Тональный генератор своими руками. Схемы простых генераторов низкой частоты

Одно из основных требований, предъявляемых к усилителям однополосного сигнала,- линейность их амплитудной характеристики. Усилитель с плохой линейностью обычно является источником помех другим радиолюбителям, а иногда и телезрителям. Для выявления нелинейных искажений в усилителях SSB сигнала применяют метод испытания двумя тонами .
Если подать на вход однополосного передатчика два низкочастотных сигнала разных по частоте, но одинаковых по амплитуде, то сигнал на выходе усилителя мощности будет изменяться по синусоидальному закону от нуля до максимального значения (рис.1 ).

Период изменения определяется разностью частот на входе передатчика. По форме огибающей выходного сигнала, по отклонениям её от синусоидального закона можно судить о линейности амплитудной характеристики устройства.
Форму и уровень сигнала контролируют осциллографом. Так как амплитуда выходного напряжения исследуемого усилителя составляет обычно десятки вольт, то сигнал можно подать непосредственно на отклоняющие пластины осциллографа (в том числе и низкочастотного). Источником двухтонального сигнала может быть генератор, схема которого изображена на рис.2 .

Рис.2

Он состоит из двух генераторов с обратной связью через двойные Т-мосты и эмиттерного повторителя. Генератор, собранный на транзисторе V1, вырабатывает частоту 1550 Гц. а на V2- 2150 Гц. Через развязывающие резисторы R1 и R5 сигналы генераторов поступают на эмиттерный повторитель (транзистор V3). При использовании элементов с номиналами, указанными на схеме, "суммарное" выходное напряжение (включены оба генератора устройства) составляет около 0,1 В. Выходное сопротивление - около 300 Ом.
Налаживание начинают с точной установки частоты генераторов. Для этого, подавая поочередно питание на каждый из них, подбирают элементы Т-мостов. При этом следует иметь в виду, что для сохранения хорошей синусоидальной формы выходного сигнала сопротивление резисторов R2 (R6) и R4 (R7) должно быть примерно в 10 раз больше сопротивления резистора R3 (R8), а ёмкость конденсаторов С1 (С6) и С4 (С8) - в два раза меньше ёмкости конденсатора СЗ (С7). После установки частот генераторов подстроенным резистором R5 выравнивают амплитуды сигналов. Так как резистор R5 в некоторой степени влияет и на уровень сигнала генератора на транзисторе V1, эту операцию проводят методом последовательных приближений.
Генератор собран на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм и размерами 55x65 мм (рис. 3 ).

Рис.3

В нем использованы конденсаторы КМ-5, резисторы ОМЛТ-0,125 (R5 - СПЗ-1А), транзисторы КТ315 с любым буквенным индексом. В приборе можно применить любые низкочастотные или высокочастотные транзисторы структуры n-р-n или р-n-р. Естественно, что в приборе на транзисторах структуры р-n-р полярность источника питания должна быть другой. Как видно из рис. 2, прибор имеет отдельные выводы для подключения питания генераторов. Это позволяет при необходимости подавать на передатчик однотональный испытательный сигнал частотой соответственно 1550 и 2150 Гц. В этом случае для коммутации цепей питания генератора устройства необходимо установить переключатель на два направления и четыре положения ("Выключено", "1550 Гц", "2150 Гц", "Двухтональный сигнал"). Можно использовать и переключатель на одно направление, "развязав" точки переключения генераторов двумя диодами (любого типа). Для установки уровня выходного сигнала на выходе прибора необходимо включить переменный резистор сопротивлением 5... 15 кОм.
При настройке передатчика с помощью генератора к усилителю мощности подключают эквивалент антенны сигнал с которого подают на осциллограф. Уровень сигнала с двухтонального генератора устанавливают таким же, как и максимальный уровень сигнала, развиваемый микрофоном, с которым используется передатчик. Включив передатчик, подбирают частоту развертки осциллографа так, чтобы получилось устойчивое изображение осциллограммы на экране. После этого регулируют передающий тракт, добиваясь минимальных искажений огибающей ВЧ сигнала.
Описаный двухтональный генератор хорошо подходит для настройки трансивера

Радио 1987, №5

Многоголосные ЭМИ с одним тональным генератором уже зарекомендовали себя как надёжные и практичные устройства. Однако зачастую их возможности реализуются далеко не полностью из-за особенностей используемых в них генераторов. Как правило, тональный генератор строят на основе высокостабильного кварцевого резонатора или RC-цепей. В этом случае электронное управление частотой либо исключено, либо крайне затруднено .

Описанное ниже устройство - тональный генератор, управляемый напряжением. Управляющий сигнал снимают с различных формирователей и органов управления ЭМИ. Это могут быть генераторы частотного вибрато, огибающей (для автоматического изменения строя), регуляторы глиссандо (скольжения строя) с ручным или ножным (педальным) управлением.

К особенностям генератора следует отнести высокую рабочую частоту. Использование цифровой микросхемы позволило реализовать сравнительно простой и дешёвый ГУН с рабочей частотой вплоть до 7,5...8 МГц (рис. 1). Для большинства цифровых генераторов тона с равномерно-темперированной музыкальной шкалой, состоящих обычно из 12 идентичных счётчиков с различными интервальными коэффициентами пересчёта, необходима тактовая (ведущая) частота в пределах 1...4 МГц. Поэтому характеристики генератора должны быть такими, чтобы обеспечить необходимую линейность в этих частотных пределах.

Принцип работы генератора основан на формировании регулируемых по длительности импульсов двумя замкнутыми в кольцо одинаковыми формирователями, управляемыми напряжением. Таким образом, спад импульса на выходе одного формирователя вызывает появление фронта следующего импульса на выходе другого и т. д. Работу устройства иллюстрируют временные диаграммы, показанные на рис. 2. До момента t 0 управляющее напряжение равно нулю. Это значит, что в точках А и Б установился сигнал с уровнем логического 0, поскольку вытекающий входной ток элементов DD1.1 и DD1.2 (он не превышает примерно 1,6 мА) замыкается на общий провод через резисторы R1 и R2 и малое выходное сопротивление источника управляющего напряжения. На выходе инверторов DD1.1 и DD1.2 в это время действует уровень 1, поэтому RS-триггер на элементах DD1.3 и DD1.4 установится произвольно в одно из устойчивых состояний. Предположим для определённости, что на прямом (верхнем по схеме) выходе установился сигнал 1, а на инверсном - 0.

При появлении в момент t 0 на управляющем входе некоторого положительного напряжения через резисторы R1 и R2 потечёт ток. При этом в точке А напряжение останется близким к нулю, так как ток через резистор R1 протекает на общий провод через малое сопротивление диода VD1 и выходной цепи элемента DD1.4. В точке Б напряжение будет повышаться, поскольку диод VD2 закрыт высоким уровнем с выхода элемента DD1.3. Ток через резистор R2 будет заряжать конденсатор С2 до 1,1... 1,4 В за время, зависящее от его ёмкости, сопротивления резистора R2 и значения управляющего напряжения. При увеличении U ynp увеличивается скорость зарядки конденсатора, и он заряжается до того же уровня за меньшее время.

Как только напряжение в точке Б достигнет порога переключения элемента DD1.2, на его выходе установится уровень 0, который переключит RS-триггер. Теперь на прямом выходе будет уровень 0, а на инверсном - 1. Это приведёт к быстрой разрядке конденсатора С2 и уменьшению напряжения, а конденсатор С1 начнёт заряжаться. В результате триггер снова переключится и весь цикл повторится.

Увеличение управляющего напряжения (период времени t 1 ...t 2 , рис. 2) приводит к увеличению зарядного тока конденсаторов и уменьшению периода колебаний. Так происходит управление частотой колебаний генератора. Вытекающий входной ток элементов ТТЛ складывается с током источника управляющего напряжения, что позволяет расширить пределы управляющего сигнала, так как при большом сопротивлении резисторов R1 и R2 генерация может сохраняться даже при U ynp =0. Однако этому току свойственна температурная нестабильность, что сказывается на стабильности частоты генерации. В какой-то мере повысить температурную стабильность генератора можно путём использования конденсаторов С1 и С2 с положительным ТКЕ, что будет компенсировать увеличение неуправляемого вытекающего входного тока элементов DD1.1 и DD1.2 при изменении температуры.

Период колебаний зависит не только от сопротивления резисторов R1 и R2 и ёмкости конденсаторов С1 и С2, но и от многих других факторов, поэтому точная оценка периода затруднена. Если пренебречь временными задержками сигналов в элементах DD1.1-DD1.4 и принять значение их напряжения логического 0, а также порогового напряжения диодов VD1 и VD2 равными нулю, то работу генератора можно описать выражением: T 0 =2t 0 =2RC*ln((I э R+U упр)/(I э R+U упр -U сп)), полученным на основе решения дифференциального уравнения:

dUc/dt = I э /C + (U упр -Uс)/(RC),

где R и С - номиналы времязадающих цепей; Uc - напряжение на конденсаторе С; Uсп - максимальное (пороговое) значение напряжения Uc; U ynp - управляющее напряжение; I э - среднее значение входного вытекающего тока элемента ТТЛ; t 0 - длительность импульса; Т 0 - период колебаний. Расчёты показывают, что первая из указанных формул весьма точно согласуется с экспериментальными данными при Uynp>=Uсп, при этом были выбраны средние значения: I э =1,4 мА; Uсп = 1,2 В. Кроме того, на основе анализа того же дифференциального уравнения можно прийти к выводу, что

(I э R+U упр)/(I э R+U упр -Uсп)>0,

т. е., если I э R/(I э R-Uсп)>0, то устройство работоспособно при Uynp≥0; этот вывод подтверждает и экспериментальная проверка устройства. Тем не менее наибольшая стабильность и точность работы ГУН могут быть достигнуты при Uупр ≥ Uсп = 1,2..1,4 В, т. е. в частотных пределах 0,7...4 МГц.

Практическая схема тонального генератора для полифонического ЭМИ или ЭМС показана на рис. 3. Пределы рабочей частоты (при U упр ≥ 0,55...8 В) - 0,3...4,8 МГц. Нелинейность характеристики управления (на частоте в пределах 0,3...4 МГц) не превышает 5 %.

На вход 1 подают сигнал с генератора огибающей для автоматического управления скольжением частоты звука. При незначительной глубине модуляции (5...30 % тона) достигается имитация оттенков звучания бас-гитары, а также других щипковых и ударных инструментов, у которых высота интонирования звуков в момент их извлечения немного отклоняется от нормы (обычно скачком повышается во время атаки звука и далее быстро уменьшается до своего нормального значения).

На вход 2 подают постоянное управляющее напряжение с ручного или педального регулятора глиссандо. Этот вход как раз и служит для подстройки или изменения (транспонирования) тональности в пределах двух октав, а также для скольжения по высоте аккордов или тональных звуков, имитирующих, например, тембр кларнета, тромбона или голоса.

На вход 3 подают от генератора вибрато сигнал синусоидальной, треугольной или пилообразной формы. Переменным резистором R4 регулируют уровень вибрато в пределах 0...+-0,5 тона, а также уровень девиации частоты до +-1 октавы и более при замыкании выключателя SA1. При большой частоте модуляции (5...11) Гц) и глубине +-0,5...1,5 октавы тональные звуки теряют свои музыкальные качества и приобретают характер шумового сигнала, напоминающего глухой рокот или шелест лопастей вентилятора. При малой частоте (0,1...1 Гц) и той же глубине достигается очень красочный и выразительный эффект, подобный «плавающему» звучанию гавайской гитары.

Сигнал с выхода тонального генератора надо подавать на вход цифрового формирователя сигналов равномерно-темперированного музыкального строя.

На операционном усилителе DA1 собран активный сумматор управляющих сигналов. Сигнал с выхода сумматора поступает на вход ГУН, который выполнен на логических элементах DD1.1-DD1.4. Кроме ГУН, устройство содержит образцовый кварцованный генератор, собранный на элементах DD2.1, DD2.2, а также цепь из двух октавных делителей частоты на триггерах микросхемы DD3. тактируемых этим генератором. Генератор и триггеры формируют три образцовых сигнала с частотой 500 кГц, 1 и 2 МГц. Эти три сигнала и сигнал с выхода ГУН поступают на вход электронных ключей, собранных на элементах DD4.1-DD4.4 с открытым коллектором.

Эти коммутаторы, управляемые переключателями SA2-SA5, имеют общую нагрузку - резистор R13. Выходные цепи элементов образуют устройство с логической функцией ИЛИ. Когда один из ключей пропускает на выход свой тактовый сигнал, остальные закрыты низким уровнем с переключателей. Высокий уровень для подачи на R-входы D-триггеров DD3.1 и DD3.2 и на контакты переключателей SA2-SA5 снимают с выхода элемента DD2.4.

Кварцованный генератор с делителями частоты играют вспомогательную роль и служат в основном для оперативной подстройки ГУН или «ведут» инструмент в режиме «Орган», при этом переключатели SA3, SA4, SA5 («4"», «8"», «16"») позволяют смещать строй ЭМИ соответственно от самого низкого регистра на одну и на две октавы вверх. При этом, разумеется, никакой подстройки или изменения высоты звуков быть не может.

К недостаткам генератора следует отнести сравнительно низкую температурную стабильность, которая в данном случае не имеет большого значения , и значительную нелинейность управляющей характеристики ГУН на краях диапазона, особенно в области нижних частот рабочего диапазона генератора.

На рис. 4 показана экспериментально снятая зависимость частоты генерации от управляющего напряжения: 1 - для генератора по схеме рис. 1, 2 - рис. 3.

Устройство собрано на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.

Микросхемы серии К155 можно заменить на аналогичные из серий K130 и К133; К553УД1А - на К553УД1В, К553УД2, К153УД1А, К153УД1В, К153УД2. Вместо Д9Б можно использовать диоды этой серии с любым буквенным индексом, а также Д2В, Д18, Д311, ГД511А. Конденсаторы С4 и С5 лучше выбрать с положительным ТКЕ, например. КТ-П210. КПМ-П120, КПМ-П33, КС- П33, КМ- П33, К10-17-П33, К21У-2-П210, К21У-3-П33. Конденсаторы С7, C10, C11 - К50-6.

Особое внимание следует уделить тщательной экранировке устройства. Выходные проводники нужно свить в шнур с шагом 10..30 мм.

Правильно смонтированный тональный генератор в налаживании не нуждается и начинает работать сразу после подключения питания. Управляющее напряжение на входе ГУН не должно превышать 8...8,2 В. На стабильность частоты генератора отрицательно влияют изменения питающего напряжения 5 В, поэтому питать его необходимо от источника с высоким коэффициентом стабилизации.

И. БАСКОВ, д. Полоска Калининской обл.

ЛИТЕРАТУРА

В. Беспалов. Делитель частоты для многоголосного ЭМИ. - Радио, 1980, № 9.
Л. А. Кузнецов. Основы теории, конструирования, производства и ремонта ЭМИ. - М.: Лёгкая и пищевая промышленность. 1981.

Лучше не объяснять, а сразу всё увидеть:

Забавная игрушка, не правда ли? Но увидеть – одно, а сделать своими руками – другое, так что приступим!

Схема девайса:

При изменении сопротивления между точками PENCIL1 и PENCIL2 синтезатор выдаёт мелодию различной тональности. Детали, обозначенные *, можно не устанавливать. Вместо транзистора Т1 подойдёт КТ817; BC337, вместо Q1 — КТ816; BC327. Обратите внимание, что цоколёвка транзисторов оригинала и аналогов различна. Скачать готовую печатную плату можно на сайте автора .

Буду собирать схему очень компактно (что новичкам делать не советую) на макетной плате, так что привожу свой вариант разводки схемы:

С обратной стороны всё выглядит менее аккуратно:

В качестве корпуса буду использовать кнопку от сетевого фильтра:

В корпусе:

На термоклей закрепил динамик и контактную колодку кроны:

Устройство в сборе:

Ещё мне попадалась упрощённая схема:

В принципе, всё то же самое, только пищать будет тише.

Выводы:

1) Лучше использовать карандаш 2М (двойной мягкости), рисунок будет более токопроводным.

2) Игрушка интересная, но надоела через 10 минут.

3) Раз игрушка надоела, то можно использовать её не по назначению — прозванивать цепь, определять приблизительное сопротивление на слух.

И напоследок ещё один интересный видеоролик:

На рисунке 1 изображена схема простого генератора, предназначенная в основном для проверки низкочастотной аппаратуры и определения в ней неисправностей.

Генератор имеет одну фиксированную частоту 1000Гц, значение которой выставляют резистором R1. Уровень выходного сигнала определяется положением движка резистора R13. В схеме есть система поддержки выходного сигнала на определенном уровне, состоящая из элементов VT1, VD2, R10, R11, C6. Уровень срабатывания системы автоматического поддержания выходного напряжения устанавливается с помощью резистора R11. Коэффициент гармоник этого генератора относительно велик, что бы с помощью его можно было измерять нелинейные искажения НЧ аппаратуры. Поэтому на выходе данного генератора нужно установить фильтр нижних частот – ФНЧ. Такой фильтр . В комплекте с ФНЧ данный генератор имеет очень чистый тональный сигнал с уровнем коэффициента нелинейных искажений в тысячные доли процента. Питаться генератор должен от стабилизированного источника постоянного тока с напряжением 5… 12В. Схему и рисунок печатной платы можно скачать здесь.

Выполнить генератор прерывистого тонального сигнала можно по схеме на рис. 5.3. Он позволяет управлять началом работы схемы подачей питающего напряжения на вход DA1/4. Но в тех случаях, когда для работы устройства необходимо использовать два таймера, удобнее взять микросхему, уже имеющую их в одном корпусе (см. табл. 4.2).

Рис. 5.3. Выполненный на двух таймерах генератор прерывистого сигнала

Варианты генераторов, выполненных на сдвоенном таймере, показаны на рис. 5.4 и 5.5. Включение таймера в режиме генератора симметричных импульсов (рис. 5.4, б) позволяет сократить число необходимых элементов. Эти схемы являются универсальными — имеется возможность регулировать частоту звука и интервал повторения в широком диапазоне.

На рис. 5.5 приведена схема генератора, вырабатывающего сигнал для работы звонка тёлефонного вызова с интервалами в 10 с. Для этого использован низкочастотный повышающий напряжение трансформаторе 12 до 70...100 В.

Самый простой формирователь прерывистого звукового сигнала можно выполнить и на одиночном таймере, если воспользоваться любым мигающим светодиодом. Например, светодиоды L-36B, L-56B, L-456B и некоторые другие уже имеют внутри прерыватель (они выпускаются с разным цветом свечения).

Рис. 5.4. Схемы генераторов прерывистого тонального сигнала: а — вариант 1,6 — вариант 2

Включать светодиод надо так, как это показано на рис. 5.6. В этом случае частота чередования пачек полностью зависит от параметров примененного светодиода. Обычно их период мигания находится в Интервале 0,5...1 с. Для устройств сигнализации этого вполне достаточно. Частота заполнения пачек (звуковым сигналом) зависит от номиналов элементов C1-R1.