1、揚聲器發聲電路一、引言1、選題意義經過一學期的學習，我們已掌握了一些簡單的電路的特性以及元器件的作用，但我們對生活中已經應用了許久的電路依然陌生，比如簡單的喇叭、鬧鐘、信號燈等。我們在學習中剛剛接觸到一些皮毛知識，而把這些知識運用到爐火純青的地步是有一些難度的，所以我們以模擬揚聲器聲響電路為題設計電路，可以提高我們對555芯片的認識，可以鞏固我們所學的相關理論知識，實踐所掌握的電子制作技能，完成一個實際的電子產品，進一步提高分析問題、解決問題的能力。2、設計目標在電子技術課中我們學到了許多有關電子技術方面的知識，其中我們學到了555芯片的原理與功能，那些只是書本上的理論知識，我們沒有將這些所學

2、的知識應用到實踐中去，不能說明我們對555芯片已經熟知，所以通過此次的設計我們要對555芯片的內部結構及其級聯等方面的應用有更深層次的了解。比如應用一個555芯片可以帶動揚聲器發出聲響，但這種聲響聲音單一，發音效果不太好聽。此次課程設計不僅為了提高我們對555芯片的認識，也是為了拓寬我們的知識面，提高綜合素質。通過電子元器件認識與系統設計，能夠進一步熟悉電子元件的結構、工作原理和使用方法。其次，了解電路理論的實際應用，掌握電子系統的裝配和調試工藝，提高我們自己的實際操作的能力。鞏固課堂所學的知識，提高把理論知識應用于實際中的能力，同時通過實習活動，既要我們收集與自己設計題目有關的設計資料，又要

3、掌握揚聲器發聲電路的設計方法和調試技術，數字模擬揚聲器發聲電路的綜合設計、分析與調試方法。我們所做的是模擬揚聲器發聲的裝置，該裝置簡單易懂，制作比較方便，通過對電路的設計，以及對電子市場中元器件的調查和焊接的過程，大大提高了我們的動手能力。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 學號 分工 設計、查找、買元件、焊接、寫報告 姓名 學號 分工 設計、查找、買元件、焊接、寫報告二、作品說明1、功能本設計題目名稱為揚聲器發聲模擬電路的設計。經過電路設計和市場調查,選擇出簡單可行且成本較低的揚聲器發聲模擬電路。該設計是由兩片555芯片、五個電阻、三個電容、一個滑動變阻器

4、、一個開關、一個揚聲器、一節12V的干電池以及若干導線組成的。若電路焊接成功，則第一片555組成的多諧振蕩器將會產生低頻信號，第二片555組成的多諧振蕩器將會產生高頻信號來運載之前產生的低頻信號，當信號傳遞到揚聲器之后，揚聲器會發出“滴答 ，滴答”的聲音。2、操作說明按下開關便可以發生“滴答 ，滴答”的聲音，調節滑動變阻器的阻值，通過改變第一片的555芯片的占空比，進而控制高音與低音的時間TH、TL，可以任意調節滴答聲的效果。三、基本原理1、原理圖雙極性型5G555的主要性能參數如表1所示。表1 雙極性型5G555的主要性能參數參數名稱符號單位參數電源電壓VCCV516電源電流ICCmA閾值電

5、壓VTHV觸發電壓VTRV輸出低電平VOLV1輸出高電平VOHV13.3CMOS型7555的主要性能參數如表2所示。表2 CMOS型7555的主要性能參數參數名稱符號單位參數電源電壓VCCV318電源電流ICCA 60閾值電壓VTHV觸發電壓VTRV輸出低電平VOLV0.1輸出高電平VOHV14.8(1)555定時器器件特性555定時器是一種中規模集成電路，外形為雙列直插8腳結構，體積很小，使用起來方便。集成時基電路555的電源電壓范圍較寬，可在516V范圍內使用（TTL型，若為CMOS型的555芯片，則電壓范圍可在218V 內），電路的輸出有緩沖器，因而有較強的帶負載能力。基于以上對555定

6、時器參數及性能的分析，認為以555定時器搭建的電路能夠驅動小功率揚聲器發音，選擇適當的外部電阻電容等器件與555定時器配合使用能夠使此設計得以實現。2、電路圖設計及器件參數選擇(1) 電路概述：所設計的揚聲器發聲電路主要有兩個連接為多諧振蕩器的555定時器及相關外圍組件組成。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時間，555(2)作為壓控振蕩器將555(1)輸出的高低電平轉化為頻率，驅動揚聲器發出響聲。(2) 揚聲器高低音發聲機理：555(1)主要通過V01輸出占空比一定的方波信號控制555(2)的控制端電壓，當V01輸出為高電平時，555(2)控制電壓端Vco為高

7、電平，由振蕩頻率f的計算公式可知此時振蕩頻率較低，為低音；相對應，當V01輸出為低電平時，555(2)控制電壓端Vco為低電平，此時振蕩頻率較高，為高音。而高低音的持續時間則由555(1)決定。揚聲器發聲電路如圖1所示。圖1 揚聲器發聲電路圖3、555定時器內部結構及工作原理(1)內部結構：555定時器內部結構如圖2所示。圖3 555定時器邏輯符號和引腳圖2 555定時器內部結構555定時器邏輯符號和引腳如圖3所示。Vi1(TH)：高電平觸發端，簡稱高觸發端，又稱閾值端，標志為TH。Vi2()：低電平觸發端，簡稱低觸發端，標志為。VCO：控制電壓端。VO：輸出端。Dis：放電端。：復位端。55

8、5定時器內含一個由三個阻值相同的電阻R組成的分壓網絡，產生VCC和VCC兩個基準電壓；兩個電壓比較器C1、C2；一個由與非門G1、G2組成的基本RS觸發器(低電平觸發)；放電三極管T和輸出反相緩沖器G3。是復位端，低電平有效。復位后, 基本RS觸發器的端為1(高電平)，經反相緩沖器后，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，要在VCO和地之間接001F(電容量標記為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定時器模擬揚聲器發聲電路，輸出周期性變化的高頻信號和低頻信號，驅

9、動揚聲器發出高音低音周期交替的聲音。將兩片555定時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時間，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)輸出的高低電平轉化為頻率，驅動揚聲器發出響聲。分析圖1的電路：在555定時器的VCC端和地之間加上電壓，當VCO懸空時，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VCO接控制電壓Ve時，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。現做如下規定：當TH端的電壓&g

10、t;VT+時，寫為VTH=1，當TH端的電壓<VT+時，寫為VTH=0。當端的電壓>VT-時，寫為VTR=1，當端的電壓<VT-時，寫為VTR=0。低觸發：當輸入電壓Vi2<VT- 且Vi1<VT+時，VTR=0，VTH=0，比較器C2輸出為低電平，C1輸出為高電平，基本RS觸發器的輸入端=0、=1，使Q1，0，經輸出反相緩沖器后，VO1，T截止。這時稱555定時器“低觸發”。保持：若Vi2>VT- 且Vi1<VT+，則VTR=1，VTH=0，=1，基本RS觸發器保持，VO和T狀態不變，這時稱555定時器“保持”。高觸發：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觸發器因=0，使1，經輸出反相緩沖器后，VO0，T導通。這時稱555定時器“高觸發”。根據555定時器的控制功能，可以制成各種不同的脈沖信號產生與處理電路電路，例如,施密特觸發器、單穩態觸發器、自激多諧振蕩器等。4、555定時器接成多諧振蕩器(1)連接方法：將555定時器的Vi1 和Vi2連在一起結成施密特觸發器，然后將VO經RC積分電路接回輸入端即構成了多諧振蕩器。多諧振蕩器原理圖如圖4所示。圖4 多諧振蕩器原理圖(2) 多諧振蕩形成機理：初始時刻，Vc為0時，Vi2<VT- 且Vi1<VT+，555定時器處于低觸發狀

12、態，VO1，T截止，電容C經過R1、R2充電；當Vc上升到VT-時，Vi2>VT- ，Vi1<VT+，處于保持狀態，電容繼續充電，Vc繼續升高，VO1，T截止；當Vc=VT+ 時，Vi1>VT+，555定時器處于高出發狀態，VO0，T導通，電容C經過R2、T放電，Vc降低，當Vc下降到VT-時，Vi2<VT- 且Vi1<VT+，電路再次進入低觸發狀態，電容C經過R1、R2充電以此循環往復，電容Vc上的電壓在VT-和VT+之間往復振蕩，Vo端輸出具有一定占空比的方波脈沖，通過調節RW或電容C，可得到不同的時間常數；還可產生周期和脈寬可變的方波輸出。(3)相關公式推導

13、：通過Vc的波形球的電容C的充電時間和放電時間計算公式如下：充電時間計算公式：放電時間計算公式：故電路的振蕩周期為：當Vco懸空（接電容后接地），=VCC ,= VCC時， 振蕩周期：振蕩頻率：四、方案實施及結果分析1、元件清單元器件清單如表所示。元件參數個數555芯片2電阻10K 100K 150K5電容0.01u 10u 30u3揚聲器1滑動變阻器100歐1開關1電池12V1導線若干2、電路仿真及器件參數選擇電路元件選取及仿真：根據經驗和查閱相關資料，同時參考相應模型，選取各電路元件參數，使555(1)輸出電壓周期數量級為毫秒級(ms),高低音振蕩周期數量級為微秒級(us)。通過仿真軟件M

14、ultisim仿真電路，調節參數，觀測波形。揚聲器發聲電路高低音輸出波形如圖5所示。圖5 揚聲器發聲電路高低音輸出波形3、計算結果與仿真結果(1)計算高頻聲音和低頻聲音的持續時間：高音(高頻信號)時間即為C1經R2放電時間T2，低音持續時間為C1經過R1、R2充電時間T1。高音持續時間：(即為低電平持續時間)低音持續時間：(即為高電平持續時間)(2)555(2)的5管腳輸入電壓可根據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)計算高頻聲音和低頻聲音振蕩頻率：當=0V時，=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=12V時， 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、制作與調試在整個焊接實物的過程中，我們都非常的小心、仔細。首先初步規劃了電路圖，確定了元件的具體安放位置，接著我們根據跳線的需要把需要調整的元件進行了調整，在實驗板上做了相應的記號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驗報告的排版與檢驗。在焊接電路的過程中基本沒有出現太大的問題，只有兩了555芯片的焊接出現了困難。由于555芯片的引腳之間的距離特別小，而且每個引腳上還得焊

16、接一根導線，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虛焊或漏焊等現象，這無疑增加了焊接的難度。在焊接電容的時候要注意分清電解電容的正負極，應遵循長正短負的原則。此片電容和電阻的焊接相對來說就簡單得多了。在焊接電路時，要認真細心，一部分一部分有條理得焊，防止漏焊和錯焊。焊接的時候要思考線的布局，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，揚聲器不工作。我們首先檢查了焊點是否出現了虛焊或漏焊現象，排除了焊點出錯的情況。接著我們檢查了兩個555芯片的所有引腳以及所有相鄰很近的焊點，看是否出現了短路的現象，經過檢查我們發現第二片555芯片的第六引腳和第七引腳發生了短路。檢查完短路

17、問題之后我們檢查了斷路問題，發現第一片555芯片的第一引腳和導線之間發生了斷路。找出錯誤之后我們對其進行了修改，最后再檢查了一遍，沒有發現問題。加了電源以后揚聲器發出了“滴答，滴答”的聲音。六、設計小結通過這次的課程設計，我們進一步知道了555芯片的引腳圖。也進一步了解到自己對很多元件的功能，一開始都是一知半解并且對于其在電路中的使用有很多誤解。而且平時看課本時，覺得自己很了解的內容在實際的制作時才發現那些元件的實際應用、性價比、市場行情、可替代元件等現實方面都是自己所不了解的。但經過元器件的采買和市場調查我覺得這些都可以掌握了。性價比：(1)利用555定時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，在由頻率計算電阻的時候要簡便的多，而且555定時器組成的多諧振蕩器的元件也比較的少而經濟。(2)在較低價位的情況下，555定時器組成的多諧振蕩器可以較高質量的完成模擬揚聲器聲響的電路，可以說性價比比較高。經過多次參數調整，可使仿真波形近似完美地符合計算結果。輸出振蕩頻率為1756Hz，持續時間為346.57ms的高音頻信號以及振蕩頻率為1176Hz，持續時間為415.89ms的低音頻信號，由其驅動揚聲器發聲即為救護車揚