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樂器的“最佳伴侶”——基于555定時器的D類耳機(jī)驅(qū)動器

發(fā)布時間:2015-11-26 來源:EDN 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】本設(shè)計實例為耳機(jī)和音頻線路提供兩個簡單、便宜的驅(qū)動器,分別如圖1、圖2所示。這兩個驅(qū)動器針對電吉他和小提琴設(shè)計,但也可適用于更多其他應(yīng)用。對于這樣的簡單應(yīng)用而言,噪聲和總諧波失真(THD)并不是重點考慮因素,因此并未對這兩個數(shù)值進(jìn)行測量。
 
廣受歡迎的555定時器可用作樂器或其他應(yīng)用的PWM/D類放大器。其可在4.5V~16V的電源電壓范圍內(nèi)工作,并可輸出200mA的驅(qū)動電流。音頻信號被傳送至555定時器的CV( 控制電壓)引腳。
 
圖1:含運算放大器和NE555定時器的耳機(jī)和音頻線路驅(qū)動器。也可以使用CMOS版本(如LMC555),但輸出電流較低。其優(yōu)點為工作頻率較高。
圖1:含運算放大器和NE555定時器的耳機(jī)和音頻線路驅(qū)動器。也可以使用CMOS版本(如LMC555),但輸出電流較低。其優(yōu)點為工作頻率較高。
 
下述為一些設(shè)計考慮因素:
 
● CV引腳的輸入電阻約為3kΩ,在大多數(shù)音頻應(yīng)用中,需要某種音頻前置放大器/緩沖器。
 
● CV需要極大幅度的輸入音頻信號。所需的幅度取決于555定時器的電源和所需的輸出音頻功率。
 
● 555定時器作為振蕩器使用,通過施加至CV的較低頻音頻信號對其進(jìn)行調(diào)制。振蕩頻率應(yīng)最好至少為最大所需音頻頻率的10倍。對音頻應(yīng)用而言,頻率應(yīng)介于60kHz至200kHz之間。這樣就簡化了555定時器所產(chǎn)生的高頻噪聲的濾除,并維持了高切換效率。
 
● 需留意射頻發(fā)射。至少應(yīng)在555定時器的輸出端和揚聲器或耳機(jī)間設(shè)置一個一階低通濾波器。若電纜較長,則應(yīng)考慮電纜寄生電容(最好為雙絞線)。
 
通過Av1=1+R6/R12這一公式,第一級增益由R6和R12設(shè)定為約11。
 
CV上無輸入模擬信號時的定時器的頻率取決于R7、R8及C5的值,其標(biāo)準(zhǔn)計算公式如下:
 
f=1.44/((R7+2R8)×C5)(Hz)
 
NE555的輸出信號傳輸至連接器OUT1、OUT2和OUT3。R9、C7和負(fù)載可作為低通濾波器,用于濾除定時器產(chǎn)生的高頻分量。若未經(jīng)濾波,這些分量會產(chǎn)生輻射,導(dǎo)致放大器周圍的敏感電子設(shè)備出現(xiàn)問題。應(yīng)盡量降低濾波器的截止頻率,并選用具有較高電阻的耳機(jī)。
 
結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFET)版本
 
電路也可使用場效應(yīng)晶體管或雙極型晶體管來獲取高輸入阻抗,放大NE555之前的音頻信號。
 
電路的輸入級構(gòu)建于JFET T1周圍。電阻器R4*和R5*應(yīng)具有最小適用值。它們應(yīng)產(chǎn)生一定增益,且具有低輸出阻抗以驅(qū)動555定時器。在無輸入信號的情況下,A點和B點之間的直流電壓約為VEE/3。該電路比圖1所示的電路要簡單,但可能需要根據(jù)所選用的晶體管T1和第一級所需的電壓增益,對R4*和R5*進(jìn)行調(diào)整。此處的問題是,給定類型的JFET參數(shù)的差別可能超過4:1。當(dāng)開關(guān)S1閉合時,T1的增益設(shè)置為最大值。
 
圖2:含JFET輸入和NE555的耳機(jī)/線路驅(qū)動器。
圖2:含JFET輸入和NE555的耳機(jī)/線路驅(qū)動器。
 
雙極型晶體管T2可提高JFET的驅(qū)動能力。此外,其還支持使用較高的R4*數(shù)值,從而增加T1的電壓增益。
 
圖3所示電路采用兩個工作在不同頻率下的555定時器,以獲取不同的音效。
 
圖3:采用兩個工作在不同頻率下的555定時器電路,以獲取不同的音效。
圖3:采用兩個工作在不同頻率下的555定時器電路,以獲取不同的音效。
 
結(jié)論
 
這類電路可在555定時器的整個電壓范圍(4.5V~16V)內(nèi)運行,但更高的+VEE(如12V~16V)為首選。這將產(chǎn)生更多輸出功率,大多數(shù)運算放大器和JFET在該電壓范圍內(nèi)運行效果更佳。
 
這類電路可驅(qū)動高阻抗揚聲器和耳機(jī)—超過24Ω的為首選。不管在何種情況下,較好的做法是使555定時器的峰值輸出電流保持在150mA以下。這樣將把芯片的功耗保持在可接受的程度內(nèi)。若輸出電流遠(yuǎn)高于100mA,555定時器輸出晶體管的壓降會快速增加。



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