揚(yáng)聲器發(fā)聲電路

1、揚(yáng)聲器發(fā)聲電路一、引言1、選題意義經(jīng)過一學(xué)期的學(xué)習(xí)，我們已掌握了一些簡(jiǎn)單的電路的特性以及元器件的作用，但我們對(duì)生活中已經(jīng)應(yīng)用了許久的電路依然陌生，比如簡(jiǎn)單的喇叭、鬧鐘、信號(hào)燈等。我們?cè)趯W(xué)習(xí)中剛剛接觸到一些皮毛知識(shí)，而把這些知識(shí)運(yùn)用到爐火純青的地步是有一些難度的，所以我們以模擬揚(yáng)聲器聲響電路為題設(shè)計(jì)電路，可以提高我們對(duì)555芯片的認(rèn)識(shí)，可以鞏固我們所學(xué)的相關(guān)理論知識(shí)，實(shí)踐所掌握的電子制作技能，完成一個(gè)實(shí)際的電子產(chǎn)品，進(jìn)一步提高分析問題、解決問題的能力。2、設(shè)計(jì)目標(biāo)在電子技術(shù)課中我們學(xué)到了許多有關(guān)電子技術(shù)方面的知識(shí)，其中我們學(xué)到了555芯片的原理與功能，那些只是書本上的理論知識(shí)，我們沒有將這些所學(xué)

2、的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去，不能說明我們對(duì)555芯片已經(jīng)熟知，所以通過此次的設(shè)計(jì)我們要對(duì)555芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其級(jí)聯(lián)等方面的應(yīng)用有更深層次的了解。比如應(yīng)用一個(gè)555芯片可以帶動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲響，但這種聲響聲音單一，發(fā)音效果不太好聽。此次課程設(shè)計(jì)不僅為了提高我們對(duì)555芯片的認(rèn)識(shí)，也是為了拓寬我們的知識(shí)面，提高綜合素質(zhì)。通過電子元器件認(rèn)識(shí)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠進(jìn)一步熟悉電子元件的結(jié)構(gòu)、工作原理和使用方法。其次，了解電路理論的實(shí)際應(yīng)用，掌握電子系統(tǒng)的裝配和調(diào)試工藝，提高我們自己的實(shí)際操作的能力。鞏固課堂所學(xué)的知識(shí)，提高把理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際中的能力，同時(shí)通過實(shí)習(xí)活動(dòng)，既要我們收集與自己設(shè)計(jì)題目有關(guān)的設(shè)計(jì)資料，又要

3、掌握揚(yáng)聲器發(fā)聲電路的設(shè)計(jì)方法和調(diào)試技術(shù)，數(shù)字模擬揚(yáng)聲器發(fā)聲電路的綜合設(shè)計(jì)、分析與調(diào)試方法。我們所做的是模擬揚(yáng)聲器發(fā)聲的裝置，該裝置簡(jiǎn)單易懂，制作比較方便，通過對(duì)電路的設(shè)計(jì)，以及對(duì)電子市場(chǎng)中元器件的調(diào)查和焊接的過程，大大提高了我們的動(dòng)手能力。3、 小組成員及分工小組成員及分工情況如下所示。小組成員及分工情況姓名 學(xué)號(hào) 分工 設(shè)計(jì)、查找、買元件、焊接、寫報(bào)告 姓名 學(xué)號(hào) 分工 設(shè)計(jì)、查找、買元件、焊接、寫報(bào)告二、作品說明1、功能本設(shè)計(jì)題目名稱為揚(yáng)聲器發(fā)聲模擬電路的設(shè)計(jì)。經(jīng)過電路設(shè)計(jì)和市場(chǎng)調(diào)查,選擇出簡(jiǎn)單可行且成本較低的揚(yáng)聲器發(fā)聲模擬電路。該設(shè)計(jì)是由兩片555芯片、五個(gè)電阻、三個(gè)電容、一個(gè)滑動(dòng)變阻器

4、、一個(gè)開關(guān)、一個(gè)揚(yáng)聲器、一節(jié)12V的干電池以及若干導(dǎo)線組成的。若電路焊接成功，則第一片555組成的多諧振蕩器將會(huì)產(chǎn)生低頻信號(hào)，第二片555組成的多諧振蕩器將會(huì)產(chǎn)生高頻信號(hào)來運(yùn)載之前產(chǎn)生的低頻信號(hào)，當(dāng)信號(hào)傳遞到揚(yáng)聲器之后，揚(yáng)聲器會(huì)發(fā)出“滴答 ，滴答”的聲音。2、操作說明按下開關(guān)便可以發(fā)生“滴答 ，滴答”的聲音，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值，通過改變第一片的555芯片的占空比，進(jìn)而控制高音與低音的時(shí)間TH、TL，可以任意調(diào)節(jié)滴答聲的效果。三、基本原理1、原理圖雙極性型5G555的主要性能參數(shù)如表1所示。表1 雙極性型5G555的主要性能參數(shù)參數(shù)名稱符號(hào)單位參數(shù)電源電壓VCCV516電源電流ICCmA閾值電

5、壓VTHV觸發(fā)電壓VTRV輸出低電平VOLV1輸出高電平VOHV13.3CMOS型7555的主要性能參數(shù)如表2所示。表2 CMOS型7555的主要性能參數(shù)參數(shù)名稱符號(hào)單位參數(shù)電源電壓VCCV318電源電流ICCA 60閾值電壓VTHV觸發(fā)電壓VTRV輸出低電平VOLV0.1輸出高電平VOHV14.8(1)555定時(shí)器器件特性555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，外形為雙列直插8腳結(jié)構(gòu)，體積很小，使用起來方便。集成時(shí)基電路555的電源電壓范圍較寬，可在516V范圍內(nèi)使用（TTL型，若為CMOS型的555芯片，則電壓范圍可在218V 內(nèi)），電路的輸出有緩沖器，因而有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力?；谝陨蠈?duì)555定

6、時(shí)器參數(shù)及性能的分析，認(rèn)為以555定時(shí)器搭建的電路能夠驅(qū)動(dòng)小功率揚(yáng)聲器發(fā)音，選擇適當(dāng)?shù)耐獠侩娮桦娙莸绕骷c555定時(shí)器配合使用能夠使此設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。2、電路圖設(shè)計(jì)及器件參數(shù)選擇(1) 電路概述：所設(shè)計(jì)的揚(yáng)聲器發(fā)聲電路主要有兩個(gè)連接為多諧振蕩器的555定時(shí)器及相關(guān)外圍組件組成。具體電路圖如圖1所示。通過555(1)控制高頻聲音和低頻聲音的持續(xù)時(shí)間，555(2)作為壓控振蕩器將555(1)輸出的高低電平轉(zhuǎn)化為頻率，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出響聲。(2) 揚(yáng)聲器高低音發(fā)聲機(jī)理：555(1)主要通過V01輸出占空比一定的方波信號(hào)控制555(2)的控制端電壓，當(dāng)V01輸出為高電平時(shí)，555(2)控制電壓端Vco為高

7、電平，由振蕩頻率f的計(jì)算公式可知此時(shí)振蕩頻率較低，為低音；相對(duì)應(yīng)，當(dāng)V01輸出為低電平時(shí)，555(2)控制電壓端Vco為低電平，此時(shí)振蕩頻率較高，為高音。而高低音的持續(xù)時(shí)間則由555(1)決定。揚(yáng)聲器發(fā)聲電路如圖1所示。圖1 揚(yáng)聲器發(fā)聲電路圖3、555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理(1)內(nèi)部結(jié)構(gòu)：555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖3 555定時(shí)器邏輯符號(hào)和引腳圖2 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)555定時(shí)器邏輯符號(hào)和引腳如圖3所示。Vi1(TH)：高電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，標(biāo)志為TH。Vi2()：低電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱低觸發(fā)端，標(biāo)志為。VCO：控制電壓端。VO：輸出端。Dis：放電端。：復(fù)位端。55

8、5定時(shí)器內(nèi)含一個(gè)由三個(gè)阻值相同的電阻R組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生VCC和VCC兩個(gè)基準(zhǔn)電壓；兩個(gè)電壓比較器C1、C2；一個(gè)由與非門G1、G2組成的基本RS觸發(fā)器(低電平觸發(fā))；放電三極管T和輸出反相緩沖器G3。是復(fù)位端，低電平有效。復(fù)位后, 基本RS觸發(fā)器的端為1(高電平)，經(jīng)反相緩沖器后，輸出為0(低電平)。VCO為控制電壓端，在VCO端加入電壓，可改變兩比較器C1、C2的參考電壓。不加控制電壓時(shí)，要在VCO和地之間接001F(電容量標(biāo)記為103)電容。放電管Tl的輸出端Dis為集電極開路輸出。(2)工作原理:該電路主要通過兩片555定時(shí)器模擬揚(yáng)聲器發(fā)聲電路，輸出周期性變化的高頻信號(hào)和低頻信號(hào)，驅(qū)

9、動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出高音低音周期交替的聲音。將兩片555定時(shí)器分別連接成多諧振蕩器，其中555(1)的作用是控制高頻聲音和低頻聲音的持續(xù)時(shí)間，其輸出Vo1是555(2)的控制電壓；555(2)的作用是控制高低音的頻率，作為壓控振蕩器將555(1)輸出的高低電平轉(zhuǎn)化為頻率，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出響聲。分析圖1的電路：在555定時(shí)器的VCC端和地之間加上電壓，當(dāng)VCO懸空時(shí)，比較器C1的同相輸入端接參考電壓VT+=VCC，比較器C2反相輸入端接參考電壓VT-=VCC；當(dāng)VCO接控制電壓Ve時(shí)，比較器C1的同相輸入端接參考電壓VT+=Ve，比較器C2反相輸入端接參考電壓VT-=Ve?，F(xiàn)做如下規(guī)定：當(dāng)TH端的電壓&g

10、t;VT+時(shí)，寫為VTH=1，當(dāng)TH端的電壓<VT+時(shí)，寫為VTH=0。當(dāng)端的電壓>VT-時(shí)，寫為VTR=1，當(dāng)端的電壓<VT-時(shí)，寫為VTR=0。低觸發(fā)：當(dāng)輸入電壓Vi2<VT- 且Vi1<VT+時(shí)，VTR=0，VTH=0，比較器C2輸出為低電平，C1輸出為高電平，基本RS觸發(fā)器的輸入端=0、=1，使Q1，0，經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO1，T截止。這時(shí)稱555定時(shí)器“低觸發(fā)”。保持：若Vi2>VT- 且Vi1<VT+，則VTR=1，VTH=0，=1，基本RS觸發(fā)器保持，VO和T狀態(tài)不變，這時(shí)稱555定時(shí)器“保持”。高觸發(fā)：若Vi1>VT+，則VT

11、H=1，比較器C1輸出為低電平，無論C2輸出何種電平，基本RS觸發(fā)器因=0，使1，經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO0，T導(dǎo)通。這時(shí)稱555定時(shí)器“高觸發(fā)”。根據(jù)555定時(shí)器的控制功能，可以制成各種不同的脈沖信號(hào)產(chǎn)生與處理電路電路，例如,施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、自激多諧振蕩器等。4、555定時(shí)器接成多諧振蕩器(1)連接方法：將555定時(shí)器的Vi1 和Vi2連在一起結(jié)成施密特觸發(fā)器，然后將VO經(jīng)RC積分電路接回輸入端即構(gòu)成了多諧振蕩器。多諧振蕩器原理圖如圖4所示。圖4 多諧振蕩器原理圖(2) 多諧振蕩形成機(jī)理：初始時(shí)刻，Vc為0時(shí)，Vi2<VT- 且Vi1<VT+，555定時(shí)器處于低觸發(fā)狀

12、態(tài)，VO1，T截止，電容C經(jīng)過R1、R2充電；當(dāng)Vc上升到VT-時(shí)，Vi2>VT- ，Vi1<VT+，處于保持狀態(tài)，電容繼續(xù)充電，Vc繼續(xù)升高，VO1，T截止；當(dāng)Vc=VT+ 時(shí)，Vi1>VT+，555定時(shí)器處于高出發(fā)狀態(tài)，VO0，T導(dǎo)通，電容C經(jīng)過R2、T放電，Vc降低，當(dāng)Vc下降到VT-時(shí)，Vi2<VT- 且Vi1<VT+，電路再次進(jìn)入低觸發(fā)狀態(tài)，電容C經(jīng)過R1、R2充電以此循環(huán)往復(fù)，電容Vc上的電壓在VT-和VT+之間往復(fù)振蕩，Vo端輸出具有一定占空比的方波脈沖，通過調(diào)節(jié)RW或電容C，可得到不同的時(shí)間常數(shù)；還可產(chǎn)生周期和脈寬可變的方波輸出。(3)相關(guān)公式推導(dǎo)

13、：通過Vc的波形球的電容C的充電時(shí)間和放電時(shí)間計(jì)算公式如下：充電時(shí)間計(jì)算公式：放電時(shí)間計(jì)算公式：故電路的振蕩周期為：當(dāng)Vco懸空（接電容后接地），=VCC ,= VCC時(shí)， 振蕩周期：振蕩頻率：四、方案實(shí)施及結(jié)果分析1、元件清單元器件清單如表所示。元件參數(shù)個(gè)數(shù)555芯片2電阻10K 100K 150K5電容0.01u 10u 30u3揚(yáng)聲器1滑動(dòng)變阻器100歐1開關(guān)1電池12V1導(dǎo)線若干2、電路仿真及器件參數(shù)選擇電路元件選取及仿真：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和查閱相關(guān)資料，同時(shí)參考相應(yīng)模型，選取各電路元件參數(shù)，使555(1)輸出電壓周期數(shù)量級(jí)為毫秒級(jí)(ms),高低音振蕩周期數(shù)量級(jí)為微秒級(jí)(us)。通過仿真軟件M

14、ultisim仿真電路，調(diào)節(jié)參數(shù)，觀測(cè)波形。揚(yáng)聲器發(fā)聲電路高低音輸出波形如圖5所示。圖5 揚(yáng)聲器發(fā)聲電路高低音輸出波形3、計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果(1)計(jì)算高頻聲音和低頻聲音的持續(xù)時(shí)間：高音(高頻信號(hào))時(shí)間即為C1經(jīng)R2放電時(shí)間T2，低音持續(xù)時(shí)間為C1經(jīng)過R1、R2充電時(shí)間T1。高音持續(xù)時(shí)間：(即為低電平持續(xù)時(shí)間)低音持續(xù)時(shí)間：(即為高電平持續(xù)時(shí)間)(2)555(2)的5管腳輸入電壓可根據(jù)戴維南等效電路求得： 555(2)控制端電壓Ve的戴維南等效電路圖如圖6所示。 圖6 555(2)控制端電壓Ve的戴維南等效電路圖 (3)計(jì)算高頻聲音和低頻聲音振蕩頻率：當(dāng)=0V時(shí)，=3.00V， 高音振蕩頻率：高

15、音振蕩波形及周期顯示如圖7所示。圖7 高音振蕩波形及周期顯示(581.897us)當(dāng)=12V時(shí)， 低音振蕩頻率：低音振蕩波形及周期顯示如圖8所示。圖8 低音振蕩波形及周期顯示(862.069us)五、制作與調(diào)試在整個(gè)焊接實(shí)物的過程中，我們都非常的小心、仔細(xì)。首先初步規(guī)劃了電路圖，確定了元件的具體安放位置，接著我們根據(jù)跳線的需要把需要調(diào)整的元件進(jìn)行了調(diào)整，在實(shí)驗(yàn)板上做了相應(yīng)的記號(hào)之后我們開始了元件的焊接工作。我的主要工作是電子元器件的焊接和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的排版與檢驗(yàn)。在焊接電路的過程中基本沒有出現(xiàn)太大的問題，只有兩了555芯片的焊接出現(xiàn)了困難。由于555芯片的引腳之間的距離特別小，而且每個(gè)引腳上還得焊

16、接一根導(dǎo)線，在這樣情況下還必須注意兩引腳之間不能短路且不能出現(xiàn)虛焊或漏焊等現(xiàn)象，這無疑增加了焊接的難度。在焊接電容的時(shí)候要注意分清電解電容的正負(fù)極，應(yīng)遵循長正短負(fù)的原則。此片電容和電阻的焊接相對(duì)來說就簡(jiǎn)單得多了。在焊接電路時(shí)，要認(rèn)真細(xì)心，一部分一部分有條理得焊，防止漏焊和錯(cuò)焊。焊接的時(shí)候要思考線的布局，盡量是焊接美觀。在完成電路的焊接后，剛開始加了電源以后，揚(yáng)聲器不工作。我們首先檢查了焊點(diǎn)是否出現(xiàn)了虛焊或漏焊現(xiàn)象，排除了焊點(diǎn)出錯(cuò)的情況。接著我們檢查了兩個(gè)555芯片的所有引腳以及所有相鄰很近的焊點(diǎn)，看是否出現(xiàn)了短路的現(xiàn)象，經(jīng)過檢查我們發(fā)現(xiàn)第二片555芯片的第六引腳和第七引腳發(fā)生了短路。檢查完短路

17、問題之后我們檢查了斷路問題，發(fā)現(xiàn)第一片555芯片的第一引腳和導(dǎo)線之間發(fā)生了斷路。找出錯(cuò)誤之后我們對(duì)其進(jìn)行了修改，最后再檢查了一遍，沒有發(fā)現(xiàn)問題。加了電源以后揚(yáng)聲器發(fā)出了“滴答，滴答”的聲音。六、設(shè)計(jì)小結(jié)通過這次的課程設(shè)計(jì)，我們進(jìn)一步知道了555芯片的引腳圖。也進(jìn)一步了解到自己對(duì)很多元件的功能，一開始都是一知半解并且對(duì)于其在電路中的使用有很多誤解。而且平時(shí)看課本時(shí)，覺得自己很了解的內(nèi)容在實(shí)際的制作時(shí)才發(fā)現(xiàn)那些元件的實(shí)際應(yīng)用、性價(jià)比、市場(chǎng)行情、可替代元件等現(xiàn)實(shí)方面都是自己所不了解的。但經(jīng)過元器件的采買和市場(chǎng)調(diào)查我覺得這些都可以掌握了。性價(jià)比：(1)利用555定時(shí)器做出多諧振蕩器相比于由門電路組成的多諧振蕩器而言，在由頻率計(jì)算電阻的時(shí)候要簡(jiǎn)便的多，而且555定時(shí)器組成的多諧振蕩器的元件也比較的少而經(jīng)濟(jì)。(2)在較低價(jià)位的情況下，555定時(shí)器組成的多諧振蕩器可以較高質(zhì)量的完成模擬揚(yáng)聲器聲響的電路，可以說性價(jià)比比較高。經(jīng)過多次參數(shù)調(diào)整，可使仿真波形近似完美地符合計(jì)算結(jié)果。輸出振蕩頻率為1756Hz，持續(xù)時(shí)間為346.57ms的高音頻信號(hào)以及振蕩頻率為1176Hz，持續(xù)時(shí)間為415.89ms的低音頻信號(hào)，由其驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲即為救護(hù)車揚(yáng)