www.diagram.com.ua
www.diagram.com.ua
Русский: Русская версия English: English version
Translate it!
Поиск по сайту

+ Поиск по журналам
+ Поиск по статьям сайта
+ Поиск по схемам СССР
+ Поиск по Библиотеке

Бесплатная техническая библиотека:
Все статьи А-Я
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
Новости науки и техники
Журналы, книги, сборники
Архив статей и поиск
Схемы, сервис-мануалы
Электронные справочники
Инструкции по эксплуатации
Голосования
Ваши истории из жизни
На досуге
Случайные статьи
Отзывы о сайте

Справочник:
Большая энциклопедия для детей и взрослых
Биографии великих ученых
Важнейшие научные открытия
Детская научная лаборатория
Должностные инструкции
Домашняя мастерская
Жизнь замечательных физиков
Заводские технологии на дому
Загадки, ребусы, вопросы с подвохом
Инструменты и механизмы для сельского хозяйства
Искусство аудио
Искусство видео
История техники, технологии, предметов вокруг нас
И тут появился изобретатель (ТРИЗ)
Конспекты лекций, шпаргалки
Крылатые слова, фразеологизмы
Личный транспорт: наземный, водный, воздушный
Любителям путешествовать - советы туристу
Моделирование
Нормативная документация по охране труда
Опыты по физике
Опыты по химии
Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД)
Основы первой медицинской помощи (ОПМП)
Охрана труда
Радиоэлектроника и электротехника
Строителю, домашнему мастеру
Типовые инструкции по охране труда (ТОИ)
Чудеса природы
Шпионские штучки
Электрик в доме
Эффектные фокусы и их разгадки

Техническая документация:
Схемы и сервис-мануалы
Книги, журналы, сборники
Справочники
Параметры радиодеталей
Прошивки
Инструкции по эксплуатации
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатный архив статей
(200000 статей в Архиве)

Алфавитный указатель статей в книгах и журналах

Бонусы:
Ваши истории
Загадки для взрослых и детей
Знаете ли Вы, что...
Зрительные иллюзии
Веселые задачки
Каталог Вивасан
Палиндромы
Сборка кубика Рубика
Форумы
Карта сайта

ДИАГРАММА
© 2000-2020

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение:
Михаил Булах

Программирование:
Данил Мончукин

Маркетинг:
Татьяна Анастасьева

Перевод:
Наталья Кузнецова

Контакты

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на https://www.diagram.com.ua

сделано в Украине
сделано в Украине

Диаграмма. Бесплатная техническая библиотека

Бесплатная техническая библиотека Бесплатная техническая библиотека, Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Тональный генератор для ЭМИ

Бесплатная техническая библиотека

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Музыканту

Комментарии к статье Комментарии к статье

Многоголосные ЭМИ с одним тональным генератором уже зарекомендовали себя как надежные 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 [1].

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 дешевый 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 счетчиков с различными интервальными коэффициентами пересчета, необходима тактовая (ведущая) частота в пределах 1...4 МГц. Поэтому характеристики генератора должны быть такими, чтобы обеспечить необходимую линейность в этих частотных пределах.

Тональный генератор для ЭМИ
Рис. 1

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.

Тональный генератор для ЭМИ
Рис. 2

До момента t0 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 определенности, что на прямом (верхнем по схеме) выходе установился сигнал 1, а на инверсном - 0.

При появлении в момент t0 на управляющем входе некоторого положительного напряжения через резисторы R1 и R2 потечет 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 емкости, сопротивления резистора R2 и значения управляющего напряжения. При увеличении Uynp 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 приведет к быстрой разрядке конденсатора С2 и уменьшению напряжения, а конденсатор С1 начнет заряжаться. В результате триггер снова переключится и весь цикл повторится.

Увеличение управляющего напряжения (период времени t1...t2, 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 Uynp=0. Однако этому току свойственна температурная нестабильность, что сказывается на стабильности частоты генерации. В какой-то мере повысить температурную стабильность генератора можно путем 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 емкости 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: T0=2t0=2RC*ln((IэR+Uупр)/(IэR+Uупр-Uсп)), полученным на основе решения дифференциального уравнения:

dUc/dt = Iэ/C + (Uупр-Uс)/(RC),

где R и С - номиналы времязадающих цепей; Uc - напряжение на конденсаторе С; Uсп - максимальное (пороговое) значение напряжения Uc; Uynp - управляющее напряжение; Iэ - среднее значение входного вытекающего тока элемента ТТЛ; t0 - длительность импульса; Т0 - период колебаний. Расчеты показывают, что первая из указанных формул весьма точно согласуется с экспериментальными данными при Uynp>=Uсп, при этом были выбраны средние значения: Iэ=1,4 мА; Uсп = 1,2 В. Кроме того, на основе анализа того же дифференциального уравнения можно прийти к выводу, что

(IэR+Uупр)/(IэR+Uупр-Uсп)>0,

т. е., если IэR/(IэR-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 Uупр ≥ 0,55...8 В) - 0,3...4,8 МГц. Нелинейность характеристики управления (на частоте в пределах 0,3...4 МГц) не превышает 5 %.

Тональный генератор для ЭМИ
Рис. 3 (нажмите для увеличения)

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 [2], 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.

Тональный генератор для ЭМИ
Рис. 4

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.

Литература
  1. В. Беспалов. Делитель частоты для многоголосного ЭМИ. - Радио, 1980, № 9.
  2. Л.А. Кузнецов. Основы теории, конструирования, производства и ремонта ЭМИ. - М.: Легкая и пищевая промышленность. 1981.
Автор: И.Басков, д.Полоска Калининской обл.




Дополнение

Простой, управляемый напряжением генератор, описанный в статье И.Баскова "Тональный генератор для ЭМИ" ("Радио", 1987, № 5, с.48-50), при повторении оказался с существенными недостатками: значительная нелинейность характеристики управления, большая зависимость частоты колебаний от напряжения питания микросхемы и от температуры окружающей среды. Главный же недостаток - генератор плохо возбуждается. Происходит это из-за того, что при включении питания на входах элементов DD1.1 и DD1.2 (см. рис. 1 названной статьи) может одновременно возникать напряжение высокого уровня, а на их выходах - низкого. Напряжение низкого уровня на входах RS -триггера, собранного на элементах DD1.3 и DD1.4, устанавливает и удерживает триггер в таком состоянии, когда на его прямом (вывод 6) и инверсном (вывод 8) выходах высокий уровень, при котором генератор не возбуждается.

Устранить этот недостаток можно включением элементов DD1.1 и DD1.2 также по схеме RS-триггера. Тогда на входах этих элементов не может одновременно установиться напряжение высокого уровня и генератор легко возбуждается.

Схема генератора, обладающего лучшими характеристиками, приведена на рис. 1, а. Элементы DD1.1 и DD1.2, включенные RS-триггером, совместно с конденсаторами С1 и С2 представляют собой генераторы линейно изменяющегося напряжения с емкостной обратной связью. Благодаря обратной связи через конденсаторы С1 и С2 характеристика управления линейна во всем диапазоне генерируемых колебаний. Обратная связь уменьшает и зависимость частоты от напряжения литания микросхемы и от температуры окружающей среды.

Тональный генератор для ЭМИ
Рис. 1

Временные диаграммы, иллюстрирующие работу такого генератора, показаны на рис. 1, б. После включения питания RS-триггер на элементах DD1.3 и DD1.4 установится произвольно в одно из устойчивых состояний. Предположим, например, что на его прямом выходе установился сигнал высокого уровня, а на инверсном - низкого. Следовательно, возможность заряжаться получает только конденсатор С2 и на выходе элемента DD1.2 формируется линейно уменьшающееся напряжение (Uв на рис. 1, б). Когда напряжение в точке В генератора достигнет порога переключения элемента DD1.4, RS-триггер переключится в другое устойчивое состояние. Теперь на его прямом выходе будет сигнал низкого уровня, а на инверсном - высокого, и конденсатор С2 быстро разряжается через диод VD2 и элемент DD1.3.

Аналогично происходит зарядка конденсатора С1. В результате RS-триггер переключится в исходное состояние и весь цикл повторится.

Изменение управляющего напряжения приводит к изменению зарядного тока конденсаторов генератора и периода его колебаний. Так происходит управление частотой колебаний генератора. При изменении управляющего напряжения от 0 до 8 В (R1 = R2 = 2 кОм; C1 = С2 = 150 пФ) частота колебаний будет в пределах 0,25...4 МГц.

Если вместо управляющего напряжения Uупр на резисторы R1 и R2 подать напряжение питания микросхемы, то получится генератор, у которого на прямом и инверсном выходах формируются прямоугольные импульсы, а на выходах элементов DD1.1 и DD1.2 - линейно изменяющееся напряжение с малым коэффициентом нелинейности (UA и UB на рис. 1, б). Минимальная зависимость частоты от напряжения питания микросхемы получится, если сопротивление резисторов R1 и R2 будет около 2 кОм. При изменении напряжения питания на +-5% частота изменяется на +-0,1%. Температурная нестабильность - около 0,05%/°С.

Предлагаемый способ управления частотой (периодом) колебаний генератора можно использовать для регулирования длительности импульсов. На рис. 2, а приведена схема ждущего мультивибратора, длительность выходных импульсов которого регулируют изменением управляющего напряжения Uупр. Работает устройство следующим образом. В исходном состоянии на прямом выходе RS-триггера напряжение низкого уровня, а на инверсном - высокого. Импульсы запуска, являющиеся сигналами низкого уровня, переключают RS-триггер в устойчивое единичное состояние. Конденсатор С1 заряжается. На выходе элемента DD1.1 формируется линейно уменьшающееся напряжение. Когда же оно достигает порога переключения элемента DD1.3, RS-триггер принимает исходное состояние.

Тональный генератор для ЭМИ
Рис. 2

Отличительная особенность данного мультивибратора - возможность формирования импульсов, длительность которых больше периода входных импульсов (t2 - t3 на рис. 2,б). Длительность выходных импульсов зависит от сопротивления резистора R1, емкости конденсатора С1 и значения управляющего напряжения. При изменении управляющего напряжения от 0 до 8 В (R1 = 2 кОм; C1 = 330 пФ) длительность выходных импульсов изменяется в пределах 5...0,2мкс.

Описанные здесь генератор и мультивибратор могут найти применение в преобразователях напряжения, измерительных приборах, ЭМИ и многих других радиотехнических устройствах.

Автор: А.Игнатенко, г.Екатеринбург

Смотрите другие статьи раздела Музыканту.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Рекомендуем скачать в нашей Бесплатной технической библиотеке:

раздел сайта Передача данных

журналы Stereophile (годовые архивы)

книга Что такое ОГАС. Глушков В.М., Валах В.Я., 1981

книга Радио - радиолюбителям. Сборник описаний за 1968-1970 гг. Борисов В.Г. (ред) , 1974

статья Sim-Reader v.2

статья Регулятор мощности 110-215 вольт до 2 киловатт для активной нагрузки

справочник Зарубежные микросхемы и транзисторы. Серия E

Оставьте свой комментарий к этой статье:

Имя:


E-mail (не обязательно):


Комментарий:

[lol][cry][!][?]




Бесплатная техническая библиотека Бесплатная техническая документация для любителей и профессионалов