基于555芯片的功放無(wú)信號(hào)自動(dòng)關(guān)機(jī)系統(tǒng)

國(guó)家新聞出版廣電總局723臺(tái) 李金彤

1.引言

我單位機(jī)房部門(mén)負(fù)責(zé)維護(hù)短波發(fā)射機(jī)，該發(fā)射機(jī)的核心系統(tǒng)是載波系統(tǒng)和音周系統(tǒng)。其中的音周系統(tǒng)負(fù)責(zé)音頻信號(hào)的傳送：由衛(wèi)星接收機(jī)經(jīng)過(guò)音頻處理器以及音頻衰減器傳輸給發(fā)射機(jī)。這條回路中，我機(jī)房使用ORBAN公司生產(chǎn)的9200型數(shù)字音頻處理器對(duì)音頻吸合進(jìn)行加工處理：壓縮節(jié)目的動(dòng)態(tài)范圍，幅度限制，消除失真，輸出放大等等。這個(gè)功放器一天24小時(shí)都是開(kāi)啟的，而發(fā)射機(jī)并不不是全天播音，也就不需要全天接收音頻信號(hào)。如此一來(lái)，就會(huì)造成音頻功放器額外的消耗浪費(fèi)，降低其使用壽命。為此我機(jī)房設(shè)計(jì)以555芯片為核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)音頻信號(hào)的有無(wú)來(lái)決定開(kāi)啟或關(guān)閉功放器，延長(zhǎng)它的使用壽命。

圖1 555芯片內(nèi)部電路

2.元件介紹

2.1 9200型數(shù)字音頻處理器

本功放器將輸入來(lái)的模擬音頻信號(hào)先轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由主微處理器單元根據(jù)輸入信號(hào)的情況進(jìn)行運(yùn)算式智能處理，從而完成高質(zhì)量的音頻加工過(guò)程。然后再將數(shù)字信號(hào)還原成模擬信號(hào)輸出至發(fā)射機(jī)；或者將加工過(guò)的數(shù)字信號(hào)直接發(fā)送到數(shù)字式發(fā)射機(jī)。9200型功放器使用摩托羅拉公司的DSP56004數(shù)字信號(hào)處理芯片，采用高速運(yùn)算方式進(jìn)行信號(hào)的處理，具有高可靠性，長(zhǎng)期使用溫度特性，像調(diào)頻音質(zhì)信號(hào)的質(zhì)量和清新度。它具有以下特點(diǎn)：第一，可以自動(dòng)的在25dB可調(diào)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)增益自動(dòng)平穩(wěn)的補(bǔ)償。第二，通過(guò)使用多頻段壓縮技術(shù)和多頻段失真消除技術(shù)，在不產(chǎn)生音頻加工副作用的前提下，極大的增加聲音的響度和密度。第三，可以準(zhǔn)確的控制音頻峰值電平，防止發(fā)射機(jī)過(guò)荷。第四，內(nèi)置有8中工廠預(yù)置的加工特性曲線，用戶可以根據(jù)節(jié)目需要方便的選擇其中之一，并可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)用或用戶存儲(chǔ)調(diào)用。第五，使用帶有程控均衡器，對(duì)接收機(jī)高端和低端響應(yīng)的下跌進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)5kHz處的高頻提升，可達(dá)20dB而不產(chǎn)生副作用。對(duì)中和低頻段的均衡器可以明顯的改善聲音的清晰度。第六，功放器安裝在發(fā)射機(jī)前端，能夠很方便的設(shè)置峰值保護(hù)的極限，壓縮和切削量以及進(jìn)行發(fā)射機(jī)的高低通特性調(diào)整。第七，帶有AES/EBU數(shù)字音頻信號(hào)輸入/輸出接口，向用戶提供一條由衛(wèi)星接收機(jī)至發(fā)射機(jī)的完全數(shù)字信號(hào)通道。輸入和輸出接口都設(shè)有取樣率變換器，可以選用32kHz或44.1kHz或48kHz的取樣率。以適應(yīng)節(jié)目源與功放器的信號(hào)處理速度要求。

2.2 555集成電路芯片

555集成電路大量運(yùn)用于電子控制，電子檢測(cè)，儀器儀表，音響報(bào)警等諸多方面。可用作振蕩器，脈沖發(fā)生器，延時(shí)發(fā)生器，定時(shí)器，方波發(fā)生器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)振蕩器，雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，自由多諧振蕩器，脈寬調(diào)制器等等。在電路結(jié)構(gòu)上，它由模擬電路和數(shù)字電路組合而成。將模擬功能和邏輯功能融為一體，能夠產(chǎn)生精確的時(shí)間延遲和振蕩。其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

555芯片內(nèi)部一共有21個(gè)三極管，4個(gè)二極管和16個(gè)電阻，組成兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電三極管和由3個(gè)5k電阻組成的分壓器。在圖2-1中，由2個(gè)高增益的電壓比較器，它們的輸出端接到觸發(fā)器的R和S端，VT是放電三極管，R1,R2,R3就是3只5k電阻組成分壓器，555芯片的名稱因此而得名。A1稱為上比較器，A2稱為下比較器，由于R1,R2,R3阻值相等，所以電路的第5腳電位固定在2/3的VCC上，VCC是工作電源電壓，第6腳是閥值輸入端。下比較器A2的同相輸入端電位被固定在1/3的VCC上，反相端即第2腳作為觸發(fā)輸入端。A1和A2的輸出分別送到RS觸發(fā)器的置位端S和復(fù)位端R，以控制輸出端即第3腳的電平狀態(tài)和放電三極管VT的導(dǎo)通和截止。圖2-1中，R4與C1與555集成電路接成的是單穩(wěn)態(tài)電路。由于A1的基準(zhǔn)設(shè)在反相輸入端(2/3VCC)，所以當(dāng)閥值端電壓高于或者等于2/3VCC時(shí)，A1輸出高電平，使得觸發(fā)器復(fù)位，輸出端第3腳為低電平，Q=0，放電管VT導(dǎo)通，555電路的第1,7兩腳被VT短接，外部電容C1可以通過(guò)1,7腳放電。而A2的基準(zhǔn)是設(shè)在同相輸入端，因此只有觸發(fā)端第2腳電位低于或者等于1/3VCC時(shí)，A2輸出高電平，觸發(fā)器被置位。第3引腳輸出高電平，放電管VT截止，第1,7腳間斷開(kāi)，等效為第7腳懸空。此時(shí)電容C1通過(guò)電阻R4充電。閥值端第6腳只對(duì)高電平有效，對(duì)低電平不起作用。觸發(fā)端第2腳只對(duì)低電平有效，對(duì)高電平無(wú)效。所以觸發(fā)端第2腳電位低于1/3VCC時(shí)，芯片輸出高電平；觸發(fā)端第6腳電位高于2/3VCC時(shí)，芯片輸出低電平。

555集成電路還設(shè)置了強(qiáng)制復(fù)位端第4腳，如果該腳為低電平(<=0.4V)，不管第2,6腳電平如何，第3腳輸出總是低電平。另外，第5腳為控制端，可以通過(guò)外接分壓電阻或者穩(wěn)壓管來(lái)改變A1,A1兩個(gè)電壓比較器的基準(zhǔn)電壓以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。如果在第5腳與第1腳之間外接一只5.1V穩(wěn)壓管，則上比較器A1的基準(zhǔn)電壓就是5.1V，而下比較器A2的基準(zhǔn)電壓變?yōu)?.1/2=2.6V。如果第5腳接一個(gè)交變電壓，則A1，A2兩個(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓隨時(shí)間而變化，從而使外部電路充放電時(shí)間也變化，起到調(diào)制的作用。

2.3 自動(dòng)關(guān)機(jī)電路原理及設(shè)計(jì)

前面2小節(jié)介紹了功放器和555集成電路，下面將介紹本自動(dòng)關(guān)機(jī)系統(tǒng)的工作原理。

圖2是本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)關(guān)機(jī)系統(tǒng)的核心電路，主要由電子開(kāi)關(guān)，延遲電路和控制部分等組成。V1與D1,D2等組成電子開(kāi)關(guān)，由功放器輸出信號(hào)該電路的開(kāi)和關(guān)。延遲電路由555和R2,C3等電路組成，通過(guò)其觸點(diǎn)的閉合和打開(kāi)實(shí)現(xiàn)對(duì)功放電源開(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī)。當(dāng)電源VCC接通瞬間，由于C3兩端電壓不能突變，555電路的第2腳為低電平，555置位，第3腳輸出高電平。繼電器K1的線包得電吸合，觸電接通功放電源（在電路圖中從略）。

圖2 自動(dòng)關(guān)機(jī)系統(tǒng)

當(dāng)功放器有信號(hào)時(shí)，信號(hào)經(jīng)RP1，C1和D2進(jìn)行整流，此整流電壓能維持V1保持導(dǎo)通狀態(tài)，D3也隨之導(dǎo)通。所以C3兩端電壓被D3,V1鉗位在1V左右，即555電路的第2腳保持低電平不變。555電路始終處于置位狀態(tài)，繼電器K1將一直保持吸合，電源始終被接通。若功放無(wú)信號(hào)輸出，V1因基極失去整流電壓而處于截止?fàn)顟B(tài)，其集電極輸出高電平，D3截止，此時(shí)電源經(jīng)R2向C3充電，當(dāng)充電至2/3VCC時(shí)，555電路翻轉(zhuǎn)復(fù)位，第3腳輸出低電平，繼電器K1釋放，整機(jī)電源被切斷，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)關(guān)機(jī)。電路的延遲時(shí)間由R2和C3的時(shí)間常數(shù)決定，考慮到節(jié)目之間都存在一些時(shí)間間隙，所以延遲關(guān)機(jī)時(shí)間以1分鐘或者更長(zhǎng)一些為宜。如果不合適可以調(diào)整R2或C3的數(shù)值。

將RP1并接在功放器的輸出端，如揚(yáng)聲器的兩端，用萬(wàn)用表監(jiān)測(cè)三極管V1集電極電壓，從小到大調(diào)整電位器RP1的值，在功放器有信號(hào)輸出時(shí)，萬(wàn)用表指示為0.3-0.5V，這樣當(dāng)功率放大器無(wú)信號(hào)輸出時(shí)，電路就會(huì)自動(dòng)延遲關(guān)機(jī)。該系統(tǒng)實(shí)質(zhì)是一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)，取出放大器的輸出信號(hào)作為負(fù)反饋信號(hào)，以串聯(lián)的形式與放大器的輸入信號(hào)混合。這種負(fù)反饋電路能夠穩(wěn)定放大器的輸出信號(hào)電流，提高了放大器的輸入阻抗。

3.總結(jié)

這個(gè)系統(tǒng)合理的運(yùn)用555電路，實(shí)現(xiàn)了功放器電源的自動(dòng)控制，電路簡(jiǎn)單原理不復(fù)雜，便于分析維護(hù)。實(shí)際電路經(jīng)過(guò)運(yùn)行，可以高效的控制功放器電源的開(kāi)啟和關(guān)斷，能夠準(zhǔn)確識(shí)別節(jié)目中間的語(yǔ)音間隙而不會(huì)發(fā)生誤操作。