基于555芯片的功放无信号自动关机系统

国家新闻出版广电总局723台 李金彤

1.引言

我单位机房部门负责维护短波发射机，该发射机的核心系统是载波系统和音周系统。其中的音周系统负责音频信号的传送：由卫星接收机经过音频处理器以及音频衰减器传输给发射机。这条回路中，我机房使用ORBAN公司生产的9200型数字音频处理器对音频吸合进行加工处理：压缩节目的动态范围，幅度限制，消除失真，输出放大等等。这个功放器一天24小时都是开启的，而发射机并不不是全天播音，也就不需要全天接收音频信号。如此一来，就会造成音频功放器额外的消耗浪费，降低其使用寿命。为此我机房设计以555芯片为核心的自动控制系统，根据音频信号的有无来决定开启或关闭功放器，延长它的使用寿命。

图1 555芯片内部电路

2.元件介绍

2.1 9200型数字音频处理器

本功放器将输入来的模拟音频信号先转换为数字信号，由主微处理器单元根据输入信号的情况进行运算式智能处理，从而完成高质量的音频加工过程。然后再将数字信号还原成模拟信号输出至发射机；或者将加工过的数字信号直接发送到数字式发射机。9200型功放器使用摩托罗拉公司的DSP56004数字信号处理芯片，采用高速运算方式进行信号的处理，具有高可靠性，长期使用温度特性，像调频音质信号的质量和清新度。它具有以下特点：第一，可以自动的在25dB可调范围内实现增益自动平稳的补偿。第二，通过使用多频段压缩技术和多频段失真消除技术，在不产生音频加工副作用的前提下，极大的增加声音的响度和密度。第三，可以准确的控制音频峰值电平，防止发射机过荷。第四，内置有8中工厂预置的加工特性曲线，用户可以根据节目需要方便的选择其中之一，并可以实现自动调用或用户存储调用。第五，使用带有程控均衡器，对接收机高端和低端响应的下跌进行补偿。对5kHz处的高频提升，可达20dB而不产生副作用。对中和低频段的均衡器可以明显的改善声音的清晰度。第六，功放器安装在发射机前端，能够很方便的设置峰值保护的极限，压缩和切削量以及进行发射机的高低通特性调整。第七，带有AES/EBU数字音频信号输入/输出接口，向用户提供一条由卫星接收机至发射机的完全数字信号通道。输入和输出接口都设有取样率变换器，可以选用32kHz或44.1kHz或48kHz的取样率。以适应节目源与功放器的信号处理速度要求。

2.2 555集成电路芯片

555集成电路大量运用于电子控制，电子检测，仪器仪表，音响报警等诸多方面。可用作振荡器，脉冲发生器，延时发生器，定时器，方波发生器，单稳态触发振荡器，双稳态多谐振荡器，自由多谐振荡器，脉宽调制器等等。在电路结构上，它由模拟电路和数字电路组合而成。将模拟功能和逻辑功能融为一体，能够产生精确的时间延迟和振荡。其内部电路结构如图1所示。

555芯片内部一共有21个三极管，4个二极管和16个电阻，组成两个电压比较器，一个RS触发器，一个放电三极管和由3个5k电阻组成的分压器。在图2-1中，由2个高增益的电压比较器，它们的输出端接到触发器的R和S端，VT是放电三极管，R1,R2,R3就是3只5k电阻组成分压器，555芯片的名称因此而得名。A1称为上比较器，A2称为下比较器，由于R1,R2,R3阻值相等，所以电路的第5脚电位固定在2/3的VCC上，VCC是工作电源电压，第6脚是阀值输入端。下比较器A2的同相输入端电位被固定在1/3的VCC上，反相端即第2脚作为触发输入端。A1和A2的输出分别送到RS触发器的置位端S和复位端R，以控制输出端即第3脚的电平状态和放电三极管VT的导通和截止。图2-1中，R4与C1与555集成电路接成的是单稳态电路。由于A1的基准设在反相输入端(2/3VCC)，所以当阀值端电压高于或者等于2/3VCC时，A1输出高电平，使得触发器复位，输出端第3脚为低电平，Q=0，放电管VT导通，555电路的第1,7两脚被VT短接，外部电容C1可以通过1,7脚放电。而A2的基准是设在同相输入端，因此只有触发端第2脚电位低于或者等于1/3VCC时，A2输出高电平，触发器被置位。第3引脚输出高电平，放电管VT截止，第1,7脚间断开，等效为第7脚悬空。此时电容C1通过电阻R4充电。阀值端第6脚只对高电平有效，对低电平不起作用。触发端第2脚只对低电平有效，对高电平无效。所以触发端第2脚电位低于1/3VCC时，芯片输出高电平；触发端第6脚电位高于2/3VCC时，芯片输出低电平。

555集成电路还设置了强制复位端第4脚，如果该脚为低电平(<=0.4V)，不管第2,6脚电平如何，第3脚输出总是低电平。另外，第5脚为控制端，可以通过外接分压电阻或者稳压管来改变A1,A1两个电压比较器的基准电压以扩大其应用范围。如果在第5脚与第1脚之间外接一只5.1V稳压管，则上比较器A1的基准电压就是5.1V，而下比较器A2的基准电压变为5.1/2=2.6V。如果第5脚接一个交变电压，则A1，A2两个比较器的基准电压随时间而变化，从而使外部电路充放电时间也变化，起到调制的作用。

2.3 自动关机电路原理及设计

前面2小节介绍了功放器和555集成电路，下面将介绍本自动关机系统的工作原理。

图2是本课题设计的自动关机系统的核心电路，主要由电子开关，延迟电路和控制部分等组成。V1与D1,D2等组成电子开关，由功放器输出信号该电路的开和关。延迟电路由555和R2,C3等电路组成，通过其触点的闭合和打开实现对功放电源开机和关机。当电源VCC接通瞬间，由于C3两端电压不能突变，555电路的第2脚为低电平，555置位，第3脚输出高电平。继电器K1的线包得电吸合，触电接通功放电源（在电路图中从略）。

图2 自动关机系统

当功放器有信号时，信号经RP1，C1和D2进行整流，此整流电压能维持V1保持导通状态，D3也随之导通。所以C3两端电压被D3,V1钳位在1V左右，即555电路的第2脚保持低电平不变。555电路始终处于置位状态，继电器K1将一直保持吸合，电源始终被接通。若功放无信号输出，V1因基极失去整流电压而处于截止状态，其集电极输出高电平，D3截止，此时电源经R2向C3充电，当充电至2/3VCC时，555电路翻转复位，第3脚输出低电平，继电器K1释放，整机电源被切断，从而实现了自动关机。电路的延迟时间由R2和C3的时间常数决定，考虑到节目之间都存在一些时间间隙，所以延迟关机时间以1分钟或者更长一些为宜。如果不合适可以调整R2或C3的数值。

将RP1并接在功放器的输出端，如扬声器的两端，用万用表监测三极管V1集电极电压，从小到大调整电位器RP1的值，在功放器有信号输出时，万用表指示为0.3-0.5V，这样当功率放大器无信号输出时，电路就会自动延迟关机。该系统实质是一个负反馈系统，取出放大器的输出信号作为负反馈信号，以串联的形式与放大器的输入信号混合。这种负反馈电路能够稳定放大器的输出信号电流，提高了放大器的输入阻抗。

3.总结

这个系统合理的运用555电路，实现了功放器电源的自动控制，电路简单原理不复杂，便于分析维护。实际电路经过运行，可以高效的控制功放器电源的开启和关断，能够准确识别节目中间的语音间隙而不会发生误操作。