Экономичный генератор на двух ТТЛ-микросхемах

Рис. 4.15. Генератор на трех ТТЛ-микросхемах (частоту можно из­менять сопротивлением резистора R и емкостью конденсатора С)

Рис. 4.16. Модифицированный ва­риант схемы по рис. 4.15 (резистор Rnep позволяет варьировать частоту в пределах двух октав)

На рис. 4.14 представлена схема генератора, собранного на ТТЛ-микросхемах и равноценного описанному выше как в отно­шении схемных элементов, так и по качеству колебаний. Правда, в этом случае возможно варьирование только емкости конденсатора С, так как сопротивление резистора R жестко задано микро­схемой. Большую свободу действий допускает устройство, схема которого показана на рис. 4.15. Этот генератор — при модифи­кации его в соответствии с рис. 4.16 — позволяет изменять часто­ту в диапазоне двух октав, т. е. появляется возможность селекти­ровать информацию, если использовать несколько резисторов разного сопротивления в различных местах, где необходимо вести контроль. Возможно также получение эффекта срабатывания сирены, например, с помощью самодельного оптоэлектронного элемента связи на базе лампы накаливания и фоторезистора. Такое интересное устройство позволяет проводить эксперименты по использованию его для систем сигнализации.

В генераторах по схемам на рис. 4.14 и 4.15 можно использовать интеграль­ные микросхемы К133ЛАЗ и К155ЛАЗ, взяв соответственно две и три схемы 2И-НЕ.

Рис. 4.17. Схема по рис. 4.16, до­полненная выходным каскадом с гром­коговорителем и срабатывающая толь­ко при замыкании выходов Р (через какой-либо потенциометр) и D (через какой-либо диод) на массу

Рис. 4.18. Схема, позволяющая по­лучать сигналы трех различных то­нальностей в зависимости от сопро­тивлений потенциометров R1...R3

На рис. 4.17 представлен вариант мультивибратора, собран­ного на двух микросхемах, с громкоговорителем на выходе. В схему мультивибратора включен контур выделения сигнала на громкоговорителе (через резистор ограничения тока). К точ­ке Р подключаются контакты устройства наблюдения за контро­лируемым явлением, а также резисторы «распознавания», как это показано на рис. 4.18.
К точке D подключены диоды, один из которых при срабатывании соответствующего контакта замыкает­ся на массу, запуская генератор (в ином случае мультивибратор постоянно генерировал бы соответственно низкую частоту). Диоды обеспечивают развязку резисторов друг от друга.

В устройстве по схеме на рис. 4.17 можно применить два корпуса инте­гральных микросхем К133ЛА4, в каждом из которых находятся по три элемента ЗИ-НЕ, или аналогичные по функциональным возможностям два корпуса К155ЛА4. Диод должен быть кремниевым, высокочастотным, например Д220 или КД103, КД105, КД501, КД503 с различными последующими буквенными индексами, А, Б, В и т. д.

4.3.2. Генераторы с очень малым потреблением тока

 в состоянии покоя

Схема мультивибратора, собранного на двух транзисторах различной проводимости, позволяет прежде всего отказаться от таких возможно уже устаревших решений, как описанные выше схемы на транзисторах с проводимостью одного типа. Преимуществом схем мультивибраторов с комбинацией транзисто­ров является малый расход энергии в паузах между подачами сигнала. Поэтому даже для длительной работы пригоден источник тока малой емкости.

Рис. 4.19. Управляемый мультивиб­ратор с дополнительной симметрией:

а — с лампой, мигающей при открытом входе; б — с громкоговори­телем для подачи акустического сиг­нала

В схемах, показанных на рис. 4.19, при закрытом транзисто­ре V1, течет только обратный ток коллектора транзистора V2 (в случае кремниевого транзистора проводимости р-n-р этот ток пренебрежимо мал) и ток, фактически определяемый высокоомным резистором между плюсовым проводом источника питания и базой транзистора V1. В данных примерах этот ток при комнат­ной температуре составляет ме­нее 20 мкА.

При открытом или достаточ­но высокоомном входе через транзистор V1 течет коллектор­ный ток, обеспечивающий откры­вание транзистора V2. Благодаря этому потенциал коллектора тран­зистора V2 возрастает, дости­гая положительного значения.


Это изменение потенциала че­ рез конденсатор связи изменяет потенциал базы транзистора V1, ускоряя процесс его открывания. При уменьшении тока зарядки конденсатора ток базы этого транзистора падает, напряжение на резисторе в цепи коллектора транзистора V2 тоже снижается, и конденсатор снова разряжается. Это приводит к быстрому уменьшению коллекторных токов обоих транзисторов. Теперь, до открытия транзистора VI, конденсатор должен снова зарядиться до порогового напряжения этого транзистора через резистор в цепи его базы. Для обеспечения периодичности процесса зарядки-разрядки конденсатора сопротив­ление резистора RJ должно быть достаточно малым (учитывая коэффициент усиления транзистора VI и напряжение питания). В то же время сопротивление нагрузки транзистора V2 не должно быть слишком малым, что может исключить самовозбуждение генератора вследствие недостаточности изменения напряжения обратной связи.

При определении номиналов элементов обеих схем по рис. 4.19 следует учитывать, что при меньшем коэффициенте усиле­ния транзистора V2 сопротивление резистора Rf в цепи его базы должно быть, как правило, меньше. При отсутствии конденсатора (рис. 4.19, а) лампа должна по меньшей мере уже различимо тлеть, иначе ее мигание невозможно. Варьированием сопротивле­ний резисторов и емкости конденсатора можно получать различ­ную частоту миганий и время горения в течение одного периода. При номиналах, указанных на рис. 4.19, а, длительность импульса равна около 1 с. Уменьшение сопротивления резистора R2 при­водит к укорочению времени горения.

Широкий диапазон регулировки имеет генератор, пред­ставленный на рис. 4.19, б. Так, изменяя номиналы элементов RC-цепочки обратной связи, можно варьировать звучание сигнала — от свистка высокого тона (от 0,001 до 0,003 мкФ и от 0 до 10 кОм) до едва слышимого треска (например, при 0,01 мкФ, 10 кОм). Расход энергии при этом очень мал: уже при токе 5...10 мА звуча­ние малогабаритного громкоговорителя слышно довольно далеко (это зависит также от окружающих условий и формы импульсов).


Питание можно производить от одного аккумулятора RZP2 или даже от «таблеточного» элемента. Поскольку ток в состоянии покоя составляет, как было уже сказано, 20 мкА, готовность к работе сохраняется при одном аккумуляторе RZP2 в течение нескольких суток, а длительность подачи сигнала — в течение 50...100 ч до разрядки аккумулятора емкостью 0,5 А- ч.

Громкоговоритель в устройстве по схеме рис. 4.19, б — ти­па LP558, LP559 или подобный им с катушкой 5...8 Ом.

Если сигнализация об отсутствии «низкоомной» связи (порядка нескольких кОм) не требуется, а наоборот, необходима сигнали­зация о ее появлении (например, о появлении влаги, о замыкании контакта, о повышении освещенности или температуры и т. д.), то между плюсовым проводом и базой транзистора V1 должно быть установлено реле. Для предотвращения ложных срабатыва­ний необходима надежная изоляция проводников. Кроме того, воздействие посторонних переменных напряжений должно быть блокировано с помощью фильтра (например, в виде последова­тельной цепочки из резистора сопротивлением несколько десятков кОм и конденсатора емкостью 0,01...0,022 мкФ между цепью базы и массой). Дополнительно, посредством введения последо­вательных и параллельных включений, можно получить индика­торы типа И и ИЛИ, Если использовать при сборке этого генератора штекерные разъемы, то можно делать такие генераторы сменными.

В генераторах по схемам на рис. 4.19, а, б можно применить кремниевые n-р-n транзисторы КТ301А, КТ301Е, КТ312Б, КТ315Г (V1), кремниевые транзисто­ры р-n-р КТ361А, КТ361Б, КТ361В, КТ361К (V2) и кремниевый диод Д220 или Д219, КД105, КД501, КД503 с любым буквенным индексом. В качестве сигнали­затора рекомендуется применить лампочку накаливания 2,5 8X0,15 А и дина­мическую головку 0.1ГД-10 или 0,1ГД-12.



Рис. 4.20. Дополнительный мультивибратор с обратной фазой выходного сигнала, малочувстви­тельный к разбросу номиналов схемных элементов

Описанное устройство дает возможность менее опытным люби­телям поэкспериментировать с изменением номиналов его элемен­тов, получая различные характеристики выходного сигнала.



На рис. 4. 20 представлена наиболее совершенная из опубли­кованных в литературе схема мультивибратора (Radio-Elektronik-Schau, 1974, № 4, с. 204, 205). Третий транзистор введен для повышения надежности работы. Он включен в базовую цепь перво­го транзистора, и его задачей является обеспечение запирания обоих транзисторов мультивибратора после каждого их открытия. Это важно еще и потому, что третий транзистор формирует мини­мальный ток базы, который он периодически — с частотой колебаний напряжения, вызванных дей­ствием обратной связи, — подает на нагрузку (например, лампу или громкоговоритель). Емкость конденсатора С на схеме указа­на для получения акустического выходного сигнала, сопротивле­ние резистора Ry зависит от на­грузки.

В заключение к общим дан­ным о мультивибраторах с дополнительной симметрией следует добавить, что в зависимости от области применения, полярности напряжения питания и наличия схемных элементов оба транзистора со взаимно дополняющими структурами можно, очевидно, поме­нять местами. Электролитические конденсаторы необходимо со­ответственно развернуть. При использовании в оконечном каскаде р-n-р транзистора на его коллектор должен быть подан плюс на­пряжения питания, при использовании n-р-n — минус. Это объясня­ется тем, что при открытом оконечном каскаде на нагрузку пода­ется почти все рабочее напряжение, в то время как между участ­ком база-эмиттер дополняющего транзистора и массой напряжение равно лишь примерно 0,7 В — напряжение «ошибочной поляр­ности», которое безопасно для любого электролитического кон­денсатора. В варианте схемы по рис. 4.20 тип проводимости вспо­могательного транзистора всегда является дополняющим к тран­зистору оконечного каскада.

В устройстве по схеме на рис. 4.20 можно использовать кремниевые тран­зисторы n-р-n КТ312Б, КТ315Г (VI и V2) и р-n-р КТ361 В (V3).

4.3.3. Генераторы без потребления тока в состоянии покоя

Новую группу чрезвычайно экономичных генераторов сигналов, которые в будущем приобретут, по-видимому, большое значение, можно реализовать с помощью КМОП-микросхем.



КМОП-микросхема — сокращение от «Комплементарная МОП (металл-окисел-проводник) схема». Она представляет собой микро­схему, состоящую из пар МОП-транзисторов, имеющих противо­положные типы проводимости и включенных последовательно относительно цепи питания. В состоянии покоя в таком каскаде ток почти отсутствует, а управление режимом работы происходит только за счет полевого эффекта, т. е. изменением потенциалов при полном «отсутствии» тока (рис. 4.21). Еще одним большим преимуществом этих микросхем является надежность работы в диапазоне напряжений примерно от 3...4 до 15 В (у специальных схем нижний порог напряжения еще меньше).



Рис. 4.21. КМОП-инвертор (в зависимости от напряжения на входе всегда один из двух полевых транзисторов со взаимно допол­няющими структурами закрыт, а другой открыт)

Инвертор по схеме на рис. 4.21 аналогичен одному из трех элементов интегральной микросхемы К176ЛП1. Элемент этот называется логическим уни­версальным элементом.

Однако у КМОП-микросхем имеются и недостатки. Во-первых, такие микросхемы еще очень мало доступны, во-вторых, они требуют по меньшей мере такого же внимания к исключению статических напряжений, как и МОП-транзисторы. Поэтому следует привести несколько правил работы с теми и другими. Очень тонкая изоляция управляющего электрода пробивается уже при электростатическом высоком напряжении самой малой энергии, которое может возникнуть на теле человека в результате трения одежды или сиденья из синтетического материала. Поэтому КМОП-микросхемы хранят с накоротко замкнутыми друг с дру­гом выводами или на подкладке из металла или проводящей резины. Поможет также использование на рабочем месте пласти­ны, покрытой медью и соединенной с паяльником. Следует учи­тывать и характер мебели и одежды. Для сборки устройств, в которых КМОП-микросхемы устанавливают на плате в самом конце, лучше всего применять механические контакты.

Обычно в цепях затворов полевых транзисторов ставят диоды. Но несмотря на это необходимо соблюдать указанные выше меры предосторожности.


Диоды могут «обезвредить» только опреде­ ленный заряд, но кто знает, какая энергия и какое напряжение безопасны для микросхемы при установке ее в любительскую конструкцию? Особые неприятности возникают тогда, когда такая схема еще функционирует, но лишь частично!



Рис. 4.22. Оптический мигающий сигнализатор для тока любого зна­чения (в зависимости от характери­стик транзистора выходного каскада) с задающим генератором на КМОП-микросхеме

КМОП-микросхемы имеют и другие ограничения области применения. Их выходы, как правило, нельзя нагружать относи­тельно высокими токами, типичными для ТТЛ-микросхем. Обыч­но выходные токи составляют около 1мА. В соответствии с этим выбираются внешние элементы устройства. При описании сим­метричного мультивибратора, собранного на транзисторах (см. рис. 4.12), были перечислены усовершенствования оконечного каскада. Очевидно, что они справедливы также, где это возможно, и в отношении выходных каскадов на КМОП-микросхемах.



Рис. 4.23. Генератор звуковой ча­стоты около 800 Гц со схемой управ­ления на КМОП-микросхемах

На рис. 4.22 представлена схема мультивибратора, собранного на двух КМОП-микросхемах НЕ-ИЛИ. В данном варианте время «Включение — Выключение лампы» составляет около 1,5 с. Сопротивление резистора, определяющего это время, может быть увеличено с 1 до 10 МОм, что приведет к его удлинению в 10 раз. В паузах между включениями лампы ток практически равен нулю, поэтому выключатель не требуется. При замкнутом контакте на входе (или это может быть, например, контакт на входной двери) лампа зажигается, только в этом случае через резистор сопротивлением 100 кОм течет непрерывный ток 120 мкА (лампа используется 12 В/0,05 А).

В устройстве по схеме на рис. 4.22 можно использовать интегральную схему К176ЛЕ5 или К176ЛЕ6. Транзисторы должны быть кремниевыми, КТ201Г или КТ201Е (VI) и КТ315Г (V2).

В этой схеме, как и в других случаях применения МОП-тран­зисторов, следует обращать внимание на то, что конденсатор в цепи обратной связи не должен иметь тока утечки.


Здесь совер­ шенно непригодны электролитические конденсаторы. Через защит­ный резистор сопротивлением 10 кОм сигнал мультивибратора (т. е. периодическая смена логических уровней Н и L на выходе нижней по схеме интегральной схемы) подается на каскад, со­бранный на транзисторах со взаимно дополняющими структура­ми. Запуск генератора для подачи сигнала возможен, например, с помощью замыкающего контакта или фоторезистора, становя­щегося достаточно низкоомным при освещении. При этом вход верхней схемы НЕ-ИЛИ, потенциал которого соответствовал логи­ческому уровню Н, получает уровень L. В то время как согласно логическому условию — логический уровень Н на входе f или на входе 2 дает на выходе отрицательный логический уровень Я — потенциал на выходе всегда лежит на уровне L (отрицатель­ный логический уровень Н), мультивибратор может через второй вход генерировать колебания с периодом, определяемым посто­янной времени цепочки R1C1.



Рис. 4.24. Генератор, в котором использованы все четыре вентиля соот­ветствующей интегральной схемы

Подобная рассмотренной выше схема, но для генерирова­ния звуковой частоты около 800 Гц, показана на рис. 4.23. При указанных номиналах схемных элементов громкоговоритель с сопротивлением катушки 15 Ом обеспечивает звуковую мощность около 25 мВт при напряжении питания 9 В. Если ожидаемое время подачи сигнала мало, то текущий при этом ток около 40 мА (среднее значение) может быть обеспечен малогабаритной бата­реей с напряжением 9 В. Не следует забывать, что все эти устрой­ства — при использовании их в качестве генераторов сигналов могут быть собраны без выключателей, так как ток покоя в них пренебрежимо мал. И наоборот, выключатель питания можно поставить в качестве датчика в месте, где производится наблюде­ние за каким-либо явлением (рис. 4.24). В данном случае генера­тор, в котором включены все четыре элемента соответствующей интегральной схемы, обеспечивает получение хорошо слышимого сигнала, прерываемого с частотой несколько Гц.


Для этого устройст­ ва необходим выключатель, так как при подаче напряжения питания генератор постоянно находится в режиме генерирования колебаний. В устройстве использованы тактовый генератор и управ­ляемый им генератор звуковой частоты. Получаемый сигнал (в данном примере — частота 800 Гц, пульсация 6 Гц) распознается легче, чем монотонный.

В устройстве по схеме рис. 4.23 можно применить интегральную микро­схему К176ЛЕ6 и транзистор КТ361Г, в качестве излучателя акустических коле­баний — микротелефонный капсюль ДЭМ-4м.

В устройстве по схеме на рис. 4.24 применяется интегральная микросхема К176ЛЕ5.

4.4 УСТРОЙСТВА СИГНАЛИЗАЦИИ И НАБЛЮДЕНИЯ

Микросхемы с высоким уровнем интеграции, разработанные для специальных целей (для часов, ЭВМ и т. д.), в большинстве случаев содержат делитель частоты, управляемый высокочастот­ным тактовым генератором. Иногда на определенные выводы этих схем кроме собственно выходных сигналов подаются также частоты звукового диапазона и ниже, с помощью которых можно получать сигналы для акустического или оптического сигнализато­ра. Ниже описаны практические примеры получения сигналов звуковой частоты, пульсирующих с частотой несколько секунд, с помощью микросхемы от ЭВМ, используемой в качестве датчика тактовых импульсов, и с помощью схемы делителя от кварцевых часов со стрелочным индикатором.

В отличие от описанных выше схем, цель применения кото­рых может выбрать сам любитель, схемы, описанные ниже, раз­работаны для решения определенных задач.

4.4.1. Генераторы мелодичного сигнала для входных дверей

Микросхемы с высокой степенью интеграции применяются также и при генерировании сигнала для входных дверей. В цепи «Механический звонок — зуммер или звонок с автоматическим прерывателем — звонок переменного тока — дверной гонг — многотональный генератор на транзисторах или микросхемах» генераторы мелодичного сигнала в настоящее время представ­ляют собой самый сложный и не всегда самый дешевый вариант.


Их принцип действия заключается в том, что ( при определенных условиях запуска) при нажатии кнопки запускается электронный счетчик, на выходах которого после прихода n импульсов появляет­ся, например, логический уровень L. К этим выходам подключены установочные резисторы, определяющие частоту генератора, благодаря чему во время работы счетчика генератор совершает колебания на различных частотах. Если разница между наимень­шим сопротивлением генератора и наибольшим эквивалентным сопротивлением пропускания выходов декодирующего устройства достаточно велика, генератор, однажды настроенный на требуе­мую мелодию, будет надежно выдерживать точность звуковых частот. Для сборки таких генераторов можно использовать четырех­разрядный регистр сдвига D195 с прямым выходом «1 из 4» (т. е. импульс на выходе появляется только после прихода последо­вательности из четырех импульсов, при этом можно получить четыре тона на один регистр минус один тон для обратной связи), или декадный счетчик D192 или МН 7490 с декодером «1 из 10» МН7442 (девять тонов при одном тоне для обратной связи), или четырехразрядный бинарный счетчик D193 с декодером «1 из 16» МН74154 (15 тонов при одном тоне для обратной связи).



Рис. 4.25. Функциональная схема автоматического семитонального генера­тора мелодичного сигнала на регистрах сдвига:

I — оконечный каскад на транзисторе KF517 и 1/4 микросхемы Р200С; Н — тактовый генератор на микросхеме Р210С; III — управляющая логическая схема Р210С и Р200С (используется только 3/4 схемы); IV — регистр сдвига (две микросхемы Р195С и одна Р230С); V — генератор звуковых частот на микросхеме Р200С; VI — блок питания 220 В/5 В (0,2 А) на транзисторе SF126 и стабилитроне SZX21/5,6; VII — генераторы звуковых частот (7 потенциометров); VIII — генераторы тактовых частот (7 потенциометров, не нужны при равных длительностях звучания на всех звуковых частотах)

Одним из наиболее «отработанных» решений на базе регист­ров сдвига является описанный ниже семитональный генератор мелодичного сигнала.


Следует, однако, учесть, что регистры использованных здесь серий позволяют реализовать и другие варианты управления схемой, а также последовательности ее работы. Генератор соответствует уже представленному на рис. 4.16.

4.4.1.1. Генератор мелодичного сигнала на регистрах сдвига

Описанное ранее устройство достаточно сложное и вряд ли под силу начинающему радиолюбителю. Следует обратить вни­мание и на то, что провода, идущие к кнопке, должны быть минимально возможной длины и не должны проходить вблизи источни­ков сильных помех во избежание паразитной модуляции.

Как видно из рис. 4.25, генератор состоит из восьми функ­циональных блоков, которые — вплоть до громкоговорителя, трансформатора и генератора тактовой частоты — могут быть размещены на печатной плате 100X115 мм. Принципиальная схема представлена на рис. 4.26. Резистор сопротивлением 820 Ом в цепи база-эмиттер транзистора KF517 устанавливается, если напряжение Us — U0H управляющей микросхемы превышает 0,5 В. Свободный вывод Ег микросхемы D7.4 позволяет реализовать дополнительные варианты управления генератором.



Рис. 4.26. Принципиальная схема генератора по рис. 4.25 (обозначения рим­скими цифрами соответствуют обозначениям этого же рисунка, справа внизу показан наиболее целесообразный вариант установки двух громкоговорителей, второй подключается вместо перемычки)

В устройстве по схеме на рис. 4.26 интегральные микросхемы Р195С могут быть заменены на К155ИР1, Р210С — на К155ЛА4, Р200С — на К155ЛАЗ. Транзи­стор стабилизатора напряжения питания интегральных микросхем должен быть кремниевым n-р-n с коэффициентом передачи не менее 40...50, например П307Б или КТ602Б. Транзистор в каскаде усиления низкой частоты — кремниевый р-n-р, например КТ361 Г, КТ209В, КТ209Е. Выпрямительные диоды могут быть Д226 с любым последующим буквенным индексом. Стабилитрон в стабилизаторе напряжения — КС156А. Диоды, связанные с интегральной микросхемой Р230С, могут быть КД103, КД105, Д219, Д220 с любыми буквенными индексами, интеграль­ную схему Р230С можно заменить на К155ЛА2.



«Сердцем» схемы являются два последовательно включен­ ных четырехразрядных регистра сдвига Р195С (Р — удешевленный, любительский вариант), выходы которого — вплоть до послед­него — связаны со входами микросхемы И-НЕ типа Р230, имеющей восемь входов. Выход этой схемы подключен к последовательному входу (£S) первого регистра Р195С. Отрицательный логический уровень Н, т. е. L, появляется на выходе схемы Р230С только тогда, когда на все подключенные выходы регистра поданы потенциалы уровня Я. Уровень L появляется в начале работы, если только потенциал последнего выхода регистра соответствует уровню L (за исключением первого запуска после подачи напря­жения питания, когда отдельные триггеры регистров сдвига могут находиться в любых исходных состояниях; требуемые состояния они автоматически принимают после первого цикла счета). Сигнал уровня L, поданный на вход £S, первым же тактовым импульсом на тактовом входе регистра сдвигается на следующий триггер схемы, а его выход получает потенциал уровня L. Благодаря этому выход схемы Р230С получает потенциал уровня Н, как и вход £5 для следующего такта. Все семь подключенных выходов обоих регистров снова получают потенциалы уровня Н только после прихода восьмого такта, причем восьмой такт имеет уро­вень L.

Иначе говоря, устройство построено так, что его работа прекра­щается после завершения одного цикла; для возобновления работы необходим новый запуск. Эту задачу выполняет управляю­щее логическое устройство, на входе которого включены кнопка, шунтированная конденсатором для гашения импульсных помех, и микросхема обратной связи для приема сигнала «Стоп» с выхода 8 регистра сдвига. Далее следует триггер, соответствующий выход которого для обеспечения правильности функционирования подключен к разделительной микросхеме (перед нажатием кнопки этот выход должен иметь потенциал уровня L, чтобы обеспечить запирание постоянно поступающих на микросхему тактовых импуль­сов). При нажатии клавиши триггер сразу же опрокидывается и высвобождает тактовый импульс.


Как только прозвучит сигнал первой звуковой частоты, на выходе 8 регистра сдвига появляется потенциал уровня Н, и цепь обратной связи отсюда до управляю­щего логического устройства (через выход микросхемы обрат­ной связи, потенциал которого соответствует уровню L) играет роль нажатой кнопки с помощью второго входа микросхемы. Только после прихода восьмого тактового импульса процесс повто­ряется. Уже после «проигрывания» первой звуковой частоты кнопку можно отпустить. После этого триггер опрокидывается снова, запирает канал тактовых импульсов на входе управляю­щего логического устройства и подготавливает генератор к следую­щему запуску.

Каждый генератор звуковой частоты снабжен потенциомет­ром для регулировки тона звучания. Чтобы исключить влияние генераторов на выходы регистров сдвига, в цепи потенциометров включены дешевые диоды в пластмассовых корпусах (например, серии SAV40). Генерируемый спектр частот, как уже упоминалось, составляет две октавы. Номиналы потенциометров следует выбирать заранее по желаемому тону звучания (чем выше тон, тем меньше их сопротивление). Это повысит надежность требуемой регулировки. Рекомендуемый диапазон от 500 Ом до 10 кОм. Выбор мелодии зависит от вкуса. При желании получить мелодию, состоящую более чем из семи тонов, необходимо использовать большее число регистров сдвига и логическую схему И-НЕ с числом входов более восьми.

К блоку питания предъявляется требование обеспечить напря­жение, не превышающее 5,25 В (более высокое может вывести генератор из строя), и не слишком большой ток. Примененный здесь звонковый трансформатор КТ07 (6 В/0,5 А) может отдавать относительно небольшую мощность, поэтому в цепь питания включен транзистор SF126, управляемый стабилитроном. При использовании трансформатора большей мощности необходим транзистор KU611 или подобный ему. Включенный перед транзи­стором диод отбирает часть мощности, предупреждая его пере­грузку при повышении напряжения сети. Конденсатор, парал­лельный стабилитрону, смягчает звучание.


Вместо комбинации «транзистор-стабилитрон» можно использовать также мощный стабилитрон SZ600/5,1 с развязывающим резистором сопротив­лением 10 Ом на мощность 0,5 Вт. Но возможно, что напряжение, обеспечиваемое этой цепочкой, может превышать 5,25 В, поэтому на ее выходе необходимо последовательно установить диод SY200 или подобный ему, пороговое напряжение которого обеспечивает снижение рабочего напряжения ниже 5 В. Номиналы элементов выпрямителя выбраны «с запасом», так как несмотря на требуемый малый ток (лишь в пределах 200 мА) следует учи­тывать скачок тока зарядки электролитического конденсатора при включении. Его ограничивает только внутреннее сопротивле­ние трансформатора и выпрямителя. В этом случае больше всего пригодны диоды SAY12 или SAY17 (диоды в пластмассовых корпу­сах, выдерживающие большой импульсный ток), но при необходи­мости могут быть поставлены и диоды SY320 или SY200 (самый современный вариант — миниатюрные диоды SY360, рассчитанные на ток до 1 А).

Выбор схемы оконечного каскада определяется требуемой громкостью звучания. Нельзя забывать о балластном резисторе, если возможно короткое замыкание внешних проводов!

Применение микросхем с их довольно близко расположен­ными выводами создает определенные трудности при разработке чертежей монтажа устройства. Существуют пластины для изго­товления печатных плат, у которых фольга нанесена с обеих сторон. Однако ее использование приводит к нанесению очень большого числа проводящих дорожек со стороны монтажа. В результате теряется наглядность и появляется большое число перекрестных контактов, выполненных отрезками провода. Если все же выбрать такой вид монтажа, то порядок сборки лучше принять следующий. После сверления платы следует сразу же поставить проволочные перемычки. Затем устанавливают резисторы, микросхемы и по­тенциометры, после чего — остальные элементы. Это облегчит пайку. Например, проволочные перемычки перед пайкой можно прижать к плате со стороны монтажа каким-либо упором.


Теперь можно, положив плату на стол, укоротить концы перемычек, не опасаясь, что при пайке они выйдут из отверстий. Затем произво­дится установка микросхем. Если на печатной плате предусмотреть вывод для подачи на тактовый генератор сигналов, определяющих длительности звучания различных звуковых частот, то на самой плате разместятся только резисторы регулировки высоты звучания. Если нужно расширить схему для получения различных дли­тельностей звучания отдельных звуковых частот, необходимо на отдельной плате установить дополнительные потенциометры. Эта плата должна подключаться, во-первых («общей» точкой), к свободному отверстию для пайки tпвр в блоке тактового генера­тора. Во-вторых, как видно из рис. 4.26, отдельные выводы потен­циометров следует соединить с соответствующими выводами регистров сдвига. В случае такого расширения схемы целесооб­разнее всего раздельно регулировать длительность и высоту звучания отдельных звуковых частот, так как каждый выход имеет конечное сопротивление относительно «массы». Дополнительная плата может быть легко установлена в одном корпусе с основ­ной, обратив особое внимание на места подключения выводов регистра сдвига. Устройство будет универсальным, если для полу­чения требуемой мелодии комбинированную плату «Высота и длительность звучания звуковых частот» устанавливать с помощью штекерных разъемов.

4.4.1.2. Второй вариант генератора мелодичного сигнала



Рис. 4.27. Функциональная схема генератора мелодичного сигнала на двоично-десятичном счетчике и деко­дере «1 из n» (n — 1 звуковых частот):

I — двоично-десятичный счетчик; II — декодер «1 из n»; III — генера­торы звуковых частот; IV — схема управления; V — тактовый генератор; VI — генератор звуковой частоты; VII — усилитель

Работа этого генератора несколько отличается от описан­ного выше генератора на регистрах сдвига. Как видно из рис. 4.27, двоично-десятичный счетчик (возвращаемый в исходное состояние) управляется сигналами, подаваемыми на его тактовый вход, а на его четырех выходах появляются результаты счета импульсов в двоично-десятичном коде.


К выходам счетчика обычно подключают семисегментный декодер (серии D147), если результат счета должен отображаться на цифровом индикаторе в семисегментном коде. При использовании десятичного декодера, например серии МН74141, десять выходов которого последовательно подключают­ся на «массу» в соответствии со счетом тактовых импульсов в схеме счетчика, в качестве индикатора можно применить лампы с цифровой индикацией. Однако этот декодер мало пригоден для сборки подобных генераторов вследствие высокого остаточ­ного напряжения (примерно 2...3 В). По сравнению с этим уровень выходного сигнала микросхемы МН7442, выпускаемой в ЧССР, также декодера «1 из 10» больше подходит для управления ра­ботой ТТЛ-схем (несколько десятков мВ при достаточно малом токе), т. е. параметры ее выхода в большой степени соответствуют параметрам схемы D195 (Р195) и к ней могут быть подключены такие же генераторы звуковых частот, получающие команду «Стоп» (на десятый выход микросхемы поступает логический уровень L), как и в предыдущем примере (см, рис. 4.26). Правда, теперь вместо семи звуковых частот с помощью двух контуров управления можно генерировать десять частот с помощью одной схемы. В качестве счетчика может быть использована микросхема МН7490, также чехословацкого производства, или D192. Располо­жение выводов микросхем дано на рис. 4.28 и 4.29.

                 


Рис. 4.28. Расположение выводов декадного счетчика МН7490, UCY7490N (предприятия «LInitra Cerni», ПНР), К155ИЕ2 (СССР), SN7490 других изго­товителей

Рис. 4.29. Расположение выводов микросхемы D192C (Р192С), выпу­скаемой в ГДР

Рис. 4.30. Декодер МН74154 (UCY74154N, К155ИДЗ, 5М74154М), используемый для сборки 15-тонального бинарного четы­рехразрядного счетчика D193C или Р193С

Благодаря возможности останова при управлении работой регистра сдвига эту схему управления можно использовать также и для двоично-десятичного счетчика. Причем в качестве точки подачи команд запуска-останова в схеме D195 можно использо­вать вход МС, а в схеме МН7442 или D192 — вход Reset. Это означает несколько другую комбинацию применяемых микросхем, причем целесообразно объем счетчика использовать не полностью.



При этом каждый цикл счета дол­жен заканчиваться «укорочен­ным», не доведенным до конца. Но он может, как уже было пока­зано, не вызывать звучания, И наконец, для триггера, входящего в схему управления, может быть введен триггерный модуль. Но триггер вообще может не входить в схему, как например при использовании микросхемы МН74154. То есть здесь возможны ва­рианты схемного решения в зависимости от наличия схемных элементов и т, д. Не последнюю роль могут сыграть и много­численные варианты подобных генераторов, публикуемых в радио­любительской литературе.

Для 15-тонального генератора необходимы лишь модуль счет­чика и декодер «1 из л», если для его сборки выбрать схему D193, обеспечивающую счет от 0 до 15, и декодер «1 из 16» серии МН74154 (рис. 4.30). Это — самый интересный вариант из гене­раторов этой группы. Его схема представлена на рис. 4.31 (но он может быть применен и в 9-тональном варианте). Но, учитывая различия в форме тактовых импульсов (схема D193, например, срабатывает при скачке потенциала L-H), необходимы также две микросхемы D210 (D110) и одна D200 (D100) для сборки контура управления, тактового генератора и генератора звуковой частоты. Последний аналогичен принятому в семисегментном варианте генератора. Но от микросхемы «Запуск» сигнал запуска теперь не направляется к триггеру и далее не используется для деблоки­рования тактового импульса, так как этот импульс деблокируется самим тактовым генератором с помощью свободного входа микросхемы. Схема деблокирования тактовых импульсов пред­ставляет собой теперь инвертор для них и переходит в состояние покоя с уровнем потенциала L. Эта связь обеспечивает надеж­ность запуска относительно первой звуковой частоты. По сравнению с другими возможностями «усовершенствования» тактового гене­ратора с целью обойтись без микросхемы для инвертора в этом случае продолжительности звучаний всех звуковых частот приняты постоянными (при этом исходное состояние конденсатора такто­вого генератора наиболее благоприятно).


Сопротивления потен­циометров R на схеме рис. 4.31 выбираются в зависимости от требуемых звуковых частот в пределах от 0,47 до 10 кОм. Сопро­тивление катушки громкоговорителя должно составлять 8... 15 Ом вместо нее может быть использован капсюльный микрофон сопротивлением 54 Ом. Напряжение 220 В должно подаваться на трансформатор постоянно.

На рис. 4.31 можно видеть и другие особенности этого гене­ратора по сравнению с описанным ранее. К ним относится клавиша «бесшумного проигрывания» любых тактов в мелодии. При ее нажатии через развязывающие диоды, стоящие перед входом Ег предыдущей схемы деблокирования тактовых импульсов (теперь используемой в качестве инвертора для этих импульсов), эта схема может быть соединена с любым количеством выходов декодера. Если декодированный сигнал достигнет одного из этих выходов, то громкоговоритель остается в режиме молчания.




Содержание раздела

---

---