Одноголосный электромузыкальный инструмент

Несравненно больший интерес представляет "игрушечный" электромузыкальный инструмент, обладающий значительно лучшими качеством звука и исполнительскими возможностями по сравнению с предыдущими конструкциями. Рабочий диапазон инструмента составляет три октавы, а громкость звучания его достаточна, чтобы исполняемая мелодия была хорошо слышна даже в помещении большой площади. Питается инструмент от сети переменного тока.

Познакомимся с устройством и работой инструмента по его принципиальной схеме (рис. 63). Инструмент комбинированный — в нем используются микросхема и транзисторы. На элементах DD1.1 — DD1.3 микросхемы собран генератор звуковой частоты, являющийся задающим генератором. Но работать генератор будет только тогда, когда в цепь обратной связи включается нажатием какой-либо клавиши (контакты кнопочных выключателей SB1 — SB36) один из резисторов R1 — R36. Тональность звука зависит от сопротивления резистора и емкости конденсатора С 1 .

Как видите, в цепи обратной связи может быть включено 36 различных по сопротивлению резисторов, а значит, на выходе генератора (вывод 8 элемента DD1.3) возможны сигналы стольких же частот. Номиналы конденсатора и резисторов подобраны такими, что рабочий диапазон инструмента составляет три октавы — от тона "до" первой октавы до "си" третьей.

Выходкой сигнал генератора сразу подавать на усилитель нежелательно из-за сравнительно небольшого входного сопротивления усилителя, что может сказаться на частоте генератора. Поэтому между генератором и усилителем включен инвертор на элементе DD1.4, выполняющий роль согласующего каскада. Инвертор нагружен на переменный резистор регулировки громкости R37, с движка которого сигнал подается далее через конденсатор С 2 на усилитель звуковой частоты.

В усилителе три каскада — предварительного усиления, предоконечный и выходной. Каскад предварительного усиления собран на транзисторе VT1 по схеме с общим эмиттером. Его нагрузкой является резистор R39. С него сигнал подается на предоконечный каскад, собранный на транзисторах VT2, VT3. Он необходим для того, чтобы обеспечить двухтактный режим работы выходного каскада. Для облегчения этой задачи и упрощения схемы каскада в нем использованы транзисторы разной структуры - транзистор VT2 структуры р-п-р и транзистор VT3 структуры п-р-п . При этом транзистор VT2 усиливает отрицательные полуволны сигнала, а транзистор VT3 — положительные.

С нагрузок транзисторов (резисторы R40 и R41) предоконечного каскада сигналы поступают далее на транзисторы VT4, VT5 выходного каскада. В общей точке соединения этих транзисторов происходит "стыковка" полуволн. Чтобы при этом не образовалась "ступенька", являющаяся наиболее характерным видом искажений подобных усилителей, на базы транзисторов VT2 и VT3 подано напряжение смещения, образующееся из-за падения напряжения на диоде VD1. А чтобы возможно точнее поддерживать режим работы выходных транзисторов (от этого зависит максимальная неискаженная выходная мощность усилителя), в усилителе введена отрицательная обратная связь по постоянному току включением резистора R38.

К выходному каскаду подключена через конденсатор СЗ нагрузка — динамическая головка ВА 1 .

Постоянное напряжение, необходимое для работы электромузыкального инструмента, получается с помощью комбинированного блока питания. Он состоит из понижающего трансформатора Т 1 , к вторичной обмотке которого подсоединен выпрямитель, собранный на диодах VD3 — VD6 по мостовой схеме. Выходное напряжение выпрямителя фильтруется оксидным конденсатором С 4 и поступает на усилитель. К выпрямителю подключен простейший параметрический стабилизатор напряжения, состоящий из резистора R42 и стабилитрона VD2. Получающееся на нем напряжение около 5В подается на микросхему.

Если инструментом придется пользоваться в помещении без электрической проводки или на открытом воздухе, источником питания могут служить, например, батареи 3336. Тогда усилитель нужно питать от двух последовательно соединенных батарей, микросхему — от одной. Использовать общий источник для питания усилителя и микросхемы не рекомендуется — при большой громкости напряжение батареи немного падает, что может привести к изменению частоты генератора или к неустойчивой его работе.

Вместо микросхемы К155ЛАЗ можно использовать аналогичную , содержащую элементы И-НЕ или несколько микросхем с такими элементами. Если, к примеру, у вас окажутся микросхемы К155ЛА1, содержащие по два элемента И-НЕ с четырьмя входами каждый, придется использовать два таких корпуса, объединив входы каждого элемента. Подойдут и микросхемы К155ЛА4 с тремя элементами И-НЕ по три входа у каждого. В этом случае также понадобятся две микросхемы, но у одной из них останутся свободными два элемента (у использованных элементов входные выводы соединяют вместе). Как видите, возможности замены широкие, но при той или иной замене следует откорректировать чертеж монтажной платы.

Конденсатор С 1 - бумажный, типа БМ или МБМ, оксидные конденсаторы С2-С4 — К50-6. Постоянные резисторы - МЛТ-0,25 (R38 - R41) и МЛТ-0,5 (R42) , переменный R37 - СП-I, подстроенные R1-R36 -любого типа, но возможно меньших размеров (например, СПЗ-1а, СПЗ-16). Резисторы R1-R12 должны быть сопротивлением 2,2 кОм, R13-R24 - 1 кОм, R25-R36 - 470 Ом. Можно вообще обойтись без подстроенных резисторов, заменив их постоянными. Но в этом случае сопротивление каждого резистора придется предварительно определить при налаживании конструкции, затем впаять в плату (если резисторы предполагается смонтировать на общей плате). Правда, налаживание конструкции при таком варианте усложнится.

Транзисторы МП39 можно заменить любыми другими из серий МП39—МП42, транзистор МП38 - любым из серий МП35-МП38, транзисторы П213Б -д ругими аналогичными транзисторами средней мощности (например, П213—П217, П201—П203) с возможно большим коэффициентом передачи тока. Вместо диода ДЭД подойдет другой диод этой серии, вместо Д203 — любые другие, рассчитанные на выпрямленный ток более 0,3А и обратное напряжение не менее 25 В.

Трансформатором питания служит выходной трансформатор кадровой развертки телевизора — ТВК-70А. Подойдет и другой понижающий трансформатор с переменным напряжением на обмотке II.8...11 В. Сигнальная лампа HL1 т- на напряжение 12 В. Выключатель Q1 —тумблер, но возможно использование выключателя, спаренного с переменным резистором регулировки громкости. Разъем ХР 1 —сетевая вилка.

Динамическая головка ВА 1 — типа 1 ГД-40, но лучшие результаты получатся с головкой большей мощности — 3—4 Вт. Звуковая катушка головки должна быть сопротивлением 5... 10 Ом. Причем наибольшую выходную мощность удастся получить с головкой, обладающей меньшим сопротивлением, — об этом не следует забывать при выборе головки.

Клавиатуру удобно применить готовую и расположить под клавишами контакты выключателей SB1 — SB36 так, чтобы контакты замыкались при нажатии на клавишу, — работа эта несложная. В качестве контактов хорошо работают пружины от электромагнитных реле, например, типа РСМ, РЭС 6 , РЭС9.

А может быть, вы захотите изготовить клавиатуру с контактной системой самостоятельно? Это не так сложно, как может показаться. Понадобится сухая древесина (желательно применять более твердые породы деревьев, например березу, клен). Из нее вырезают три (можно две) разновидности заготовок для белых клавиш и одну разновидность для черных (рис. 64) . Подсчитать общее число тех или иных заготовок нетрудно, если воспользоваться рисунком расположения клавиш одной октавы (рис. 65).

Каждую заготовку шлифуют мелкозернистой наждачной бумагой, а затем на более длинные (белые клавиши) наклеивают сверху и с широкого торца полоски белого целлулоида или такого же цвета пластмассы, более короткие (черные клавиши) покрывают черным лаком.

Собирают клавиатуру в корпусе конструкции (рис. 66). Для этого на дне корпуса устанавливают ограничительную 2 и нижнюю прижимную 8 рейки. Между рейками размещают контактные пружины 9. Против контактов и выводов пружин в дне корпуса должны быть вырезы — они позволят припаять к пружинам проводники от подстроечных резисторов и генератора, а также периодически очищать контакты.

Каждую клавишу 1 прикрепляют с помощью шарнира к нижней рейке. Роль шарнира выполняет тонкая пластина 5 из гетинакса .

Вместо гетинэкса подойдет любой эластичный материал (целлулоид, органическое стекло). Пластину приклеивают одним концом к клавише 7, а другой конец ее зажимают между верхней 7 и нижней 8 рейками шурупами, которые ввинчивают в промежутки между клавишами. Между торцом клавиши и рейкой 7 оставляют зазор 1. . .2 мм, для чего во время сборки и регулировки между клавишей и рейкой вкладывают полоску картона нужной толщины (по окончании регулировки полоску, конечно, вынимают).

Чтобы клавиша в исходном состоянии была прижата к опорной рейке 4, между концом клавиши и рейкой 7 устанавливают достаточно жесткую возвратную стальную спиральную пружину 6 (вместо нее можно применить резиновый шнур). Возвратную пружину можно расположить и в рейке 2. Для этого в рейке высверливают отверстие примерно на две трети толщины, в которое вставляют спиральную пружину, длину ее подбирают опытным путем.

К каждой клавише перед ее установкой приклеивают снизу деревянный выступ 3, а на него наклеивают пластинку из гетинакса — она меньше подвержена износу по сравнению с деревом. Выступ должен быть расположен напротив толкателя контактных пружин либо просто напротив верхней пружины группы нормально разомкнутых контактов. В любом случае при нажатии на клавишу контактные пружины должны надежно замыкаться. Чтобы при отпускании клавиш уменьшить создаваемый ими шум, на рейку 2 следует наклеить мягкий материал, например фланель.

Подстроечные резисторы R1—R36 можно смонтировать на отдельной длинной планке и расположить планку вблизи выводов контактных пружин.

Микросхему с частотозадающим конденсатором С.1, детали усилителя (кроме переменного резистора и динамической головки), параметрический стабилизатор напряжения и конденсатор фильтра С 4 монтируют на плате (рис. 67) из изоляционного материала (гетинакс , текстолит) толщиной 1 .. .1,5 мм. Мощные выходные транзисторы VT4, VT5 крепят к теплоотводящим пластинам из дюралюминия толщиной 1,5. . .2 мм и размерами 50X60 мм, а уже пластины прикрепляют винтами к плате.

Трансформатор питания и выпрямительные диоды укрепляют на другой плате (рис. 68) такой же толщины, что и первая.

Платы крепят к дну корпуса, а на лицевой стенке корпуса (рис. 69) устанавливают регулятор громкости, выключатель питания и сигнальную лампу. Динамическую головку крепят к задней стенке, которую при игре обычно обращают в сторону слушателей. В стенке вырезают отверстие напротив диффузора головки и прикрывают его декоративной решеткой. Шнур питания выводят через отверстие в задней или боковой стенке. Чтобы можно было налаживать инструмент и периодически проверять его работу, крышка корпуса должна быть съемной.

Налаживание электромузыкального инструмента начинают с проверки выпрямленного напряжения на конденсаторе С 4 — оно должно быть в пределах 9... 12 В. Затем измеряют напряжение на стабилитроне VD2 — около 5 В (оно зависит от самого стабилитрона и сопротивления резистора R42) . Если напряжение отличается более чем на 0,2 В, желательно заменить стабилитрон на другой, но такого же типа — ведь стабилитроны имеют разброс по напряжению стабилизации.

Далее нужно измерить постоянное напряжение на выходе усилителя — в точке соединения эмиттера транзистора VT4 и коллектора VT5. Это напряжение должно равняться половине напряжения питания, т.е. половине напряжения, измеренного на конденсаторе С 4 . Установить его точнее можно подбором резистора R38: при уменьшении его сопротивления напряжение возрастает и наоборот.

Только после этого следует проверить ток коллектора выходных транзисторов при отсутствии входного сигнала (так называемый ток покоя). Для этого достаточно включить миллиамперметр в цепь коллектора любого из транзисторов VT4, VT5. Наилучший режим — 20 ... 30 мА. Регулировать ток покоя можно только подбором диода VD1. Если ток значительно превышает указанное значение, подбирают диод с меньшим прямым сопротивлением или включают параллельно ему такой же диод (в той же полярности). При малом значении тока нужен диод с большим прямым сопротивлением (можно также включить последовательно с диодом резистор с небольшим сопротивлением и подобрать им нужный ток).

Генератор тока, как правило, начинает работать сразу после подачи питания и нажатия любой из клавиш. Переменным резистором R37 устанавливают желаемую громкость.

Следующий этап — подбор сопротивлений резисторов R1 — R36. Вначале их движки следует установить в нижнее (по схеме) положение, т.е. полностью ввести сопротивления резисторов. Нажав клавишу с контактами SB1, перемещением движка резистора R1 добиваются частоты генератора, соответствующей тону "до" первой октавы. Образцовым инструментом при этом может быть рояль, баян, аккордеон. Еще лучше налаживать генератор с помощью электронного частотомера — его подключают параллельно выводам переменного резистора R37. Тогда при нажатии клавиши с контактами SB1 резистором R1 устанавливают частоту 261,63 Гц.

Нажимая последующие клавиши, устанавливают подстроечными резисторами нужные частоты генератора. Они должны соответствовать следующим значениям: 277,18 Гц ("до-диез" - резистор R2) , 293,66 Гц ("ре" - R3), 311,13 Гц ("ре-диез" - R4), 329,63 Гц ("ми" - R5) , 349,23 Гц ("фа" - R6), 369,99 Гц ("фа-диез" - R7), 392 Гц ("соль" - R8), 415,3 Гц ("соль-диез" - R9), 440 Гц ("ля" -R10), 466,16 Гц ("си-бемоль" - R11), 493,88 Гц ("си" - R12) , и далее аналогичным нотам второй и третьей октав — 523,25 Гц (R13), 554,37 Гц (R14), 587,33 Гц (R15), 622,25 Гц (R16), 659,26 Гц (R17), 698,46 Гц (R18) , 739,99 Гц (R19), 783,99 Гц (R20), 830,61 Гц (R21), 880 Гц (R22), 932,33 Гц (R23), 987,77 Гц (R24), 1046,5 Гц (R25), 1108,73 Гц (R26), 1174,66 Гц (R27), 1244,51 Гд (R28) , 1318,51 Гц (R29), 1396,91 Гц (R30), 1479,98 Гц (R31), 1567,98 Гц (R32), 1661,22 Гц (R33), 1760 Гц (R34) , 1864,66 Гц (R35), 1975,53 Гц (R36).

Если вы все же решили применить в инструменте не подстроечные , а постоянные резисторы, порядок настройки несколько изменяется. Вначале при нажатии соответствующей клавиши включают в цепь ее контактов подстроечный резистор, например, сопротивлением 2,2 кОм и устанавливают им нужную частоту генератора. Затем возможно точнее измеряют получившееся сопротивление и подбирают постоянный резистор с таким сопротивлением — его и впаивают в конструкцию.

Добиваться указанной высокой точности частоты генератора совсем не обязательно — ведь это не профессиональный инструмент, а игрушка. Достаточно получить округление до целых или десятых единиц герца.

Инструмент можно значительно упростить в конструктивном отношении, если использовать всего две или даже одну октаву. Тогда упростится клавиатура, понадобится меньшее число подстроечных резисторов, да и сам корпус станет более компактным. Если же при таком решении ограничиться и менее мощным усилителем звуковой частоты, можно построить малогабаритную музыкальную шкатулку, использовав в ней кнопочные микропереключатели и одну-две батареи 3336 в качестве источника питания.