Настройка звуковых генераторов с помощью осциллографа

Стремясь приобщить юных техников к осмысленному усвоению основ радиоэлектроники, следует знакомить их с измерительной техникой с самых первых работ. Все эксперименты с радиокубиками ребята проводят с миллиамперметрами на ток 1...10...100 мА. Ими контролируют ток, потребляемый всем устройством, а также его отдельными цепями. Ребята умеют пользоваться прибором Д ля проверки транзисторов, различными тестерами, генератором звуковой частоты.

Но с особым увлечением они занимаются с осциллографом. Эти занятия строятся так, чтобы у кружковцев сложилось твердое убеждение, что без измерений никакая серьезная техническая работа невозможна.

Например, ребятам должно быть известно, что, взяв два генератора низкой частоты (рис. 3.19), один из которых работает на частоте около 0,2...2 Гц, а второй генерирует напряжение частотой 600...800 Гц, и соединив, их, как показано на блок-схеме, можно получить имитацию голосов различных животных и другие звуковые эффекты. Каждый из кружковцев убеждается в том, что на экране можно увидеть мяуканье кошки, лай собаки, кудахтанье курицы, пение птицы. Для этого достаточно помяукать или залаять в микрофон, подключенный ко входу осциллографа.

Рис. 3.19. Блок-схема генератора и временные диаграммы

Мяукать и лаять умеет каждый, но иногда для уверенности к осциллографу тащат кошек и собак, обитающих в лагере. Оказывается, что различные голоса выглядят на экране совсем по-разному и, как. п равило, состоят из сочетания синусоидальных колебаний нескольких частот (рис. 3.20).

Посмотрим, как можно получить такие звуки с помощью наших генераторов и осциллографа.

Первый генератор (более низкочастотный) работает на RС-цепочку с определенной постоянной времени. После включения он генерирует импульсы, близкие по форме к прямоугольным (1) (см. рис. 3.19).

На рис. 3.19 показаны временные диаграммы работы устройства, а на рис. 3.21 — принципиальная схема генератора мяу, работу которого мы наблюдаем на осциллографе. Конденсатор С 1 (см. рис. 3,19) заряжается и разряжается по закону, соответствующему кривой 2. С началом импульса первого генератора (момент времени tt ) напряжение на конденсаторе С 1 начинает возрастать. В момент t2 отрицательное напряжение, на конденсаторе С 1 достигает значения, достаточного для возникновения генерации второго генератора, который до этого не работал. С момента времени t2 начинает работать второй генератор, выдавая синусоидальное напряжение с частотой около 600...800 Гц.

Рис. 3.20. Эпюры напряжений генераторов, имитирующих голоса животных:

1 — мяуканье кошки; 2 — лай собаки; 3 — кудахтанье курицы

Амплитуда колебаний второго генератора возрастает по мере роста отрицательного напряжения на конденсаторе С 1 . Это продолжается до момента времени t3, то есть до тех пор, пока длится импульс, поступающий от первого генератора.

По окончании импульса конденсатор С1 разряжается и отрицательное напряжение на нем уменьшается (кривая 2 на. р ис. 3.19). Это приводит к тому, что амплитуда колебаний второго генератора с момента времени t3 тоже становится меньше. Так продолжается до тех пор, пока напряжение на конденсаторе С 1 не достигнет значения, при котором второй генератор прекращает работу (момент  t ₄ на рис. 3.19). Как только с первого генератора на конденсатор С 1 поступит очередной прямоугольный импульс (момент t΄₁  на рис. 3.19), весь процесс повторится.

Принципиальная схема генератора, имитирующего мяуканье кошки, изображена на рис. 3.21. Первый генератор, выдающий прямоугольные импульсы с частотой 0,2. Гц, собран на транзисторах VI и V2 по схеме несимметричного мультивибратора. Несимметричным этот мультивибратор назван потому, что время пауз между импульсами, создаваемыми генератором, не равно длительности импульса.

Генерируемые мультивибратором прямоугольные импульсы отрицательной полярности через резистор R5 поступают на конденсатор СЗ и заряжают его, причем рост напряжения на конденсаторе происходит по закону, изображенному кривой 2 на рис. 3.19. Напряжение, сформированное на конденсаторе СЗ, через резистор R8 поступает на базу транзистора V3, на котором собран второй генератор, работающий с частотой 800 Гц. При отсутствии напряжения от первого генератора на конденсаторе СЗ смещение на базе транзистора V3 настолько мало, что генерация второго генератора невозможна. Второй генератор собран по R С-схеме . Фазовращающей цепью, необходимой для создания условий возникновения колебаний, служат конденсаторы С4—С6 и резисторы R6, R7.

Примерно такая же структура и у схемы генератора лая (см , рис. 3.11).

Генератор курица имеет довольно сложную схему (рис. 3.22), но прост в наладке. Эпюры напряжений в этом устройстве показаны на рис. 3.24, а структурная схема — на рис. 3.23. Подобные генераторы могут найти применение в аттракционах, устройствах сигнализации, игровых автоматах, часах-будильниках, различных игрушках.

Источником звука служит управляемый генератор синусоидальных колебаний ГНЧ. Генератор работает на частотах в диапазоне 2...2,5 кГц. Прерывистость звуков куд-куд-куд достигается путем периодического отключения ГНЧ мультивибратором МВ 2 с частотой 4...5 Гц. При этом другой мультивибратор (МВ 1 ) дает разрешение на работу мультивибратору МВ2. Так как звук куд-куд-куд должен по частоте быть значительно ниже последующего звука да-а , то одновременно МВ 1 производит коммутацию соответствующих элементов ГНЧ, обеспечивающих требуемую частоту. По истечении 2...2,5 с, когда звуки куд-куд-куд должны заканчиваться, происходит переключение МВ 1 . На МВ 2 от МВ1 поступает сигнал запрета его работы, ГНЧ переходит в режим непрерывной генерации, а его частота под действием МВ.1 увеличивается. Возникает звук да-а .

Рис. 3.21. Схема генератора мяу

Рис. 3.22. Принципиальная схема генератора

Для большего сходства с криком курицы необходимо, чтобы после окончания звука да следующий цикл, начинающийся опять со звуков куд-куд-куд , наступал после некоторой паузы (0,5...0,6 с). С этой целью в устройство вводится узел паузы УП. Во время звучания куд-куд УП заперт сигналом от МВ 1 и никакого влияния на работу ГНЧ не оказывает. Когда же звучит да, на выходе 2 МВ 1 появляется напряжение.

На выходе УП вначале имеется напряжение, которое не препятствует работе ГНЧ. Но по истечении 0,3...0,4 с в результате процессов, происходящих в УП, это напряжение скачком падает почти до нуля. ГНЧ запирается и прекращает работу еще до переключения МВ 1 . Возникает пауза. По окончании ее МВ 1 переключается, УП возвращается в исходное состояние, звучит куд-куд-куд , и далее цикл повторяется.

Изменяя номиналы конденсаторов и резисторов в схеме различных генераторов, можно продемонстрировать кружковцам на экране осциллографа все тонкости наладки этих устройств. Обычно в результате занятий с осциллографом ребята хорошо усваивают назначение и работу частото-задающих цепей и уверенно манипулируют их параметрами.