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【風采匯】+ 如何制作一個炫酷的等離子揚聲器
閱讀: 1725 |  回復: 6 樓層直達

2019/10/07 12:13:24
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慢悠悠2333
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士兵

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簡介

等離子揚聲器是揚聲器的一種卻完全區別于普通揚聲器,普通揚聲器都是通過振膜的振動驅動空氣發聲,振膜發聲的本質是受迫振動,由于現有振膜是一種具有:回復力和質量的機械結構,因此會存在一個固有頻率(即諧振頻率)的問題這就不可避免的產生頻譜失真(包含瞬態失真),要想從根本上改善普通揚聲器的發聲性能首先必須解決諧振問題。等離子揚聲器的出現可以說是應運而生,它沒有振膜通過直接驅動離子化的空氣振動發聲,所以理論上等離子揚聲器能最大限度還原聲音的真實音色。(摘自 百度百科)

工作原理

在一般的狀態下,空氣的分子大部分為中性不帶電。但經過高壓放電后就成為帶電的粒子,這種現象稱游離化或電離。劇烈的電離過程會產生電弧放電,電弧的橫截面直徑(粗細)與電弧中電流大小成正比,粗細程度就是空氣膨脹程度不同的表現,(聲波的產生需要空氣的膨脹和收縮,收縮過程就是電弧電流由大變小時空氣膨脹系數也由大變小的過程)通過音頻信號控制電弧中電流的大小則產生相應的聲波,這就是離子揚聲器的原理。

(摘自百度百科)

方案設計

根據原理我們可以知道,我們只要做一個電弧輸出功率隨著音頻信號幅值變化即可做出等離子揚聲器,在我逛B站和百度貼吧的時候我發現不少愛好者采用的“PWM調制技術”,和“甲類調制技術”,因為這兩技術簡單,容易實現,但是基于體積考慮,我選擇發熱更小的“PWM調制技術”

利用PWM調制技術改變負載的功率的原理不是非常難,通俗講就是通過改變單位時間內接通電源時間跟斷開電源時間的占比,使得加到負載上的等效電壓不一樣,如下兩圖:

假設PWM的占空比為50%(高電平時間/周期=0.5),按照面積等效,等效電壓為0.5Uo

假設PWM的占空比為20%(高電平時間/周期=0.2),按照面積等效,等效電壓為0.2Uo

由公式P=U2/R可知,等效電壓變化會影響功率的變化,在實際生活中,臺燈調光,電機調速不少都采用PWM調制技術改變負載功率

那么如何產生PWM信號?

這里需要涉及模電內容,需要采用比較器,比較器是用來比較電壓幅值的,它有兩個電壓輸入通道(AB)和一個電壓輸出通道(C),當輸入到A通道的電壓V1>輸入到B通道的電壓V2時,輸出通道B輸出電源電壓,反之,當V1<V2時,輸出零電壓(相當于斷開電源連接)

利用比較器的原理,我們可以將鋸齒波信號(V2,對應示波器顯示的藍色線)跟一個參考直流電壓(V1,對應示波器器顯示的綠色線)比較,鋸齒波信號幅值大于參考電壓輸出高電平(對應示波器顯示的紅色線),鋸齒波信號幅值小于參考電壓輸出低電平,我們改變參考電壓即可改變占空比了

仿真實驗圖:

如果我們把參考電壓給換成音頻信號,那就是輸出隨著音頻幅值變化的PWM信號,即達到我們想要的調制效果,而這一原理在D類功放上也有應用

仿真截圖:

電路設計

為了制作方便,我們可以直接使用TL494芯片或者SG3525芯片,這類型芯片是專門的PWM控制器,內置鋸齒波產生電路,電壓比較電路,我們只需要輸入控制信號,簡單配置外圍器件即可實現PWM調制了(詳細功能配置可自行查詢數據手冊)

1.TL494調制電路:

2.輔助電源電路:

注:

CON1  音頻輸入

Choose 左右聲道選擇

ADJ 可用于外接音量調節電位器

Signal-A 輸出PWM調制信號

Signal-B 輸出PWM調制互補信號

INPUT 電源輸入(16V~32V 2A

那到這里是不是做完了呢?不,還沒有,TL494只能提供調制信號,這個信號是不能直接接高壓變壓器產生電弧的,它的驅動能力不夠,所以,我們還需要一個功率放大電路,才能有足夠的功率驅動高壓變壓器,我這里采用的全橋,電路圖如下:

注:

OUPUT接高壓包

高壓變壓器采用的電視機高壓包,但是需要修改一下,因為內部變壓器的初級跟次級的匝數比太小,不足以產生足夠的高壓(一般需要10KV~30KV高壓,聲音效果才比較好),改造如圖所示,在裸露磁芯上使用粗電線繞制初級

次級高壓輸出端子如圖所示:

紅色標識為高壓輸出線,藍色標識的兩根線不需要使用,可以剪掉

底部高壓輸出線如圖所示:

紅色標識引腳為高壓輸出引腳

為了方便安裝,可以制作一個PCB底座,然后把高壓輸出電極的線引出來

由于放電電弧溫度較高,太細的導線直接放電會直接融化,需要使用耐高溫的電極,我這里采用的燃燒室點火器的放電針,煤氣灶的點火器上面的放電針也能用

大家可以根據我公布的原理圖設計PCB,參數均是調試過后最終的使用數據,直接按圖接線就能做出來

制作組裝

這是我個人設計的PCB板子和所需元器件大集合

焊接完成后

全部組裝好后的圖片:

效果演示

設備效果演示視頻:

鏈接:https://www.bilibili.com/video/av70385289?share_medium=android&share_source=qq&bbid=CF14E22C-2D5D-4206-BB63-A4A1A60BAE1216814infoc&ts=1570405933185



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該類型等離子揚聲器并不是一個很高科技的東西,電路簡單,制作也不麻煩,寫這篇帖子一方面是為了給一些初級愛好者分享有趣的電路,了解等離子揚聲器的工作原理,體驗不一樣的功放電路,另一方面是為了分享我個人的設計參數,畢竟網上搜到的很多圖紙,音樂播放效果并不是非常好,音樂效果好的設計,部分人又不愿意公布,希望我的參數數據能給大家少走點彎路,本帖如有不足之處,希望大家多多指正~

注:該設備運行產生的高溫電弧具有一定危險性,請大家運行過程謹慎操作,同時高溫電弧會生成大量臭氧,大家不要長時間運行,保持通風,避免臭氧中毒


電源網-天邊在2019-10-29打賞該貼 +10 電源幣 打賞理由:作品棒棒噠!視頻已上傳至帖子中。

2019/10/07 12:16:52
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電源網-璐璐
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LV10
司令
zhe ye tai bang le ba !wo da bu chu han zi 
2019/10/07 12:48:39
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慢悠悠2333
電源幣:24 | 積分:3 主題帖:2 | 回復帖:4
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士兵
哈哈哈
2019/10/07 16:03:11
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f2441093019
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士兵
流批流批流批流批流批流批流批流批流批
2019/10/07 16:42:24
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圣衍
電源幣:4 | 積分:1 主題帖:1 | 回復帖:17
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班長
這個太6了干的漂亮
2019/10/31 09:51:16
6
電源網-璐璐
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司令
漂亮漂亮!頂一個 !收藏收藏 學習了學習了!
2019/11/05 12:08:28
7
QC過河記
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