Yksinkertaisten matalataajuisten generaattoreiden piirit. Radiopiirit, sähköpiirit ja periaatteet DTMF-generaattoripiirin testaus
Radio 1987, nro 5
Moniääniset EMR-laitteet, joissa on yksi äänigeneraattori, ovat jo osoittautuneet luotettaviksi ja käytännöllisiksi laitteiksi. Niiden ominaisuudet eivät kuitenkaan usein ole täysin toteutuneet niissä käytettyjen generaattoreiden ominaisuuksien vuoksi. Pääsääntöisesti äänigeneraattori on rakennettu erittäin vakaan kvartsiresonaattorin tai RC-piirien pohjalta. Tässä tapauksessa elektroninen taajuudensäätö on joko poissuljettu tai erittäin vaikeaa.
Alla kuvattu laite on jänniteohjattu äänigeneraattori. Ohjaussignaali poistetaan erilaisista muotoilijoista ja EMR-säätimistä. Nämä voivat olla taajuusvibrogeneraattoreita, verhokäyrägeneraattoreita (automaattisia viritysmuutoksia varten), glissando-säätimiä (liukuva viritys) manuaalisella tai jalkaohjauksella (pedaali).
Generaattorin ominaisuuksiin kuuluu korkea toimintataajuus. Digitaalisen mikropiirin käyttö mahdollisti suhteellisen yksinkertaisen ja halvan VCO:n toteuttamisen jopa 7,5...8 MHz toimintataajuudella (kuva 1). Useimmissa digitaalisissa äänigeneraattoreissa, joissa on tasaisesti temperoitu musiikillinen asteikko ja jotka koostuvat yleensä 12 identtisestä laskurista, joilla on erilaiset intervallimuunnostekijät, vaaditaan kellotaajuus (ajo-) alueella 1...4 MHz. Siksi generaattorin ominaisuuksien on oltava sellaiset, että ne tarjoavat tarvittavan lineaarisuuden näissä taajuusrajoissa.
Generaattorin toimintaperiaate perustuu kestoltaan säädettävien pulssien muodostamiseen kahdella identtisellä, renkaaseen suljetulla jänniteohjatulla muodostimella. Siten pulssin heikkeneminen yhden muotoilijan lähdössä aiheuttaa seuraavan pulssin etuosan ilmaantumisen toisen muotoilijan lähdössä jne. Laitteen toimintaa havainnollistavat kuvassa 1 esitetyt ajoituskaaviot. 2. Hetkeen t 0 asti ohjausjännite on nolla. Tämä tarkoittaa, että pisteisiin A ja B on muodostettu signaali, jonka looginen taso on 0, koska elementtien DD1.1 ja DD1.2 virtaava tulovirta (se ei ylitä noin 1,6 mA) on suljettu yhteiseen johtimeen vastukset R1 ja R2 sekä ohjausjännitelähteen pieni lähtöresistanssi. Taso 1 on tällä hetkellä aktiivinen invertterien DD1.1 ja DD1.2 lähdössä, joten elementtien DD1.3 ja DD1.4 RS-liipaisin asetetaan mielivaltaisesti johonkin stabiileista tiloista. Oletetaan varmuuden vuoksi, että suoran (piirin ylemmän) lähdön signaali on 1 ja käänteislähdön signaali on 0.
Kun ohjaustuloon ilmestyy tietty positiivinen jännite hetkellä t 0, virta kulkee vastusten R1 ja R2 läpi. Tässä tapauksessa kohdassa A jännite pysyy lähellä nollaa, koska virta kulkee vastuksen R1 kautta yhteiseen johtimeen diodin VD1 matalan vastuksen ja elementin DD1.4 lähtöpiirin kautta. Kohdassa B jännite kasvaa, koska diodi VD2 sulkeutuu korkealla tasolla elementin DD1.3 lähdöstä. Vastuksen R2 läpi kulkeva virta lataa kondensaattorin C2 1,1...1,4 V:iin ajan kuluessa riippuen sen kapasiteetista, vastuksen R2 resistanssista ja ohjausjännitteen arvosta. Kun U ynp kasvaa, kondensaattorin latausnopeus kasvaa ja se latautuu samalle tasolle lyhyemmässä ajassa.
Heti kun pisteen B jännite saavuttaa elementin DD1.2 kytkentärajan, sen lähtö asettuu tasolle 0, mikä kytkee RS-liipaisimen. Nyt suoran lähdön taso on 0 ja käänteislähdön taso 1. Tämä johtaa kondensaattorin C2 nopeaan purkautumiseen ja jännitteen laskuun, ja kondensaattori C1 alkaa latautua. Tämän seurauksena liipaisin vaihtuu uudelleen ja koko sykli toistuu.
Ohjausjännitteen nousu (aikajakso t 1 ...t 2, kuva 2) johtaa kondensaattoreiden latausvirran kasvuun ja värähtelyjakson pienenemiseen. Näin generaattorin värähtelytaajuutta ohjataan. TTL-elementtien virtaava tulovirta lisätään ohjausjännitelähteen virtaan, mikä mahdollistaa ohjaussignaalin rajojen laajentamisen, koska vastusten R1 ja R2 suurella resistanssilla generointi voidaan ylläpitää jopa U:lla. ynp = 0. Tälle virralle on kuitenkin ominaista lämpötilan epävakaus, joka vaikuttaa tuotantotaajuuden vakauteen. Generaattorin lämpötilastabiilisuutta voidaan jossain määrin lisätä käyttämällä kondensaattoreita C1 ja C2, joissa on positiivinen TKE, mikä kompensoi elementtien DD1.1 ja DD1.2 hallitsemattoman virtaavan tulovirran kasvun lämpötilan muutoksilla.
Värähtelyjakso ei riipu pelkästään vastusten R1 ja R2 resistanssista ja kondensaattoreiden C1 ja C2 kapasitanssista, vaan myös monista muista tekijöistä, joten jakson tarkka arviointi on vaikeaa. Jos jätämme huomiotta elementtien DD1.1-DD1.4 signaalien aikaviiveet ja otamme niiden loogisen jännitteen arvoksi 0 sekä diodien VD1 ja VD2 kynnysjännitteen nollaksi, silloin generaattoria voidaan kuvata lausekkeella: T 0 =2t 0 =2RC*ln( (I e R+U kontrolli)/(I e R+U kontrolli -U sp)), saatu differentiaaliyhtälön ratkaisun perusteella:
dUc/dt = I e /C + (U-ohjaus -Uс)/(RC),
jossa R ja C ovat ajoituspiirien arvot; Uc - jännite kondensaattorissa C; Usp - jännitteen maksimi (kynnys) arvo Uc; U ynp - ohjausjännite; I e - TTL-elementin tulovuotovirran keskiarvo; t 0 - pulssin kesto; T 0 - värähtelyjakso. Laskelmat osoittavat, että ensimmäinen näistä kaavoista on erittäin tarkasti yhtäpitävä kokeellisten tietojen kanssa kohdassa Uynp>=Usp, kun taas keskiarvot valittiin: I e = 1,4 mA; Usp = 1,2 V. Lisäksi saman differentiaaliyhtälön analyysin perusteella voimme päätellä, että
(I e R+U-säädin)/(I e R+U-säädin -Usp)>0,
eli jos I e R/(I e R-Usp)> 0, niin laite on toiminnassa Uynp≥0; Tämän johtopäätöksen vahvistaa laitteen kokeellinen testaus. Suurin VCO-toiminnan vakaus ja tarkkuus voidaan kuitenkin saavuttaa Ucontrol ≥ Usp = 1,2...1,4 V, eli taajuusalueella 0,7...4 MHz.
Käytännöllinen äänigeneraattoripiiri polyfonista EMI:tä tai EMC:tä varten on esitetty kuvassa. 3. Toimintataajuusrajat (U-säädöllä ≥ 0,55...8 V) - 0,3...4,8 MHz. Ohjauskäyrän epälineaarisuus (taajuudella 0,3...4 MHz) ei ylitä 5 %.
Tulo 1 vastaanottaa signaalin verhokäyrägeneraattorilta, joka ohjaa automaattisesti äänitaajuuden liukumista. Pienellä modulaatiosyvyydellä (5...30 % sävystä) saadaan aikaan bassokitaran sekä muiden kynittyjen ja lyömäsoittimien äänen sävyjen jäljitelmä, jossa äänien intonaatiokorkeus niiden poistumishetki poikkeaa hieman normaalista (tavallisesti lisääntyy äkillisesti äänen hyökkäyksen aikana ja laskee sitten nopeasti normaaliarvoonsa).
Tuloon 2 syötetään vakioohjausjännite manuaalisesta tai poljinglissando-ohjaimesta. Tätä tuloa käytetään säätämään tai muuttamaan (transponoimaan) tonaliteettia kahden oktaavin sisällä sekä liukumaan sointujen tai tonaalisten äänten korkeutta pitkin, jotka jäljittelevät esimerkiksi klarinetin, pasuunan tai äänen sointia.
Tuloon 3 syötetään sini-, kolmio- tai sahanhammassignaali vibratogeneraattorilta. Muuttuva vastus R4 säätelee vibraton tasoa 0...+-0,5 tonnin sisällä sekä taajuuspoikkeaman tasoa +-1 oktaaviin tai enemmän, kun kytkin SA1 on kiinni. Korkealla modulaatiotaajuudella (5...11) Hz) ja +-0,5...1,5 oktaavin syvyydellä tonaaliset äänet menettävät musiikilliset ominaisuutensa ja saavat kohinasignaalin luonteen, joka muistuttaa äänen tylsää jyrintää tai kahinaa. tuulettimen siivet. Matalalla taajuudella (0,1...1 Hz) ja samalla syvyydellä saadaan aikaan erittäin värikäs ja ilmeikäs efekti, joka muistuttaa ukuleleen ”kelluvaa” ääntä.
Äänigeneraattorin lähdöstä tuleva signaali on syötettävä saman temperamenttisen musiikillisen mittakaavan digitaalisen signaalinkäsittelylaitteen tuloon.
Operaatiovahvistimeen DA1 on koottu aktiivinen ohjaussignaalien summain. Summain lähdön signaali syötetään VCO:n tuloon, joka tehdään logiikkaelementeillä DD1.1-DD1.4. Laite sisältää VCO:n lisäksi esimerkillisen kvartsioskillaattorin, joka on koottu elementeille DD2.1, DD2.2, sekä kahden oktaavin taajuudenjakajan piirin DD3-mikropiirin liipaisimilla. tämän generaattorin kellottama. Generaattori ja liipaisimet tuottavat kolme näytesignaalia taajuudella 500 kHz, 1 ja 2 MHz. Nämä kolme signaalia ja signaali VCO-lähdöstä syötetään avokollektorielementteihin asennettujen elektronisten kytkinten tuloon DD4.1-DD4.4.
Näillä kytkimillä, joita ohjataan kytkimillä SA2-SA5, on yhteinen kuorma - vastus R13. Elementtien lähtöpiirit muodostavat laitteen, jossa on looginen TAI-toiminto. Kun yksi kytkimistä välittää kellosignaalinsa lähtöön, muut suljetaan kytkimillä. Elementin DD2.4 lähdöstä poistetaan D-kiikkujen DD3.1 ja DD3.2 R-tulojen ja kytkinten SA2-SA5 koskettimien syöttämisen korkea taso.
Kvartsioskillaattorilla taajuudenjakajilla on apurooli ja se palvelee pääasiassa VCO:n toiminnallista säätöä tai instrumentin "käyttöä" "Organ"-tilassa kytkimillä SA3, SA4, SA5 ("4", "8", "16"). ”” ) mahdollistavat EMR:n virityksen siirtämisen alimmasta rekisteristä yhden tai kaksi oktaavia ylöspäin.Tässä tapauksessa äänenkorkeuden säätöä tai muutosta ei tietenkään voida tehdä.
Generaattorin haittoja ovat suhteellisen alhainen lämpötilastabiilisuus, jolla ei tässä tapauksessa ole suurta merkitystä, sekä VCO-säätökäyrän merkittävä epälineaarisuus alueen reunoilla, erityisesti generaattorin toiminta-alueen alemmilla taajuuksilla.
Kuvassa Kuvassa 4 on esitetty kokeellisesti mitattu generointitaajuuden riippuvuus ohjausjännitteestä: 1 - generaattorille kuvan 1 piirin mukaisesti. 1, 2 - fig. 3.
Laite on koottu piirilevylle, joka on valmistettu 1,5 mm paksuisesta foliolasikuitulaminaatista.
K155-sarjan sirut voidaan korvata vastaavilla K130- ja K133-sarjoilla; K553UD1A - K553UD1V, K553UD2, K153UD1A, K153UD1V, K153UD2. D9B:n sijasta voit käyttää tämän sarjan diodeja millä tahansa kirjainindeksillä sekä D2V, D18, D311, GD511A. On parempi valita kondensaattorit C4 ja C5, joissa on esimerkiksi positiivinen TKE. KT-P210. KPM-P120, KPM-P33, KS-P33, KM-P33, K10-17-P33, K21U-2-P210, K21U-3-P33. Kondensaattorit C7, C10, C11 - K50-6.
Erityistä huomiota tulee kiinnittää laitteen huolelliseen suojaukseen. Lähtöjohtimet on kierrettävä johdoksi, jonka jako on 10...30 mm.
Oikein asennettu äänigeneraattori ei vaadi säätöä ja alkaa toimia heti virran kytkemisen jälkeen. Ohjausjännite VCO-tulossa ei saa ylittää 8...8,2 V. Generaattorin taajuuden vakauteen vaikuttavat negatiivisesti muutokset 5 V:n syöttöjännitteessä, joten se tulee syöttää lähteestä, jolla on korkea stabilointikerroin.
I. BASKOV, Poloskan kylä Kalininin alueella.
KIRJALLISUUS
- V. Bespalov. Taajuudenjakaja polyfoniselle EMR:lle. - Radio, 1980, nro 9.
- L. A. Kuznetsov. EMR:n teorian perusteet, suunnittelu, tuotanto ja korjaus. - M.: Kevyt- ja elintarviketeollisuus. 1981.
Voit luoda katkonaisen äänisignaaligeneraattorin kuvan 1 kaavion mukaisesti. 5.3. Sen avulla voit ohjata piirin toiminnan alkamista syöttämällä syöttöjännitteen tuloon DA1/4. Mutta tapauksissa, joissa laitteen toimintaa varten on käytettävä kahta ajastinta, on kätevämpää ottaa mikropiiri, jossa ne on jo yhdessä paketissa (katso taulukko 4.2).
Riisi. 5.3. Jaksottainen signaaligeneraattori, joka perustuu kahteen ajastimeen
Kaksoisajastimella valmistettujen generaattoreiden versiot on esitetty kuvassa. 5.4 ja 5.5. Ajastimen kytkeminen päälle symmetrisessä pulssigeneraattoritilassa (kuva 5.4, b) mahdollistaa tarvittavien elementtien määrän vähentämisen. Nämä piirit ovat universaaleja - on mahdollista säätää äänen taajuutta ja toistoväliä laajalla alueella.
Kuvassa Kuvassa 5.5 on kaavio generaattorista, joka tuottaa signaalin puhelun suorittamiseksi 10 sekunnin välein. Tätä tarkoitusta varten käytettiin matalataajuista jännitettä nostavaa muuntajaa 12 - 70...100 V.
Yksinkertaisin katkonaisen äänisignaalin generaattori voidaan suorittaa yhdellä ajastimella, jos käytät mitä tahansa vilkkuvaa LED-valoa. Esimerkiksi LEDeissä L-36B, L-56B, L-456B ja joissakin muissa on jo katkaisija sisällä (saatavana eri hehkuväreissä).
Riisi. 5.4 Jaksottaiset äänigeneraattoripiirit: a - vaihtoehto 1.6 - vaihtoehto 2
LED-valon tulee olla päällä kuvan 2 mukaisesti. 5.6. Tässä tapauksessa vuorottelevien purskeiden taajuus riippuu täysin käytetyn LEDin parametreista. Tyypillisesti niiden vilkkumisjakso on 0,5...1 s välissä. Tämä riittää hälytyslaitteille. Pakkausten täyttötaajuus (äänisignaalilla) riippuu elementtien C1-R1 arvoista.
Riisi. 5.5. Jaksottainen signaaligeneraattoripiiri puhelutoimintoa varten
Riisi. 5.6. Jaksottainen pulssigeneraattori
Riisi. 5.7. Jaksottainen pulssinmuodostin ilman ohjauskondensaattoria
Riisi. 5.10. Matalataajuisen signaaligeneraattorin piiri pienenevällä taajuudella
Kirjallisuus: Radioamatöörit: hyödyllisiä kaavioita, kirja 5. Shelestov I.P.
Kuvassa 1 on yksinkertainen generaattoripiiri, joka on suunniteltu ensisijaisesti matalataajuisten laitteiden testaamiseen ja niiden vikojen tunnistamiseen.
Generaattorissa on yksi kiinteä 1000 Hz:n taajuus, jonka arvo asetetaan vastuksella R1. Lähtösignaalin taso määräytyy vastuksen R13 liukusäätimen asennon mukaan. Piirissä on järjestelmä, joka tukee lähtösignaalia tietyllä tasolla, joka koostuu elementeistä VT1, VD2, R10, R11, C6. Automaattisen lähtöjännitteen ylläpitojärjestelmän vastetaso asetetaan vastuksella R11. Tämän generaattorin harmoninen kerroin on suhteellisen korkea, joten sitä voidaan käyttää matalataajuisten laitteiden epälineaaristen vääristymien mittaamiseen. Siksi tämän generaattorin lähtöön on asennettava alipäästösuodatin - LPF. Sellainen suodatin. Alipäästösuodattimella varustettu generaattori tarjoaa erittäin puhtaan äänisignaalin, jonka epälineaarinen vääristymistaso on prosentin tuhannesosat. Generaattorin on saatava virtaa stabiloidusta tasavirtalähteestä, jonka jännite on 5...12V. Painetun piirilevyn piirikaavion ja piirustuksen voi ladata täältä.
Yksi yksisivuisten signaalivahvistimien päävaatimuksista on niiden amplitudiominaisuuksien lineaarisuus. Huono lineaarinen vahvistin aiheuttaa yleensä häiriöitä muille radioamatööreille ja joskus television katsojille. Käytä SSB-signaalivahvistimien epälineaaristen vääristymien havaitsemiseksi kaksisävyinen testimenetelmä.
Jos kaksi eritaajuista mutta amplitudiltaan samanlaista matalataajuista signaalia syötetään yksisivukaistaisen lähettimen sisääntuloon, tehovahvistimen lähdössä oleva signaali vaihtelee sinimuotoisesti nollasta maksimiarvoon ( Kuva 1).
Muutosjakso määräytyy lähettimen tulon taajuuksien eron perusteella. Lähtösignaalin verhokäyrän muodon ja sen poikkeamien sinimuotoisesta laista perusteella voidaan päätellä laitteen amplitudiominaisuuksien lineaarisuus.
Signaalin muotoa ja tasoa valvotaan oskilloskoopilla. Koska tutkittavan vahvistimen lähtöjännitteen amplitudi on yleensä kymmeniä voltteja, signaali voidaan syöttää suoraan oskilloskoopin poikkeutuslevyille (mukaan lukien matalataajuiset). Kaksisävyisen signaalin lähde voi olla generaattori, jonka piiri on esitetty Kuva 2.
Kuva 2
Se koostuu kahdesta oskillaattorista, joissa on takaisinkytkentä kaksois-T-sillan kautta ja emitteriseuraaja. Generaattori, joka on koottu transistorille V1, tuottaa taajuuden 1550 Hz. ja V2 - 2150 Hz. Erotusvastusten R1 ja R5 kautta generaattorisignaalit syötetään emitteriseuraajalle (transistori V3). Käytettäessä elementtejä, joiden nimellisarvot ovat kaaviossa, "kokonais" lähtöjännite (molemmat laitteen generaattorit ovat päällä) on noin 0,1 V. Lähtövastus on noin 300 ohmia.
Säätö alkaa generaattoreiden taajuuden tarkalla asetuksella. Tätä varten T-siltojen elementit valitaan syöttämällä virtaa jokaiselle niistä vuorotellen. On pidettävä mielessä, että lähtösignaalin hyvän sinimuotoisen muodon säilyttämiseksi vastusten R2 (R6) ja R4 (R7) resistanssin on oltava noin 10 kertaa suurempi kuin vastuksen R3 (R8) resistanssi. kondensaattorien C1 (C6) ja C4 (C8) kapasitanssi - puolet kondensaattorin SZ (C7) kapasitanssista. Generaattorien taajuuksien asettamisen jälkeen signaalien amplitudit tasataan säädetyllä vastuksella R5. Koska vastus R5 vaikuttaa jossain määrin transistorin V1 generaattorisignaalin tasoon, tämä toimenpide suoritetaan peräkkäisten approksimaatioiden menetelmällä.
Generaattori on koottu painetulle piirilevylle, joka on 2 mm paksua ja kooltaan 55x65 mm kalvokuidusta ( riisi. 3).
Kuva 3
Se käyttää KM-5-kondensaattoreita, OMLT-0.125-vastuksia (R5 - SPZ-1A), KT315-transistoreita millä tahansa kirjainindeksillä. Laite voi käyttää mitä tahansa n-p-n- tai p-n-p-rakenteen pien- tai suurtaajuisia transistoreita. Luonnollisesti pnp-rakennetransistoreja käyttävässä laitteessa virtalähteen napaisuuden tulee olla erilainen. Kuten kuvasta voidaan nähdä. 2, laitteessa on erilliset liittimet virran kytkemiseksi generaattoreihin. Tämä mahdollistaa tarvittaessa yksiäänisen testisignaalin lähettämisen lähettimelle taajuudella 1550 ja 2150 Hz. Tässä tapauksessa laitegeneraattorin virransyöttöpiirien kytkemiseksi on tarpeen asettaa kytkin kahteen suuntaan ja neljään asentoon ("Pois", "1550 Hz", "2150 Hz", "Kaksisävyinen signaali") . Voit myös käyttää yksisuuntaista kytkintä "irrottamalla" generaattoreiden kytkentäpisteet kahdella diodilla (mikä tahansa). Lähtösignaalin tason asettamiseksi laitteen lähdössä on kytkettävä päälle säädettävä vastus, jonka resistanssi on 5... 15 kOhm.
Kun lähetin asennetaan generaattorilla, tehovahvistimeen kytketään vastaava antenni, josta signaali syötetään oskilloskooppiin. Kaksiäänisen generaattorin signaalitaso on asetettu samalle tasolle kuin sen mikrofonin, jolla lähetintä käytetään, kehittämä signaalin enimmäistaso. Kun lähettimeen on kytketty virta, valitse oskilloskoopin pyyhkäisytaajuus, jotta oskillogrammin kuva saadaan näytölle vakaasti. Tämän jälkeen lähetyspolkua säädetään, jolloin RF-signaalin verhokäyrän vääristymä on minimaalinen.
Kuvattu kaksiääninen generaattori hyvä lähetin-vastaanottimen asennukseen
On parempi olla selittämättä, vaan nähdä kaikki heti:
Hauska lelu, eikö? Mutta näkeminen on yksi asia, mutta sen tekeminen omin käsin on toinen asia, joten aloitetaan!
Laitekaavio:
Kun vaihdat vastusta pisteiden PENCIL1 ja PENCIL2 välillä, syntetisaattori tuottaa melodian eri sävyistä. *-merkittyjä osia ei saa asentaa. Transistorin T1 sijasta KT817 sopii; BC337 Q1:n sijaan - KT816; BC327. Huomaa, että alkuperäisen ja analogisen transistorin pinout on erilainen. Voit ladata valmiin painetun piirilevyn kirjoittajan verkkosivustolta.
Kokoan piirin erittäin tiiviisti (mitä en suosittele aloittelijoille) leipälaudalle, joten tässä on minun versioni piiriasettelusta:
Kääntöpuolella kaikki näyttää vähemmän siistiltä:
Kotelona käytän ylijännitesuojan painiketta:
Tapauksessa:
Kiinnitin kaiuttimen ja kruunuliittimen kuumaliimaan:
Täydellinen laite:
Löysin myös yksinkertaistetun kaavion:
Periaatteessa kaikki on sama, vain vinkuminen on hiljaisempaa.
Johtopäätökset:
1) On parempi käyttää 2M lyijykynää (kaksinkertainen pehmeys), piirustus on johtavampi.
2) Lelu on mielenkiintoinen, mutta kyllästyi 10 minuutin jälkeen.
3) Kun olet kyllästynyt leluun, voit käyttää sitä muihin tarkoituksiin - soita piiriin, määritä likimääräinen vastus korvalla.
Ja lopuksi toinen mielenkiintoinen video: