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【风采汇】+ 如何制作一个炫酷的等离子扬声器
阅读: 1945 |  回复: 6 楼层直达

2019/10/07 12:13:24
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慢悠悠2333
电源币:24 | 积分:3 主题帖:2 | 回复帖:4
LV1
士兵

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简介

等离子扬声器是扬声器的一种却完全区别于普通扬声器,普通扬声器都是通过振膜的振动驱动空气发声,振膜发声的本质是受迫振动,由于现有振膜是一种具有:回复力和质量的机械结构,因此会存在一个固有频率(即谐振频率)的问题这就不可避免的产生频谱失真(包含瞬态失真),要想从根本上改善普通扬声器的发声性能首先必须解决谐振问题。等离子扬声器的出现可以说是应运而生,它没有振膜通过直接驱动离子化的空气振动发声,所以理论上等离子扬声器能最大限度还原声音的真实音色。(摘自 百度百科)

工作原理

在一般的状态下,空气的分子大部分为中性不带电。但经过高压放电后就成为带电的粒子,这种现象称游离化或电离。剧烈的电离过程会产生电弧放电,电弧的横截面直径(粗细)与电弧中电流大小成正比,粗细程度就是空气膨胀程度不同的表现,(声波的产生需要空气的膨胀和收缩,收缩过程就是电弧电流由大变小时空气膨胀系数也由大变小的过程)通过音频信号控制电弧中电流的大小则产生相应的声波,这就是离子扬声器的原理。

(摘自百度百科)

方案设计

根据原理我们可以知道,我们只要做一个电弧输出功率随着音频信号幅值变化即可做出等离子扬声器,在我逛B站和百度贴吧的时候我发现不少爱好者采用的“PWM调制技术”,和“甲类调制技术”,因为这两技术简单,容易实现,但是基于体积考虑,我选择发热更小的“PWM调制技术”

利用PWM调制技术改变负载的功率的原理不是非常难,通俗讲就是通过改变单位时间内接通电源时间跟断开电源时间的占比,使得加到负载上的等效电压不一样,如下两图:

假设PWM的占空比为50%(高电平时间/周期=0.5),按照面积等效,等效电压为0.5Uo

假设PWM的占空比为20%(高电平时间/周期=0.2),按照面积等效,等效电压为0.2Uo

由公式P=U²/R可知,等效电压变化会影响功率的变化,在实际生活中,台灯调光,电机调速不少都采用PWM调制技术改变负载功率

那么如何产生PWM信号?

这里需要涉及模电内容,需要采用比较器,比较器是用来比较电压幅值的,它有两个电压输入通道(AB)和一个电压输出通道(C),当输入到A通道的电压V1>输入到B通道的电压V2时,输出通道B输出电源电压,反之,当V1<V2时,输出零电压(相当于断开电源连接)

利用比较器的原理,我们可以将锯齿波信号(V2,对应示波器显示的蓝色线)跟一个参考直流电压(V1,对应示波器器显示的绿色线)比较,锯齿波信号幅值大于参考电压输出高电平(对应示波器显示的红色线),锯齿波信号幅值小于参考电压输出低电平,我们改变参考电压即可改变占空比了

仿真实验图:

如果我们把参考电压给换成音频信号,那就是输出随着音频幅值变化的PWM信号,即达到我们想要的调制效果,而这一原理在D类功放上也有应用

仿真截图:

电路设计

为了制作方便,我们可以直接使用TL494芯片或者SG3525芯片,这类型芯片是专门的PWM控制器,内置锯齿波产生电路,电压比较电路,我们只需要输入控制信号,简单配置外围器件即可实现PWM调制了(详细功能配置可自行查询数据手册)

1.TL494调制电路:

2.辅助电源电路:

注:

CON1  音频输入

Choose 左右声道选择

ADJ 可用于外接音量调节电位器

Signal-A 输出PWM调制信号

Signal-B 输出PWM调制互补信号

INPUT 电源输入(16V~32V 2A

那到这里是不是做完了呢?不,还没有,TL494只能提供调制信号,这个信号是不能直接接高压变压器产生电弧的,它的驱动能力不够,所以,我们还需要一个功率放大电路,才能有足够的功率驱动高压变压器,我这里采用的全桥,电路图如下:

注:

OUPUT接高压包

高压变压器采用的电视机高压包,但是需要修改一下,因为内部变压器的初级跟次级的匝数比太小,不足以产生足够的高压(一般需要10KV~30KV高压,声音效果才比较好),改造如图所示,在裸露磁芯上使用粗电线绕制初级

次级高压输出端子如图所示:

红色标识为高压输出线,蓝色标识的两根线不需要使用,可以剪掉

底部高压输出线如图所示:

红色标识引脚为高压输出引脚

为了方便安装,可以制作一个PCB底座,然后把高压输出电极的线引出来

由于放电电弧温度较高,太细的导线直接放电会直接融化,需要使用耐高温的电极,我这里采用的燃烧室点火器的放电针,煤气灶的点火器上面的放电针也能用

大家可以根据我公布的原理图设计PCB,参数均是调试过后最终的使用数据,直接按图接线就能做出来

制作组装

这是我个人设计的PCB板子和所需元器件大集合

焊接完成后

全部组装好后的图片:

效果演示

设备效果演示视频:

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



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该类型等离子扬声器并不是一个很高科技的东西,电路简单,制作也不麻烦,写这篇帖子一方面是为了给一些初级爱好者分享有趣的电路,了解等离子扬声器的工作原理,体验不一样的功放电路,另一方面是为了分享我个人的设计参数,毕竟网上搜到的很多图纸,音乐播放效果并不是非常好,音乐效果好的设计,部分人又不愿意公布,希望我的参数数据能给大家少走点弯路,本帖如有不足之处,希望大家多多指正~

注:该设备运行产生的高温电弧具有一定危险性,请大家运行过程谨慎操作,同时高温电弧会生成大量臭氧,大家不要长时间运行,保持通风,避免臭氧中毒


电源网-天边在2019-10-29打赏该贴 +10 电源币 打赏理由:作品棒棒哒!视频已上传至帖子中。

2019/10/07 12:16:52
2
电源网-璐璐
电源币:1092 | 积分:82 主题帖:283 | 回复帖:1514
LV10
司令
zhe ye tai bang le ba !wo da bu chu han zi 
2019/10/07 12:48:39
3
慢悠悠2333
电源币:24 | 积分:3 主题帖:2 | 回复帖:4
LV1
士兵
哈哈哈
2019/10/07 16:03:11
4
f2441093019
电源币:0 | 积分:8 主题帖:1 | 回复帖:2
LV1
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
5
圣衍
电源币:4 | 积分:1 主题帖:1 | 回复帖:17
LV2
班长
这个太6了干的漂亮
2019/10/31 09:51:16
6
电源网-璐璐
电源币:1092 | 积分:82 主题帖:283 | 回复帖:1514
LV10
司令
漂亮漂亮!顶一个 !收藏收藏 学习了学习了!
2019/11/05 12:08:28
7
QC过河记
电源币:0 | 积分:3 主题帖:1 | 回复帖:3
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士兵
李老板牛逼
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