新型等离子声音播放器的设计.docx

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新型等离子声音播放器的设计

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吕东旭陈刚李盛

摘要

目前的播音装置大多采用的是传统的振膜发声,振膜发生是在音量大的时候该装置会与周围东西形成共振,会导致一些不稳定的物质跟着颤动,甚至还会威胁人的人身健康。文章介绍的设计是一种等离子播音装置,其底板上有电压和信号处理模块、高压包和两个铜片,是实用的、新型的、音质高的、环保的发声装置。

【关键词】等离子扬声器高压

1难点与创新点

1.1创新点

作为一种新型发音扬声装置,就是通过控制高压击穿空气后形成的离子流宽度,去人为制造空气的膨胀与收缩发声。而离子流的宽度起到的作用就是控制声音的频率与波长,去实现声音的音色、音调以及响度的控制。

1.2難点

超高电压击穿空气后,去控制击穿后形成的离子流宽度实现发音,以及击穿后的噪音处理才是本设计所涉及的核心技术。音频信号直接融入高压电路,控制才是本设计的最大难点。

2原理分析与硬件电路图

2.1开关电源模块

2.1.1主电路设计

主电路是单端反激式隔离变换器。当二极管闭合时,输入电压作用到绕组N1上,绕组N2为下正上负;二极管截止,绕组N2中没有电流流过。当VT截止时,N2绕组电压极性变为上正下负,二极管导通,此时,电容中的能量向负载释放。

2.1.2驱动电路

设计所用到的驱动芯片是UC3842,它控制开关管的开通与关断,实现控制负载端电压的高低。脉宽调制控制芯片是一种单端输出控制电路芯片,其电源电压范围30V,输出电流最大值为±IA,输出电流为200mA,模拟输入(2脚、3脚)从0到2.5V,放大器的下拉电流为5mA,振荡频率为100Hz~500Hz,振荡器的定时电阻(RT)500Ω到150kΩ之间,振荡器电容1000pF到1μF。

整流输出电路:变压器副边采用24V输出,变压器开始向负载传递能量时,24v输出作为系统的反馈端开始工作:反馈电压向电容C9充电,将脉宽调制芯片的7号引脚电压钳制住并保持不变;反馈电压经电阻R3和电位器RP7分压后输入脉宽调制芯片的2号引脚的放大器,与芯片内部2.5V基准电压作比较来调整驱动脉冲宽度⑥,从而改变输出电压以实现反馈绕组电压稳压输出。整流输出电路如图1所示。

2.2信号处理模块原理及设计

2.2.1信号输入模块原理

音频信号输入是音频线连接外设,将音频信号接入电路中,K1是普通的开关,短路块是为了方便调试,在调试时不需要音频时,只需要将短路块拔开,1、短接时是左声道,2、3短接是右声道,该电路的C10起到缓冲的作用,TL494的4引脚是放大结构的引脚,输入端需要阻容耦合电容起缓冲作用,然后用阻容对地组成低通滤波起消除高频自激,然后再用阻容对地把不必要的高频滤掉。

2.2.2TL494模块

TL494是频率固定的脉冲宽度调制器,内置了线性锯齿波振荡器,可通过外部电阻和电容来调节振荡频率,其振荡频率是因为使用了电容和电阻串联一个电位器,所以可以手动调节震荡频率。TL494的8、9引脚连接三极管的集电极和射级,10、11引脚连接三极管的射级和集电极,9、10引脚和TC4421的输入端连接,为TC4421提供输入,集电极接12V电压,12引脚接12V电压做基准,4号引脚是死区时间控制,连接电位器使得死区时间人为去调。

2.2.3TC4421模块

TC4421是高电流缓冲器/驱动器,能驱动大的MOSFET和IGBT,基本上不受干扰;它们可以接受没有损坏或逻辑混乱,超过1A的感应电流会返回到它们的输出。此外,所有端子完全保护不受高达4kV的静电放电。

TC4421输入可直接从TTL或CMOS驱动。300mV的滞后被内置到输入中,提供噪声免疫力,并允许设备从缓慢上升或下降波形驱动。TC4421输入可直接从TTL电路。

2.2.4散热指示模块

由于用到了MOS管,所以提供了散热风扇为MOS管进行散热处理,发光二极管是指示开关电源部分供电正常。

2.2.5高压包驱动电路

在设计中MOS管是以隔离栅形式连接的,两个MOS管的基极和射极分别与GDT的对位连接,谐振电容的中心与两个MOS管的连接点为高压包提供输入电压。

2.2.6稳压电路

在该设计中MOS管需要的电压是24V,TL494与TC4421模块的输入电压要求均为12V,稳压模块是LM7812,电容器C3是用来抵消电感效应,防止产生自激振荡。LED的作用是提示,当该稳压模块不工作时LED灯珠不亮,提醒电路出错。

2.3发音处理

2.3.1高压包

本次设计所用到的高压包是彩色电视机的高压包,它是一个变压器将低压大电流转换为高压大电流,将电压升到足够高时将会传递给起弧电路。

2.3.2起弧电路

起弧电路就是用螺钉固定在散热片上的两个铜片,导线将铜片、高压包的副边连接起来,两个铜片相距1.52cm,在导通时不被击

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