；

所述阈值调节电路，用于当判断到所述幅值为正的音频信号的幅值超过预设阈值时，则向所述幅值衰减电路输出所述反馈信号。

优选的，所述幅值衰减电路包括光耦合器、电阻R1、电阻R2以及第一运算放大器；

所述光耦合器的电阻元件的一端以及电阻R1的一端均与第一信号输入端相连，所述电阻R1的另一端与第一运算放大器的反向输入端相连，所述光耦合器的电阻元件的另一端通过电阻R2与第一运算放大器的正向输入端相连，所述光耦合器的发光元件的一端与阈值调节电路的输出端相连，所述光耦合器的发光元件的另一端接地，所述第一运算放大器的输出端与绝对值电路的输入端相连；

其中，所述第一运算放大器的输出端还为第一信号输出端，所述第一信号输入端用于输入音频输入信号，所述第一信号输出端用于输出音频输出信号。

优选的，所述幅值衰减电路还包括电容C1、电容C2、电阻R3以及电阻R4；所述电容C1的一端与第一运算放大器的反向输入端相连，所述电容C1的另一端与第一运算放大器的输出端相连，所述电阻R3与电容C1并联；所述电容C2的一端与第一运算放大器的正向输入端相连，所述电容C2的另一端接地，所述电阻R4与电容C2并联。

进一步优选的，所述第一运算放大器的型号为NE5532。

进一步优选的，所述光耦合器的型号为LCR0202。

优选的，所述绝对值电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、二极管D1、二极管D2、第二运算放大器以及第三运算放大器，所述电阻R5的一端与阈值调节电路的输出端相连，所述电阻R5的另一端通过电阻R6与第二运算放大器的正向输入端相连，所述第二运算放大器的反向输入端以及输出端均与二极管D1的正极相连，所述第二运算放大器的反向输入端还通过电阻R7与第三运算放大器的反向输入端相连，所述第三运算放大器的正向输入端接地，所述第三运算放大器的反向输入端还通过电阻R8与二极管D2的正极相连，所述第三运算放大器的输出端与二极管D2的正极相连，所述二极管D1的负极以及二极管D2的负极均与二极管D3的负极相连，所述二极管D3的正极通过电阻R9与第一电压输入端相连，所述二极管D1的负极以及二极管D2的负极均通过电阻R10与第二电压输入端相连，所述二极管D3的正极还与阈值调节电路的输入端相连。

优选的，所述第二运算放大器以及第三运算放大器的型号均为NE5532。

进一步优选的，所述阈值调节电路包括第四运算放大器、电阻R11、电阻R12、电阻R14、电阻R15、二极管D4、稳压管D5以及二极管D6，所述第四运算放大器的正向输入端与绝对值电路的输出端相连，所述第四运算放大器的反向输入端通过电阻R11与二极管D4的正极相连，所述第四运算放大器的反向输入端通过电阻R14接地，所述电阻R15与电阻R14并联，所述第四运算放大器的输出端与二极管D4的正极相连，所述二极管D4的正极与稳压管D5的负极相连，所述稳压管D5的正极通过电阻R12与二极管D6的正极相连，所述二极管D6的负极与幅值衰减电路的反馈信号接收端相连。

优选的，所述阈值调节电路还包括电阻R13、电容C7以及电容C8，所述稳压管D5的正极依次通过电阻R13以及电容C7接地，所述二极管D6的负极通过电容C8接地。

进一步优选的，所述第四运算放大器的型号为LM358。

本发明的有益效果如下：

本发明可避免较大幅值的音频信号输入造成对音频放大设备的损坏或使得各种信号失真现象的发生。其不仅可以广泛应用于音频放大设备，也可以广泛的用于无线电设备。

附图说明

图1为本发明一种阈值可调的音频信号自动限幅装置的较佳实施方式的模块图。

图2为本发明一种阈值可调的音频信号自动限幅装置的较佳实施方式的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

请参见图1，本发明涉及一种阈值可调的音频信号自动限幅装置，其较佳实施方式包括幅值衰减电路、绝对值电路以及阈值调节电路。

所述幅值衰减电路，用于接收来自阈值调节电路的反馈信号，以使幅值超过预设阈值的音频输入信号Vi的幅值衰减至低于或等于所述预设阈值。其中，低于所述预设阈值，即幅值超过预设阈值的音频输入信号Vi的幅值可以衰减至预设阈值的50％～100％之间的任何一个值。

所述绝对值电路，用于获取幅值衰减电路的音频输出信号Vo以得到幅值为正的音频信号，并将该幅值为正的音频信号传输给阈值调节电路。

所述阈值调节电路，用于当判断到所述幅值为正的音频信号的幅值超过预设阈值时，则向所述幅值衰减电路输出所述反馈信号。

具体的，阈值调节电路可以根据需要设定一定的阈值，当幅值为正的音频信号没有超过设定的阈值时，通过幅值衰减电路的音频输入信号不进行幅值衰减。当通过绝对值电路得到的幅值为正的音频信号超过设定的阈值时，则通过幅值衰减电路的音频输入信号自动进行幅值衰减。

其中，如图2所示，幅值衰减电路包括光耦合器U5、电阻R1、电阻R2以及第一运算放大器U1。

具体的，光耦合器的电阻元件的一端1以及电阻R1的一端均与第一信号输入端相连，所述电阻R1的另一端与第一运算放大器U1的反向输入端2相连，所述光耦合器的电阻元件的另一端2通过电阻R2与第一运算放大器U1的正向输入端3相连，所述光耦合器的发光元件的一端3与阈值调节电路的输出端相连，所述光耦合器的发光元件的另一端4接地，所述第一运算放大器U1的输出端1与绝对值电路的输入端相连；

其中，所述第一运算放大器U1的输出端1还为第一信号输出端，所述第一信号输入端用于输入音频输入信号Vi，所述第一信号输出端用于输出音频输出信号Vo。本实施例中，第一信号输入端即为幅值衰减电路的输入端，第一信号输出端即为幅值衰减电路的输出端。

进一步优选的，所述幅值衰减电路还包括电容C1、电容C2、电阻R3以及电阻R4；所述电容C1的一端与第一运算放大器U1的反向输入端2相连，所述电容C1的另一端与第一运算放大器U1的输出端1相连，所述电阻R3与电容C1并联；所述电容C2的一端与第一运算放大器U1的正向输入端3相连，所述电容C2的另一端接地，所述电阻R4与电容C2并联。电容C1和电容C2起到滤波作用，电阻R3以及电阻R4起到限流作用。其中，第一运算放大器U1的型号可以为NE5532。光耦合器的型号可以为LCR0202。光耦合器包括一发光二极管和一光敏电阻，其中发光二极管则为上述的发光元件，光敏电阻则为上述的电阻元件，该光敏电阻的阻值随着发光二极管的亮度的变化而变化，即流过发光二极管的电流越大，光敏电阻的阻值越小。

具体的，所述绝对值电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、二极管D1、二极管D2、第二运算放大器U2以及第三运算放大器U3，电阻R5的一端与阈值调节电路的输出端相连，所述电阻R5的另一端通过电阻R6与第二运算放大器U2的正向输入端3相连，所述第二运算放大器U2的反向输入端2以及输出端1均与二极管D1的正极相连，所述第二运算放大器U2的反向输入端2还通过电阻R7与第三运算放大器U3的反向输入端2相连，所述第三运算放大器U3的正向输入端接地，所述第三运算放大器U3的反向输入端2还通过电阻R8与二极管D2的正极相连，所述第三运算放大器U3的输出端1与二极管D2的正极相连，所述二极管D1的负极以及二极管D2的负极均与二极管D3的负极相连，所述二极管D3的正极通过电阻R9与第一电压输入端V1相连，所述二极管D1的负极以及二极管D2的负极均通过电阻R10与第二电压输入端V2相连，所述二极管D3的正极还与阈值调节电路的输入端相连。

其中，所述第二运算放大器U2以及第三运算放大器U3的型号均可以为NE5532。同时，第一电压输入端V1输入的电压值可以为+15V，第二电压输入端V2的电压值可以为-15V。

具体的，所述阈值调节电路包括第四运算放大器U4、电阻R11、电阻R12、电阻R14、电阻R15、二极管D4、稳压管D5以及二极管D6，所述第四运算放大器U4的正向输入端与绝对值电路的输出端相连，所述第四运算放大器U4的反向输入端通过电阻R11与二极管D4的正极相连，所述第四运算放大器U4的反向输入端通过电阻R14接地，所述电阻R15与电阻R14并联，所述第四运算放大器U4的输出端与二极管D4的正极相连，所述二极管D4的正极与稳压管D5的负极相连，所述稳压管D5的正极通过电阻R12与二极管D6的正极相连，所述二极管D6的负极与幅值衰减电路的反馈信号接收端相连。

稳压管D5的导通电压可以为9.1V，当然可以根据实际需要选择不同导通电压的稳压管。这里的导通电压即为预设的阈值，只有从绝对值电路得到的幅值为正的音频信号超过该预设的阈值，这里的稳压管D5才会导通，此时阈值调节电路才会发出反馈信号给幅值衰减电路。若没有超过设定的阈值，则幅值衰减电路没有反馈电压，则不会对接下来的音频输入信号进行衰减。

在给定的音频输入信号Vi的情况下，调节第四运算放大器U4、电阻R11、电阻R14以及电阻R15的参数，就会自动改变阈值调节电路设定的阈值的大小；假如第四运算放大器U4、电阻R11、电阻R14以及电阻R15的参数不变，稳压管D3的参数的改变也可以改变阈值调节电路设定的阈值的大小。

其中，所述阈值调节电路还包括电阻R13、电容C7以及电容C8，所述稳压管D5的正极依次通过电阻R13以及电容C7接地，所述二极管D6的负极通过电容C8接地。进一步优选的，所述第四运算放大器U4的型号为LM358。

本实施例中，电路的具体工作原理如下：

当音频输入信号Vi通过第一信号输入端输入幅值衰减电路，并由第一信号输出端输出音频输出信号Vo。此时，绝对值电路获取来自幅值衰减电路的音频输出信号Vo，该音频输出信号Vo通过电阻R5以及电阻R6进入第二运算放大器U2的正向输入端。

其中，若音频输出信号Vo为正压音频信号，则该信号可直接通过第二运算放大器U2以及二极管D1，因为二极管D3的作用，此时第四运算放大器U4的正向输入端的电压值与第二运算放大器U2的输出端的电压值相等，故相当于该正压音频信号经过第四运算放大器U4输出后，通过二极管D4，到达稳压管D5。若该通过第四运算放大器U4的正压音频信号的电压大于稳压管D5的导通电压，则稳压管D5导通，此时通过第四运算放大器U4的正压音频信号经过电阻R12以及二极管D6后，则作为一反馈电压，激发幅值衰减电路的光耦合器工作，即自动调整光耦合器内部的光敏电阻的阻值，此时使得接下来的音频输入信号Vi通过幅值衰减电路之后衰减到一定的幅值，即衰减到小于预设的阈值，从而避免或防止突如其来的较大幅值的音频信号的输入对音频放大设备或无线电设备的损坏，或者造成信号失真现象的发生。

其中，若音频输出信号为负压音频信号，此时第二运算放大器U2的输出端1输出负压，此时二极管D1为反向截止状态，此时该负压音频信号通过第三运算放大器U3的反向输入端2输入，并通过第三运算放大器U3的输出端1输出，从而得到反相后的正压音频信号。该经反相后得到的正压音频信号经过第四运算放大器U4输出后，通过二极管D4，到达稳压管D5。若该通过第四运算放大器U4的经反相后得到的正压音频信号的电压大于稳压管D5的导通电压，则稳压管D5导通，此时通过第四运算放大器U4的经反相后得到的正压音频信号经过电阻R12以及二极管D6后，则作为一反馈电压，激发幅值衰减电路的光耦合器工作，即自动调整光耦合器内部的光敏电阻的阻值，此时使得接下来的音频输入信号通过幅值衰减电路之后衰减到一定的幅值，即衰减到小于预设的阈值，从而避免或防止突如其来的较大幅值的音频信号的输入对音频放大设备或无线电设备的损坏，或者造成信号失真现象的发生。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种阈值可调的音频信号自动限幅装置，其特征在于，包括幅值衰减电路、绝对值电路以及阈值调节电路；

所述幅值衰减电路，用于接收来自阈值调节电路的反馈信号，以使幅值超过预设阈值的音频输入信号的幅值衰减至低于或等于所述预设阈值；

所述绝对值电路，用于获取幅值衰减电路的音频输出信号以得到幅值为正的音频信号，并将该幅值为正的音频信号传输给阈值调节电路；

所述阈值调节电路，用于当判断到所述幅值为正的音频信号的幅值超过预设阈值时，则向所述幅值衰减电路输出所述反馈信号。

2.如权利要求1所述的阈值可调的音频信号自动限幅装置，其特征在于：所述幅值衰减电路包括光耦合器、电阻R1、电阻R2以及第一运算放大器；

所述光耦合器的电阻元件的一端以及电阻R1的一端均与第一信号输入端相连，所述电阻R1的另一端与第一运算放大器的反向输入端相连，所述光耦合器的电阻元件的另一端通过电阻R2与第一运算放大器的正向输入端相连，所述光耦合器的发光元件的一端与阈值调节电路的输出端相连，所述光耦合器的发光元件的另一端接地，所述第一运算放大器的输出端与绝对值电路的输入端相连；

其中，所述第一运算放大器的输出端还为第一信号输出端，所述第一信号输入端用于输入音频输入信号，所述第一信号输出端用于输出音频输出信号。

3.如权利要求2所述的阈值可调的音频信号自动限幅装置，其特征在于：所述幅值衰减电路还包括电容C1、电容C2、电阻R3以及电阻R4；所述电容C1的一端与第一运算放大器的反向输入端相连，所述电容C1的另一端与第一运算放大器的输出端相连，所述电阻R3与电容C1并联；所述电容C2的一端与第一运算放大器的正向输入端相连，所述电容C2的另一端接地，所述电阻R4与电容C2并联。

4.如权利要求2所述的阈值可调的音频信号自动限幅装置，其特征在于：所述第一运算放大器的型号为NE5532。

5.如权利要求2所述的阈值可调的音频信号自动限幅装置，其特征在于：所述光耦合器的型号为LCR0202。

6.如权利要求1所述的阈值可调的音频信号自动限幅装置，其特征在于：所述绝对值电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、二极管D1、二极管D2、第二运算放大器以及第三运算放大器，所述电阻R5的一端与阈值调节电路的输出端相连，所述电阻R5的另一端通过电阻R6与第二运算放大器的正向输入端相连，所述第二运算放大器的反向输入端以及输出端均与二极管D1的正极相连，所述第二运算放大器的反向输入端还通过电阻R7与第三运算放大器的反向输入端相连，所述第三运算放大器的正向输入端接地，所述第三运算放大器的反向输入端还通过电阻R8与二极管D2的正极相连，所述第三运算放大器的输出端与二极管D2的正极相连，所述二极管D1的负极以及二极管D2的负极均与二极管D3的负极相连，所述二极管D3的正极通过电阻R9与第一电压输入端相连，所述二极管D1的负极以及二极管D2的负极均通过电阻R10与第二电压输入端相连，所述二极管D3的正极还与阈值调节电路的输入端相连。

7.如权利要求6所述的阈值可调的音频信号自动限幅装置，其特征在于：所述第二运算放大器以及第三运算放大器的型号均为NE5532。

8.如权利要求1所述的阈值可调的音频信号自动限幅装置，其特征在于：所述阈值调节电路包括第四运算放大器、电阻R11、电阻R12、电阻R14、电阻R15、二极管D4、稳压管D5以及二极管D6，所述第四运算放大器的正向输入端与绝对值电路的输出端相连，所述第四运算放大器的反向输入端通过电阻R11与二极管D4的正极相连，所述第四运算放大器的反向输入端通过电阻R14接地，所述电阻R15与电阻R14并联，所述第四运算放大器的输出端与二极管D4的正极相连，所述二极管D4的正极与稳压管D5的负极相连，所述稳压管D5的正极通过电阻R12与二极管D6的正极相连，所述二极管D6的负极与幅值衰减电路的反馈信号接收端相连。

9.如权利要求8所述的阈值可调的音频信号自动限幅装置，其特征在于：所述阈值调节电路还包括电阻R13、电容C7以及电容C8，所述稳压管D5的正极依次通过电阻R13以及电容C7接地，所述二极管D6的负极通过电容C8接地。

10.如权利要求8所述的阈值可调的音频信号自动限幅装置，其特征在于：所述第四运算放大器的型号为LM358。