等離子揚(yáng)聲器的原理介紹+選型指南

圖吧輕音部#2 電光火石間的樂器——等離子揚(yáng)聲器

又是一篇非常長原理向的教程啊

在寫這篇之前，我得翻翻之前咱群大佬的教程 電路-一個簡單的小型音樂特斯拉線圈 - 玉虎嗨科技

好了 我想想，其實(shí)關(guān)于等離子揚(yáng)聲器咱好像之前在【圖吧小白教程】非正規(guī)揚(yáng)聲器技術(shù) 中介紹過，包括硬盤磁頭能用來當(dāng)揚(yáng)聲器直接用，都是說過的。

首先什么是等離子揚(yáng)聲器？

等離子體是一種電離的氣體,由于存在電離出來的自由電子和帶電離子,等離子體具有很高的電導(dǎo)率,與電磁場存在極強(qiáng)的耦合作用.等離子態(tài)在宇宙中廣泛存在,常被看作物質(zhì)的第四態(tài)

簡單來說吧，等離子揚(yáng)聲器就是利用等離子體作為介質(zhì)驅(qū)使空氣振動的揚(yáng)聲器，它的原理非常簡單，利用高壓電擊穿空氣形成電弧，讓電弧驅(qū)動空氣振動就成了揚(yáng)聲器了。高壓端輸出電流大小會改變電弧截面的直徑因此等離子揚(yáng)聲器就是能改變高壓端輸出電流的調(diào)制電路+升壓電路

最簡單的能產(chǎn)生電弧的電路其實(shí)特別簡單，一個逆變器+升壓變壓器就行了，為了產(chǎn)生足夠高的電壓，不能用普通的升壓變壓器，要用行輸出變壓器。之前我們講電源的時候是不是講過現(xiàn)代電源都是逆變電源，高頻變壓器可以降低體積同時保證功率來著，其實(shí)老式CRT顯像管電視里面也有一個這玩意，只不過變壓器是輸入300V左右輸出上萬V這樣，而如果我們需要使用12V驅(qū)動的逆變器就可能會需要定制高壓包或者自己找現(xiàn)成的高壓包用導(dǎo)線在磁芯上做繞組

還好定制高壓包并不是很貴，連驅(qū)動電路下來是30包郵

其實(shí)驅(qū)動板單看根本不值錢，這套玩意主要的成本在定制變壓器上

但是這種驅(qū)動板，是不能單獨(dú)拿來做等離子揚(yáng)聲器的，前文我們也說了，等離子揚(yáng)聲器是需要能有效控制高壓輸出端電流來控制等離子電弧粗細(xì)振動空氣發(fā)聲的，所以我們需要知道AM電源調(diào)制電路這種最基本的功放電路

其原理很簡單，可以把這個場效應(yīng)管視作一個用音頻信號控制的可調(diào)電阻，輸出依然是直流但是已經(jīng)是可以隨著音頻信號改變電壓的直流了，因此用它+升壓電路做等離子揚(yáng)聲器是完全可以做到的：

等離子揚(yáng)聲器-效果展示

當(dāng)然，現(xiàn)代的DIY等級的調(diào)制電路和驅(qū)動電路已經(jīng)可以使用數(shù)字電路了，而且價格非常便宜：

tl494等離子揚(yáng)聲器上機(jī)測試

這個電路買成品比自己做還省事，我建議各位是只要能有這種便宜成品就不要嘗試自己手工焊接

這種利用調(diào)制電路+升壓變壓器制作出的簡易等離子揚(yáng)聲器就是最簡單最基本的等離子揚(yáng)聲器了，幾十年前等離子揚(yáng)聲器剛發(fā)明的時候就是這個樣子的

當(dāng)時沒有晶體管，電子管電路驅(qū)動能力不行，所以產(chǎn)生的電弧聲音很小，所以當(dāng)時的等離子揚(yáng)聲器都做成留聲機(jī)的外形

等離子揚(yáng)聲器的存在是有一定危險(xiǎn)的，首先它基于高壓電，雖然不致命但是熱電弧如果用手摸一下就可以聞到燒豬蹄的味道了，前年過年的時候咱就把自己手燒過一回，當(dāng)時是1100V那樣吧，拉電弧挺疼但是除了燒傷沒啥事人沒死，手疼了倆月好了。這是顯性的危險(xiǎn)還不算什么，接下來咱要講的另一種等離子揚(yáng)聲器有隱性的危險(xiǎn)這就很難解釋，如果有得選我寧可讓各位用這種危險(xiǎn)看得見的方案。

擴(kuò)展閱讀：什么是功放

電子愛好者們常用功放來特指音響用的功率放大器，其實(shí)功放種類非常多，只要能放大信號的功率的電路都可以稱為功放，也就是說功放不是只用在音響系統(tǒng)上而是廣泛運(yùn)用于如無線電通信、電力控制、醫(yī)學(xué)檢測等方方面面。常見的功放可分為A、B、AB、C、D和E類6大類（也稱為甲類、乙類、甲乙類……），它們的工作原理各不相同，其中A類是直接調(diào)制電源、B類與射極跟隨器相似且常用推挽結(jié)構(gòu)、AB類是A和B類的結(jié)合、C和E類利用LC振蕩、D類利用鋸齒波PWM后低通濾波。

除了標(biāo)準(zhǔn)的利用逆變升壓電路驅(qū)動高壓包產(chǎn)生電弧的等離子揚(yáng)聲器，還有另一種非傳統(tǒng)方式產(chǎn)生高壓電：

特斯拉線圈（Tesla Coil）是一種使用諧振原理運(yùn)作的變壓器（諧振變壓器，本質(zhì)上是一種完全不基于電磁感應(yīng)原理的升壓變壓器），由美籍塞爾維亞裔科學(xué)家尼古拉·特斯拉在1891年發(fā)明，主要用來生產(chǎn)超高電壓但低電流、高頻率的交流電

關(guān)于諧振的原理，具體可以看這篇文章：2.1.1從制作一個“殺手勵磁器”起步 - 玉虎嗨科技

這里我們只演示一個效果并解釋一下電路：

特斯拉線圈演奏《Japanese boy》

【圖吧輕音部】#2 特斯拉線圈演奏音樂演示

特斯拉線圈因?yàn)榛谥C振電路升壓，所以驅(qū)動電路有很多種，從最簡單的火花間隙到現(xiàn)代的晶體管集成電路都有

這里我們用的這款其實(shí)仍然是使用普通三極管加上前文說的AM電源調(diào)制電路組合的簡易驅(qū)動電路

這里我們能用到的電路有很多種，它們驅(qū)動線圈的效果也不一樣。有這種高頻電路驅(qū)動下產(chǎn)生的電弧像蠟燭火焰一樣的

音樂hfsstc電子蠟燭試玩

也有這種使用鎖相環(huán)（PLL）技術(shù)驅(qū)動的 等離子揚(yáng)聲器(PLLSSTC)

鎖相環(huán)這個技術(shù)其實(shí)在過去的PC行業(yè)一直應(yīng)用很廣，圖拉丁奔騰3處理器那個年代就已經(jīng)在用這個技術(shù)了

鎖相環(huán)是一種利用反饋（Feedback）控制原理實(shí)現(xiàn)的頻率及相位的同步技術(shù)，其作用是將電路輸出的時鐘與其外部的參考時鐘保持同步。當(dāng)參考時鐘的頻率或相位發(fā)生改變時，鎖相回路會檢測到這種變化，并且通過其內(nèi)部的反饋系統(tǒng)來調(diào)節(jié)輸出頻率，直到兩者重新同步，這種同步又稱為“鎖相”（Phase-locked）。 一個鎖相回路電路通常由以下模塊構(gòu)成： 鑒頻鑒相器(PFD)(或鑒相器:PD) 低通濾波器(LPF) 壓控振蕩器(VCO) 反饋回路(通常由一個分頻器(Frequency divider)來實(shí)現(xiàn))

使用這種技術(shù)驅(qū)動的線圈，理論可靠性很高。

不過就像咱之前在多種方案DIY FM發(fā)射模塊 中提到的一樣，這種利用震蕩電路產(chǎn)生高壓的電路同時也會或多或少的產(chǎn)生電磁輻射

它有變化的磁場可以隔空點(diǎn)亮線圈連接的LED燈

它有電場可以擊穿熒光燈管中的汞蒸氣隔空點(diǎn)亮熒光燈管

它還可以發(fā)出電磁波被收音機(jī)檢測到

但是如果僅僅是為了發(fā)射點(diǎn)信號，我不建議各位玩這個，各位可以試試這個：

xantorohara/XantoKT0803

對于多種方案DIY FM發(fā)射模塊 里面的數(shù)字模塊方案，這個項(xiàng)目是靠譜的

它的優(yōu)點(diǎn)是頻率精度高，偏差在±0.1M以內(nèi)

視頻效果：KT0803 FM項(xiàng)目測試

最后咱還是提醒一下各位吧，特斯拉線圈因?yàn)檎鹗庪娐返奶匦源_實(shí)可以發(fā)射劑量不低的電磁輻射，這個過去咱就提醒過各位，但是遺憾的是圈子里沒什么人愿意聽。震蕩電路能夠發(fā)射電磁輻射，事實(shí)是存在的。包括過去媒體把這種能干擾電子鎖的射頻發(fā)生器電路稱為特斯拉線圈咱都沒的說，雖然圈子里反應(yīng)很大想要把它們做的特斯拉線圈和這種電路劃清界限但是最終還是沒能改變什么。

咱眼里看見的只是這些經(jīng)常在自家折騰特斯拉線圈的人隨著時間的推移精神都逐漸失常，各位還記得以前上過首頁的《特斯拉線圈 極樂凈土》嗎？咱再聽說這個作者的情況，已經(jīng)是他要死要活的時候了，當(dāng)時有他的照片咱都不忍心看了也不想讓各位看見?？傊@人現(xiàn)在好像還活著，但是視頻在那時候就已經(jīng)被刪了，圈子里其他接觸過特斯拉線圈的人也都不太正常。這是實(shí)話我在這個圈子混了這么長時間我不會害你們。如果有興趣想知道究竟發(fā)生了什么的話可以來找我談?wù)勎铱梢愿嬖V你。

所以如果有得選的話，我希望各位不要接觸這類有不明危險(xiǎn)的東西，學(xué)學(xué)電路原理可以，但是真要是在自家擺一個這個那就是沒事給自己找病了。我寧可各位用普通的等離子揚(yáng)聲器看看電弧，也不愿意各位暴露在不知道會有什么風(fēng)險(xiǎn)的輻射下?？傊?，搞等離子揚(yáng)聲器可以搞，千萬要注意安全。如果可以，買個成品電路自己回家玩玩還是好的。但是特斯拉線圈聽我勸不要碰，即使有也不要經(jīng)常玩，一定要控制頻率，如果有條件做好防護(hù)。一定不要玩那種一人來高的大功率特斯拉線圈，輻射當(dāng)量太大了