扬声器发声电路一、引言1、选题意义经过一学期的学习，我们已掌握了一些简单的电路的特性以及元器件的作用，但我们对生活中已经应用了许久的电路依然陌生，比如简单的喇叭、闹钟、信号灯等。

我们在学习中刚刚接触到一些皮毛知识，而把这些知识运用到炉火纯青的地步是有一些难度的，所以我们以模拟扬声器声响电路为题设计电路，可以提高我们对555芯片的认识，可以巩固我们所学的相关理论知识，实践所掌握的电子制作技能，完成一个实际的电子产品，进一步提高分析问题、解决问题的能力。

2、设计目标在电子技术课中我们学到了许多有关电子技术方面的知识，其中我们学到了555芯片的原理与功能，那些只是书本上的理论知识，我们没有将这些所学的知识应用到实践中去，不能说明我们对555芯片已经熟知，所以通过此次的设计我们要对555芯片的内部结构及其级联等方面的应用有更深层次的了解。

比如应用一个555芯片可以带动扬声器发出声响，但这种声响声音单一，发音效果不太好听。

此次课程设计不仅为了提高我们对555芯片的认识，也是为了拓宽我们的知识面，提高综合素质。

通过电子元器件认识与系统设计，能够进一步熟悉电子元件的结构、工作原理和使用方法。

其次，了解电路理论的实际应用，掌握电子系统的装配和调试工艺，提高我们自己的实际操作的能力。

巩固课堂所学的知识，提高把理论知识应用于实际中的能力，同时通过实习活动，既要我们收集与自己设计题目有关的设计资料，又要掌握扬声器发声电路的设计方法和调试技术，数字模拟扬声器发声电路的综合设计、分析与调试方法。

我们所做的是模拟扬声器发声的装置，该装置简单易懂，制作比较方便，通过对电路的设计，以及对电子市场中元器件的调查和焊接的过程，大大提高了我们的动手能力。

3、小组成员及分工小组成员及分工情况如下所示。

小组成员及分工情况姓名学号分工设计、查找、买元件、焊接、写报告姓名学号分工设计、查找、买元件、焊接、写报告二、作品说明1、功能本设计题目名称为扬声器发声模拟电路的设计。

经过电路设计和市场调查,选择出简单可行且成本较低的扬声器发声模拟电路。

该设计是由两片555芯片、五个电阻、三个电容、一个滑动变阻器、一个开关、一个扬声器、一节12V的干电池以及若干导线组成的。

若电路焊接成功，则第一片555组成的多谐振荡器将会产生低频信号，第二片555组成的多谐振荡器将会产生高频信号来运载之前产生的低频信号，当信号传递到扬声器之后，扬声器会发出“滴答，滴答”的声音。

2、操作说明按下开关便可以发生“滴答，滴答”的声音，调节滑动变阻器2R的阻值，通过改变第一片的555芯片的占空比，进而控制高音与低音的时间T H、T L，可以任意调节滴答声的效果。

三、基本原理1、原理图双极性型5G555的主要性能参数如表1所示。

表1 双极性型5G555的主要性能参数参数名称符号单位参数电源电压VCCV 5~16电源电流ICCmA阈值电压VTH V ccV32触发电压VTR V ccV31输出低电平VOLV 1输出高电平VOHV 13.3CMOS型7555的主要性能参数如表2所示。

表2 CMOS型7555的主要性能参数参数名称符号单位参数电源电压VCCV 3~18电源电流ICCμA 60阈值电压VTH V Vdd32触发电压VTR V Vdd31输出低电平VOLV 0.1输出高电平VOHV 14.8(1)555定时器器件特性555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。

集成时基电路555的电源电压范围较宽，可在5~16V范围内使用（TTL型，若为CMOS型的555芯片，则电压范围可在2~18V 内），电路的输出有缓冲器，因而有较强的带负载能力。

基于以上对555定时器参数及性能的分析，认为以555定时器搭建的电路能够驱动小功率扬声器发音，选择适当的外部电阻电容等器件与555定时器配合使用能够使此设计得以实现。

2、电路图设计及器件参数选择(1) 电路概述：所设计的扬声器发声电路主要有两个连接为多谐振荡器的555定时器及相关外围组件组成。

具体电路图如图1所示。

通过555(1)控制高频声音和低频声音的持续时间，555(2)作为压控振荡器将555(1)输出的高低电平转化为频率，驱动扬声器发出响声。

(2) 扬声器高低音发声机理：555(1)主要通过V01输出占空比一定的方波信号控制555(2)的控制端电压，当V01输出为高电平时，555(2)控制电压端V co为高电平，由振荡频率f的计算公式可知此时振荡频率较低，为低音；相对应，当V01输出为低电平时，555(2)控制电压端V co为低电平，此时振荡频率较高，为高音。

而高低音的持续时间则由555(1)决定。

扬声器发声电路如图1所示。

R110.0kΩR2150.0kΩR310.0kΩR4 10.0kΩR5 100.0kΩC1 10µFC230µFC30.01µFVCCOUTU1555_TIMER_RATEDGNDDISRSTTHRCONTRIVCC12VR6100ΩKey=A40 %XLV1InputU2555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRI图1 扬声器发声电路图3、555定时器内部结构及工作原理(1)内部结构：555定时器内部结构如图2所示。

555定时器逻辑符号和引脚如图3所示。

V i1(TH)：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH 。

V i2(TR )：低电平触发端，简称低触发端，标志为TR 。

V CO ：控制电压端。

V O ：输出端。

Dis ：放电端。

Rd ：复位端。

555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R 组成的分压网络，产生31V CC 和32V CC图2 555定时器内部结构R5KR5KR5KC1C2G1G2G3RdVi1(T H)Vi2(T R)VCCTVc oR1VoVo'Dis QQ SR..T H6T R 2Di s7V C C8R d4Q3G N D1Vc o555512345678GNDT RVoRdVc o T HDi s VCC 555..(a ) 555的逻辑符号(b ) 555的引脚排列图3 555定时器逻辑符号和引脚两个基准电压；两个电压比较器C1、C2；一个由与非门G1、G2组成的基本RS触发器(低电平触发)；放电三极管T和输出反相缓冲器G3。

Rd是复位端，低电平有效。

复位后, 基本RS触发器的Q端为1(高电平)，经反相缓冲器后，输出为0(低电平)。

V CO为控制电压端，在V CO端加入电压，可改变两比较器C 1、C2的参考电压。

不加控制电压时，要在V CO和地之间接0．01μF(电容量标记为103)电容。

放电管Tl的输出端Dis为集电极开路输出。

(2)工作原理:该电路主要通过两片555定时器模拟扬声器发声电路，输出周期性变化的高频信号和低频信号，驱动扬声器发出高音低音周期交替的声音。

将两片555定时器分别连接成多谐振荡器，其中555(1)的作用是控制高频声音和低频声音的持续时间，其输出V o1是555(2)的控制电压；555(2)的作用是控制高低音的频率，作为压控振荡器将555(1)输出的高低电平转化为频率，驱动扬声器发出响声。

分析图1的电路：在555定时器的V CC端和地之间加上电压，当V CO悬空时，比较器C1的同相输入端接参考电压V T+=32V CC，比较器C2反相输入端接参考电压V T-=31V CC；当V CO接控制电压V e时，比较器C1的同相输入端接参考电压V T+=V e，比较器C2反相输入端接参考电压V T-=21V e。

现做如下规定：当TH端的电压>V T+时，写为V TH=1，当TH端的电压<V T+时，写为V TH=0。

当TR端的电压>V T-时，写为V TR=1，当TR端的电压<V T-时，写为V TR=0。

低触发：当输入电压V i2<V T-且V i1<V T+时，V TR=0，V TH=0，比较器C2输出为低电平，C1输出为高电平，基本RS触发器的输入端S=0、R=1，使Q＝1，Q＝0，经输出反相缓冲器后，V O＝1，T截止。

这时称555定时器“低触发”。

保持：若V i2>V T-且V i1<V T+，则V TR=1，V TH=0，S=R=1，基本RS触发器保持，V O和T 状态不变，这时称555定时器“保持”。

高触发：若V i1>V T+，则V TH=1，比较器C1输出为低电平，无论C2输出何种电平，基本RS触发器因R=0，使Q＝1，经输出反相缓冲器后，V O＝0，T导通。

这时称555定时器“高触发”。

根据555定时器的控制功能，可以制成各种不同的脉冲信号产生与处理电路电路，例如,施密特触发器、单稳态触发器、自激多谐振荡器等。

4、555定时器接成多谐振荡器(1)连接方法：将555定时器的V i1和V i2连在一起结成施密特触发器，然后将V O经RC积分电路接回输入端即构成了多谐振荡器。

多谐振荡器原理图如图4所示。

图4 多谐振荡器原理图(2) 多谐振荡形成机理：初始时刻，V c为0时，V i2<V T- 且V i1<V T+，555定时器处于低触发状态，V O＝1，T截止，电容C经过R1、R2充电；当V c上升到V T-时，V i2>V T-，V i1<V T+，处于保持状态，电容继续充电，V c继续升高，V O＝1，T截止；当V c=V T+时，V i1>V T+，555定时器处于高出发状态，V O＝0，T导通，电容C经过R2、T放电，V c降低，当V c下降到V T-时，V i2<V T-且Vi1<V T+，电路再次进入低触发状态，电容C经过R1、R2充电……以此循环往复，电容V c 上的电压在V T-和V T+之间往复振荡，V o端输出具有一定占空比的方波脉冲，通过调节R W 或电容C，可得到不同的时间常数；还可产生周期和脉宽可变的方波输出。

(3)相关公式推导：通过V c 的波形球的电容C 的充电时间1T 和放电时间2T 计算公式如下： 充电时间1T 计算公式：()112lnCC T CC T V V T R R C V V -+-=+-放电时间2T 计算公式：2220lnln 0T T T T V VT R C R C V V ++---==-故电路的振荡周期为：()12122lnln CC T T CC T T V V VT T T R R C R C V V V -++--=+=++-当V co 悬空（接电容后接地），+T V =32V CC ,-T V =31 V CC 时，()112ln 2T R R C =+ 22ln 2T R C = 振荡周期：12(2)ln 2T R R C =+ 振荡频率：121(2)ln 2f T R R C ==+四、方案实施及结果分析 1、元件清单元器件清单如表所示。