Тональний генератор для ЕМІ. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Музиканту

 Коментарі до статті

Багатоголосні ЕМІ з одним тональним генератором вже зарекомендували себе як надійні та практичні пристрої. Однак найчастіше їх можливості реалізуються далеко не повністю через особливості використовуваних у них генераторів. Як правило, тональний генератор будують на основі високостабільного кварцового резонатора або RC-ланцюгів. У цьому випадку електронне керування частотою або виключено, або украй утруднено [1].

Наведений нижче пристрій - тональний генератор, керований напругою. Керуючий сигнал знімають з різних формувачів та органів управління ЕМІ. Це можуть бути генератори частотного вібрато, що обгинає (для автоматичної зміни ладу), регулятори гліссандо (ковзання ладу) з ручним або ножним (педальним) керуванням.

До особливостей генератора слід зарахувати високу робочу частоту. Використання цифрової мікросхеми дозволило реалізувати порівняно простий і дешевий ГУН із робочою частотою до 7,5...8 МГц (рис. 1). Для більшості цифрових генераторів тону з рівномірно-темперованою музичною шкалою, що складаються зазвичай з 12 ідентичних лічильників з різними інтервальними коефіцієнтами перерахунку, необхідна тактова (провідна) частота в межах 1...4 МГц. Тому характеристики генератора повинні бути такими, щоб забезпечити необхідну лінійність цих частотних межах.

Рис. 1

Принцип роботи генератора заснований на формуванні імпульсів, що регулюються за тривалістю, двома замкнутими в кільце однаковими формувачами, керованими напругою. Таким чином, спад імпульсу на виході одного формувача викликає появу фронту наступного імпульсу на виході іншого і т. д. Роботу пристрою ілюструють часові діаграми, показані на рис. 2.

Рис. 2

До моменту t0 напруга, що управляє, дорівнює нулю. Це означає, що в точках А і Б встановився сигнал з рівнем логічного 0, оскільки вхідний струм елементів DD1.1 і DD1.2 (він не перевищує приблизно 1,6 мА) замикається на загальний провід через резистори R1 і R2 і мале вихідне опір джерела керуючої напруги. На виході інверторів DD1.1 та DD1.2 у цей час діє рівень 1, тому RS-тригер на елементах DD1.3 та DD1.4 встановиться довільно в один із стійких станів. Припустимо для визначеності, що у прямому (верхньому за схемою) виході встановився сигнал 1, але в інверсному - 0.

При появі в момент t0 на вході, що управляє деякого позитивного напруги через резистори R1 і R2 потече струм. При цьому в точці А напруга залишиться близьким до нуля, так як струм через резистор R1 протікає на загальний провід через мале опір діода VD1 та вихідного ланцюга елемента DD1.4. У точці Б напруга підвищуватиметься, оскільки діод VD2 закритий високим рівнем з виходу елемента DD1.3. Струм через резистор R2 заряджатиме конденсатор С2 до 1,1... 1,4 В за час, що залежить від його ємності, опору резистора R2 і значення напруги, що управляє. При збільшенні Uynp збільшується швидкість заряджання конденсатора, і він заряджається до того ж рівня за менший час.

Як тільки напруга в точці Б досягне порога перемикання елемента DD1.2, на його виході встановиться рівень 0, який перемикає RS-тригер. Тепер на прямому виході буде рівень 0, а на інверсному – 1. Це призведе до швидкої розрядки конденсатора С2 та зменшення напруги, а конденсатор С1 почне заряджатися. В результаті тригер знову перемикається і весь цикл повториться.

Збільшення керуючої напруги (період часу t1...t2, рис. 2) призводить до збільшення зарядного струму конденсаторів та зменшення періоду коливань. Так відбувається керування частотою коливань генератора. Випливаючий вхідний струм елементів ТТЛ складається зі струмом джерела напруги керуючого, що дозволяє розширити межі керуючого сигналу, так як при великому опорі резисторів R1 і R2 генерація може зберігатися навіть при Uynp=0. Однак цьому струму властива температурна нестабільність, що впливає на стабільність частоти генерації. В якійсь мірі підвищити температурну стабільність генератора можна шляхом використання конденсаторів С1 і С2 з позитивним ТКЕ, що компенсуватиме збільшення некерованого вхідного струму елементів DD1.1 і DD1.2 при зміні температури.

Період коливань залежить не тільки від опору резисторів R1 та R2 та ємності конденсаторів С1 та С2, але й від багатьох інших факторів, тому точна оцінка періоду утруднена. Якщо знехтувати тимчасовими затримками сигналів в елементах DD1.1-DD1.4 і прийняти значення їх напруги логічного 0, а також порогової напруги діодів VD1 і VD2 рівними нулю, роботу генератора можна описати виразом: T0=2t0=2RC*ln((IэR +Uупр)/(IеR+Uупр-Uсп)), отриманим на основі рішення диференціального рівняння:

dUc/dt = Iе/C + (Uупр-Uс)/(RC),

де R і С - номінали часозадаючих ланцюгів; Uc - напруга на конденсаторі; Uсп - максимальне (порогове) значення напруги Uc; Uynp - керуюча напруга; Iе - середнє значення вхідного струму елемента ТТЛ; t0 – тривалість імпульсу; Т0 – період коливань. Розрахунки показують, що перша із зазначених формул дуже точно узгоджується з експериментальними даними при Uynp>=Uсп, при цьому були вибрані середні значення: Iе=1,4 мА; Uсп = 1,2 В. Крім того, на основі аналізу того ж диференціального рівняння можна дійти висновку, що

(IеR+Uупр)/(IеR+Uупр-Uсп)>0,

тобто, якщо IеR/(IеR-Uсп)>0, то пристрій працездатний при Uynp≥0; цей висновок підтверджує експериментальна перевірка пристрою. Тим не менш, найбільша стабільність і точність роботи ГУН можуть бути досягнуті при Uупр ≥ Uсп = 1,2..1,4 В, тобто в частотних межах 0,7 ... 4 МГц.

Практична схема тонального генератора для поліфонічного ЕМ або ЕМС показана на рис. 3. Межі робочої частоти (при Uупр ≥ 0,55...8 В) – 0,3...4,8 МГц. Нелінійність характеристики управління (на частоті не більше 0,3...4 МГц) вбирається у 5 %.

Рис. 3 (натисніть , щоб збільшити)

На вхід 1 подають сигнал з генератора огинаючої для автоматичного керування ковзанням частоти звуку. При незначній глибині модуляції (5...30 % тону) досягається імітація відтінків звучання бас-гітари, а також інших щипкових та ударних інструментів, у яких висота інтонування звуків у момент їх вилучення трохи відхиляється від норми (зазвичай стрибком підвищується під час атаки звуку і далі швидко зменшується до нормального значення).

На вхід 2 подають постійну напругу керування з ручного або педального регулятора глісандо. Цей вхід і служить для підстроювання або зміни (транспонування) тональності в межах двох октав, а також для ковзання по висоті акордів або тональних звуків, що імітують, наприклад, тембр кларнету, тромбону або голосу.

На вхід 3 подають від генератора вібрато сигнал синусоїдальної, трикутної або пилкоподібної форми. Змінним резистором R4 регулюють рівень вібрато в межах 0...+-0,5 тони, а також рівень девіації частоти до +-1 октави і більше при замиканні вимикача SA1. При великій частоті модуляції (5...11) Гц) і глибині +-0,5...1,5 октави тональні звуки втрачають свої музичні якості і набувають характеру шумового сигналу, що нагадує глухий рокіт або шелест лопат вентилятора. При малій частоті (0,1...1 Гц) і тій же глибині досягається дуже барвистий і виразний ефект, подібний до "плаваючого" звучання гавайської гітари.

Сигнал із виходу тонального генератора треба подавати на вхід цифрового формувача сигналів рівномірно-темперованого музичного ладу.

На операційному підсилювачі DA1 зібрано активний суматор сигналів керування. Сигнал з виходу суматора надходить на вхід ГУН, виконаний на логічних елементах DD1.1-DD1.4. Крім ГУН пристрій містить зразковий кварцований генератор, зібраний на елементах DD2.1, DD2.2, а також ланцюг з двох октавних дільників частоти на тригерах мікросхеми DD3. тактованих цим генератором. Генератор і тригери формують три зразкові сигнали з частотою 500 кГц, 1 і 2 МГц. Ці три сигнали та сигнал з виходу ГУН надходять на вхід електронних ключів, зібраних на елементах DD4.1-DD4.4 з відкритим колектором.

Ці комутатори, керовані перемикачами SA2-SA5, мають загальне навантаження – резистор R13. Вихідні ланцюги елементів утворюють пристрій із логічною функцією АБО. Коли один із ключів пропускає на вихід свій тактовий сигнал, решта закрита низьким рівнем з перемикачів. Високий рівень для подачі на R-входи D-тригерів DD3.1 та DD3.2 та на контакти перемикачів SA2-SA5 знімають з виходу елемента DD2.4.

Кварцований генератор з дільниками частоти відіграють допоміжну роль і служать в основному для оперативного підстроювання ГУН або "ведуть" інструмент в режимі "Орган", при цьому перемикачі SA3, SA4, SA5 ("4'", "8'", "16'" ) дозволяють зміщувати лад ЕМІ відповідно від найнижчого регістру на одну і дві октави вгору. При цьому, зрозуміло, ніякого підстроювання чи зміни висоти звуків не може бути.

До недоліків генератора слід віднести порівняно низьку температурну стабільність, яка в даному випадку не має великого значення [2], і значну нелінійність керуючої характеристики ГУН на краях діапазону, особливо нижніх частот робочого діапазону генератора.

На рис. 4 показана експериментально знята залежність частоти генерації від напруги, що управляє: 1 - для генератора за схемою рис. 1, 2 – рис. 3.

Рис. 4

Пристрій зібрано на друкованій платі із фольгованого склотекстоліту товщиною 1,5 мм.

Мікросхеми серії К155 можна замінити на аналогічні із серій K130 та К133; К553УД1А - на К553УД1В, К553УД2, К153УД1А, К153УД1В, К153УД2. Замість Д9Б можна використовувати діоди цієї серії з будь-яким буквеним індексом, а також Д2В, Д18, Д311, ГД511А. Конденсатори С4 та С5 краще вибрати з позитивним ТКЕ, наприклад. КТ-П210. КПМ-П120, КПМ-П33, КС-П33, КМ-П33, К10-17-П33, К21У-2-П210, К21У-3-П33. Конденсатори С7, C10, C11 – К50-6.

Особливу увагу слід приділити ретельному екрануванню пристрою. Вихідні провідники потрібно звити у шнур із кроком 10..30 мм.

Правильно змонтований тональний генератор налагодження не потребує і починає працювати відразу після підключення живлення. Керуюча напруга на вході ГУН не повинна перевищувати 8...8,2 В. На стабільність частоти генератора негативно впливають зміни напруги живлення 5 В, тому живити його необхідно від джерела з високим коефіцієнтом стабілізації.

література

1. В. Беспалов. Дільник частоти для багатоголосного ЕМІ. - Радіо, 1980 № 9.
2. Л.А. Ковалів. Основи теорії, конструювання, виробництва та ремонту ЕМІ. - М.: Легка та харчова промисловість. 1981.

Автор: І.Басков, д.Полоска Калінінської обл.

Доповнення

Простий керований напругою генератор, описаний у статті І.Баскова "Тональний генератор для ЕМІ" ("Радіо", 1987, № 5, с.48-50), при повторенні виявився з істотними недоліками: значна нелінійність характеристики управління, велика залежність частоти коливань від напруги живлення мікросхеми та від температури навколишнього середовища. Головний недолік - генератор погано збуджується. Відбувається це через те, що при включенні живлення на входах елементів DD1.1 та DD1.2 (див. рис. 1 названої статті) може одночасно виникати напруга високого рівня, а на їх виходах низького. Напруга низького рівня на входах RS-тригера, зібраного на елементах DD1.3 і DD1.4, встановлює та утримує тригер у такому стані, коли на його прямому (виведення 6) та інверсному (виведення 8) виходах високий рівень, при якому генератор не збуджується.

Усунути цей недолік можна включенням елементів DD1.1 та DD1.2 також за схемою RS-тригера. Тоді на входах цих елементів не може одночасно встановити напругу високого рівня, і генератор легко збуджується.

Схема генератора, що має кращі характеристики, наведена на рис. 1, а. Елементи DD1.1 і DD1.2, включені RS-тригером, спільно з конденсаторами С1 і С2 являють собою генератори напруги, що лінійно змінюється, з ємнісним зворотним зв'язком. Завдяки зворотному зв'язку через конденсатори С1 і С2 характеристика управління лінійна у всьому діапазоні коливань, що генеруються. Зворотний зв'язок зменшує і залежність частоти від напруги літання мікросхеми та температури навколишнього середовища.

Рис. 1

Тимчасові діаграми, що ілюструють роботу такого генератора, показано на рис. 1, б. Після включення живлення RS-тригер на елементах DD1.3 та DD1.4 встановиться довільно в один із стійких станів. Припустимо, наприклад, що у його прямому виході встановився сигнал високого рівня, але в інверсному - низького. Отже, можливість заряджатися отримує тільки конденсатор С2 і на виході елемента DD1.2 формується напруга, що лінійно зменшується (Uв на рис. 1, б). Коли напруга в точці генератора досягне порога перемикання елемента DD1.4, RS-тригер переключиться в інший стійкий стан. Тепер з його прямому виході буде сигнал низького рівня, але в інверсному - високого, і конденсатор С2 швидко розряджається через діод VD2 і елемент DD1.3.

Аналогічно відбувається заряджання конденсатора С1. В результаті RS-тригер перемикається у вихідний стан і весь цикл повториться.

Зміна напруги, що управляє, призводить до зміни зарядного струму конденсаторів генератора і періоду його коливань. Так відбувається керування частотою коливань генератора. При зміні керуючого напруги від 0 до 8 (R1 = R2 = 2 кОм; C1 = С2 = 150 пФ) частота коливань буде в межах 0,25 ... 4 МГц.

Якщо замість керуючого напруги Uупр на резистори R1 і R2 подати напругу живлення мікросхеми, то вийде генератор, у якого на прямому та інверсному виходах формуються прямокутні імпульси, а на виходах елементів DD1.1 і DD1.2 - напруга, що лінійно змінюється, з малим коефіцієнтом нелінійності ( UA та UB на рис.1, б). Мінімальна залежність частоти від напруги живлення мікросхеми вийде, якщо опір резисторів R1 та R2 буде близько 2 кОм. При зміні напруги живлення +-5% частота змінюється на +-0,1%. Температурна нестабільність – близько 0,05%/°С.

Пропонований спосіб керування частотою (періодом) коливань генератора можна використовувати для регулювання тривалості імпульсів. На рис. 2 а наведена схема чекаючого мультивібратора, тривалість вихідних імпульсів якого регулюють зміною керуючого напруги Uупр. Працює пристрій в такий спосіб. У вихідному стані прямому виході RS-тригера напруга низького рівня, але в інверсному - високого. Імпульси запуску, що є сигналами низького рівня, перемикають RS-тригер у стійкий одиничний стан. Конденсатор С1 заряджається. На виході елемента DD1.1 формується напруга, що лінійно зменшується. Коли воно досягає порога перемикання елемента DD1.3, RS-тригер приймає вихідний стан.

Рис. 2

Відмінна риса даного мультивібратора - можливість формування імпульсів, тривалість яких більша за період вхідних імпульсів (t2 - t3 на рис. 2,б). Тривалість вихідних імпульсів залежить від опору резистора R1, ємності конденсатора С1 і значення напруги, що управляє. При зміні керуючого напруги від 0 до 8 (R1 = 2 кОм; C1 = 330 пФ) тривалість вихідних імпульсів змінюється в межах 5 ... 0,2 мкс.

Описані тут генератор та мультивібратор можуть знайти застосування у перетворювачах напруги, вимірювальних приладах, ЕМІ та багатьох інших радіотехнічних пристроях.

Автор: А.Ігнатенко, м.Єкатеринбург

Дивіться інші статті розділу Музиканту.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Названо головну причину землетрусів 06.10.2017 Група американських сейсмологів підготувала доповідь щодо зростання загрози землетрусів на планеті. Вчені пов'язують почастішання та посилення підземних поштовхів з діяльністю людини. На думку дослідників, антропогенний чинник на природні явища, зокрема землетрусу не викликає сумнівів. З кожним роком оновлення технологій, наприклад у нафтовій та газодобувній галузі не передбачає вдосконалення заходів безпеки. Гідравлічні вибухи, що застосовуються при видобутку корисних копалин, неминуче призводять до струсу та зсувів літосферних плит, а також виникнення нових розломів у земній корі. Фахівці заявляють про потенційну небезпеку концептуальних змін у земній корі, які призведуть до катастрофічних наслідків. Особливу небезпеку є розробки, так званої, кліматичної зброї. Досі в науковій спільноті тривають дискусії з приводу землетрусу біля берегів Японії, внаслідок якого було пошкоджено атомну електростанцію "Фукусіма". Версія про штучному зрушенні літосферних плит, не є суто конспірологічною.

Інші цікаві новини:

▪ Автозаправка вдома

▪ Новий процесор Intel Celeron D351

▪ Одержання електрики із цукру в крові

▪ Медичні протези від Lamborghini

▪ Ефективна добавка до бензину

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Домашня майстерня. Добірка статей

▪ стаття Термос. Історія винаходу та виробництва

▪ стаття Чому на троні папи римського зображено перевернутий хрест? Детальна відповідь

▪ стаття Великий Каньйон. Диво природи

▪ стаття Переговорний автомат. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Чарівна ваза. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024