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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Tongenerator für EMP. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Musiker Mehrstimmige EMPs mit einem einzigen Tongenerator haben sich bereits als zuverlässige und praktische Geräte erwiesen. Ihre Leistungsfähigkeit wird jedoch aufgrund der Besonderheiten der darin eingesetzten Generatoren oft nicht voll ausgeschöpft. In der Regel ist ein Tongenerator auf Basis eines hochstabilen Quarzresonators oder RC-Schaltungen aufgebaut. In diesem Fall ist eine elektronische Frequenzregelung entweder ausgeschlossen oder äußerst schwierig [1]. Das unten beschriebene Gerät ist ein spannungsgesteuerter Tongenerator. Das Steuersignal wird von verschiedenen Treibern und EMP-Steuerungen übernommen. Dies können Frequenzvibratogeneratoren, Hüllkurvengeneratoren (zur automatischen Stimmungsänderung), Glissandoregler (Stimmschlupf) mit manueller oder Fußsteuerung (Pedal) sein. Zu den Merkmalen des Generators gehört eine hohe Betriebsfrequenz. Durch den Einsatz einer digitalen Mikroschaltung konnte ein relativ einfacher und kostengünstiger VCO mit einer Betriebsfrequenz von bis zu 7,5 ... 8 MHz realisiert werden (Abb. 1). Für die meisten digitalen Tongeneratoren mit gleichtemperierter Tonleiter, die üblicherweise aus 12 identischen Zählern mit unterschiedlichen Intervallumrechnungsfaktoren bestehen, ist eine Taktfrequenz (Vorlauffrequenz) innerhalb von 1 ... 4 MHz erforderlich. Daher müssen die Eigenschaften des Generators so sein, dass innerhalb dieser Frequenzgrenzen die erforderliche Linearität gewährleistet ist.
Das Funktionsprinzip des Generators basiert auf der Bildung von Impulsen mit geregelter Dauer durch zwei identische, ringförmig geschlossene spannungsgesteuerte Former. Somit verursacht das Abklingen des Impulses am Ausgang eines Formers das Erscheinen der Vorderseite des nächsten Impulses am Ausgang eines anderen usw. Die Funktionsweise des Geräts wird durch die in Abb. gezeigten Zeitdiagramme veranschaulicht. 2.
Bis zum Zeitpunkt t0 ist die Steuerspannung Null. Dies bedeutet, dass an den Punkten A und B ein Signal mit einem logischen 0-Pegel aufgebaut wurde, da der abfließende Eingangsstrom der Elemente DD1.1 und DD1.2 (er überschreitet nicht etwa 1,6 mA) auf eine gemeinsame Leitung geschlossen wird Widerstände R1 und R2 und einen kleinen Widerstand der Ausgangssteuerspannungsquelle. Der Ausgang der Wechselrichter DD1.1 und DD1.2 befindet sich zu diesem Zeitpunkt auf Pegel 1, sodass der RS-Trigger an den Elementen DD1.3 und DD1.4 willkürlich in einen der stabilen Zustände versetzt wird. Nehmen Sie zur Sicherheit an, dass der direkte (laut Schema obere) Ausgang ein Signal von 1 und der inverse Ausgang ein Signal von 0 hat. Wenn zum Zeitpunkt t0 eine bestimmte positive Spannung am Steuereingang auftritt, fließt ein Strom durch die Widerstände R1 und R2. In diesem Fall bleibt die Spannung am Punkt A nahe Null, da der Strom durch den Widerstand R1 über den niedrigen Widerstand der VD1-Diode und den Ausgangskreis des DD1.4-Elements zum gemeinsamen Draht fließt. Am Punkt B steigt die Spannung an, da die Diode VD2 durch einen hohen Pegel vom Ausgang des Elements DD1.3 geschlossen wird. Der Strom durch den Widerstand R2 lädt den Kondensator C2 in Abhängigkeit von seiner Kapazität, dem Widerstandswert des Widerstands R1,1 und dem Wert der Steuerspannung in einer Zeit auf 1,4 ... 2 V auf. Durch Erhöhen von Uynp erhöht sich die Laderate des Kondensators und dieser lädt sich in kürzerer Zeit auf den gleichen Wert auf. Sobald die Spannung am Punkt B die Schaltschwelle des Elements DD1.2 erreicht, wird dessen Ausgang auf den Pegel 0 gesetzt, wodurch das RS-Flip-Flop geschaltet wird. Jetzt hat der direkte Ausgang den Pegel 0 und der inverse Ausgang den Pegel 1. Dies führt zu einer schnellen Entladung des Kondensators C2 und einem Spannungsabfall, und der Kondensator C1 beginnt sich aufzuladen. Dadurch schaltet der Auslöser erneut und der gesamte Zyklus wiederholt sich. Eine Erhöhung der Steuerspannung (Zeitraum t1...t2, Abb. 2) führt zu einem Anstieg des Ladestroms der Kondensatoren und einer Verkürzung der Schwingungsdauer. Auf diese Weise wird die Schwingfrequenz des Generators gesteuert. Der resultierende Eingangsstrom der TTL-Elemente wird zum Strom der Steuerspannungsquelle addiert, wodurch die Grenzen des Steuersignals erweitert werden können, da bei einem hohen Widerstand der Widerstände R1 und R2 die Erzeugung auch bei Uynp= aufrechterhalten werden kann 0. Dieser Strom ist jedoch durch Temperaturinstabilität gekennzeichnet, die sich auf die Stabilität der Erzeugungsfrequenz auswirkt. In gewissem Maße ist es möglich, die Temperaturstabilität des Generators durch die Verwendung von Kondensatoren C1 und C2 mit positivem TKE zu erhöhen, die den Anstieg des unkontrolliert abfließenden Eingangsstroms der Elemente DD1.1 und DD1.2 kompensieren, wenn die Temperaturänderungen. Die Schwingungsdauer hängt nicht nur vom Widerstandswert der Widerstände R1 und R2 und der Kapazität der Kondensatoren C1 und C2 ab, sondern auch von vielen anderen Faktoren, sodass eine genaue Beurteilung der Schwingungsdauer schwierig ist. Wenn wir die Zeitverzögerungen der Signale in den Elementen DD1.1-DD1.4 vernachlässigen und den Wert ihrer Logikspannung 0 sowie die Schwellenspannung der Dioden VD1 und VD2 gleich Null annehmen, dann ist der Betrieb des Der Generator kann durch den Ausdruck T0=2t0=2RC*ln((IеR +Ucontrol)/(IеR+Ucontrol-Usp)) beschrieben werden, der auf der Grundlage der Lösung der Differentialgleichung erhalten wird: dUc/dt = Ie/C + (Uupr-Us)/(RC), wobei R und C die Nennwerte der Zeitschaltkreise sind; Uc – Spannung am Kondensator C; Usp – maximaler (Schwellenwert) Wert der Spannung Uc; Uynp - Steuerspannung; Dh – der Durchschnittswert des Eingangsleckstroms des TTL-Elements; t0 - Impulsdauer; T0 - Schwingungsperiode. Berechnungen zeigen, dass die erste dieser Formeln sehr genau mit den experimentellen Daten bei Uynp>=Usp übereinstimmt, während die Durchschnittswerte gewählt wurden: Ie=1,4 mA; Usp = 1,2 V. Basierend auf der Analyse derselben Differentialgleichung können wir außerdem daraus schließen (IåR+Ucontrol)/(IåR+Ucontrol-Usp)>0, d. h. wenn IеR/(IеR-Usp)>0, dann ist das Gerät betriebsbereit, wenn Uynp≥0; Diese Schlussfolgerung wird durch die experimentelle Überprüfung des Geräts bestätigt. Dennoch kann die größte Stabilität und Genauigkeit des VCO-Betriebs mit Ucontrol ≥ Usp = 1,2..1,4 V, also im Frequenzbereich von 0,7...4 MHz, erreicht werden. Eine praktische Schaltung eines Tongenerators für polyphones EMR oder EMC ist in Abb. dargestellt. 3. Betriebsfrequenzgrenzen (bei Ucontrol ≥ 0,55...8 V) - 0,3...4,8 MHz. Die Nichtlinearität der Regelkennlinie (bei einer Frequenz im Bereich von 0,3 ... 4 MHz) beträgt nicht mehr als 5 %.
Eingang 1 erhält ein Signal von einem Hüllkurvengenerator zur automatischen Steuerung des Tonfrequenzschlupfs. Mit einer geringen Modulationstiefe (5 ... 30 % des Tons) wird eine Nachahmung der Klangschattierungen einer Bassgitarre sowie anderer Zupf- und Schlaginstrumente erreicht, bei der die Höhe der Intonation von Geräusche in dem Moment, in dem sie extrahiert werden, leicht von der Norm abweicht (normalerweise steigt er während des Einsetzens des Geräusches abrupt an und fällt dann schnell auf seinen Normalwert ab). Eingang 2 wird mit einer konstanten Steuerspannung von einem manuellen oder Pedal-Glissando-Regler versorgt. Dieser Eingang dient lediglich dazu, die Tonart innerhalb von zwei Oktaven anzupassen oder zu verändern (transponieren) sowie die Tonhöhe von Akkorden oder tonalen Klängen zu verschieben, die beispielsweise die Klangfarbe einer Klarinette, Posaune oder Stimme imitieren. Eingang 3 wird von einem Vibratogenerator mit einem Sinus-, Dreieck- oder Sägezahnsignal gespeist. Der variable Widerstand R4 regelt den Vibratopegel innerhalb von 0 ... + -0,5 Tönen sowie den Pegel der Frequenzabweichung bis zu + -1 Oktave oder mehr, wenn der Schalter SA1 geschlossen ist. Mit einer hohen Modulationsfrequenz (5 ... 11) Hz) und einer Tiefe von + -0,5 ... 1,5 Oktaven verlieren tonale Klänge ihre musikalischen Qualitäten und nehmen den Charakter eines Geräuschsignals an, das einem dumpfen Dröhnen oder Rascheln von Lüfterflügeln ähnelt . Bei niedriger Frequenz (0,1...1 Hz) und gleicher Tiefe wird ein sehr farbenfroher und ausdrucksstarker Effekt erzielt, ähnlich dem „schwebenden“ Klang einer Ukulele. Das Signal vom Ausgang des Tongenerators muss dem Eingang des digitalen Formers der gleichtemperierten Tonleitersignale zugeführt werden. Auf dem Operationsverstärker DA1 ist ein aktiver Addierer von Steuersignalen montiert. Das Signal vom Ausgang des Addierers wird dem Eingang des VCO zugeführt, der über die Logikelemente DD1.1-DD1.4 erfolgt. Zusätzlich zum VCO enthält das Gerät einen beispielhaften Quarzoszillator, der auf den Elementen DD2.1, DD2.2 aufgebaut ist, sowie eine Schaltung aus zwei Oktavfrequenzteilern an den Triggern der DD3-Mikroschaltung. von diesem Generator getaktet. Der Generator und die Trigger bilden drei beispielhafte Signale mit einer Frequenz von 500 kHz, 1 und 2 MHz. Diese drei Signale und das Signal vom VCO-Ausgang werden dem Eingang elektronischer Schalter zugeführt, die auf Open-Collector-Elementen DD4.1-DD4.4 montiert sind. Diese von den Schaltern SA2-SA5 gesteuerten Schalter haben eine gemeinsame Last – den Widerstand R13. Die Ausgangskreise der Elemente bilden ein Gerät mit logischer ODER-Funktion. Wenn einer der Schalter sein Taktsignal an den Ausgang weiterleitet, werden die übrigen Schalter von den Schaltern auf Low geschlossen. Vom Ausgang des Elements DD3.1 wird ein High-Pegel zum Anlegen an die R-Eingänge der D-Flip-Flops DD3.2 und DD2 und an die Kontakte der Schalter SA5-SA2.4 entfernt. Ein Quarzoszillator mit Frequenzteilern spielt eine Hilfsrolle und dient hauptsächlich der Betriebseinstellung des VCO oder „führt“ das Instrument in den „Orgel“-Modus, während die Schalter SA3, SA4, SA5 („4‘“, „8‘“) ", "16'" ) ermöglichen es Ihnen, das EMP-System vom tiefsten Register jeweils um eine bzw. zwei Oktaven nach oben zu verschieben. In diesem Fall kann es natürlich nicht zu einer Anpassung oder Änderung der Tonhöhe kommen. Zu den Nachteilen des Generators gehören eine relativ geringe Temperaturstabilität, die in diesem Fall nicht von großer Bedeutung ist [2], und eine erhebliche Nichtlinearität der Regelcharakteristik des VCO an den Rändern des Bereichs, insbesondere in den unteren Frequenzen des Betriebsbereich des Generators. Auf Abb. In Abb. 4 zeigt die experimentell ermittelte Abhängigkeit der Erzeugungsfrequenz von der Steuerspannung: 1 - für den Generator gemäß der Schaltung von Abb. 1, 2 - Abb. 3.
Das Gerät ist auf einer Leiterplatte aus 1,5 mm dickem Folienfiberglas montiert. Chips der K155-Serie können durch ähnliche Chips der K130- und K133-Serie ersetzt werden; K553UD1A - auf K553UD1V, K553UD2, K153UD1A, K153UD1V, K153UD2. Anstelle von D9B können Sie Dioden dieser Serie mit einem beliebigen Buchstabenindex sowie D2V, D18, D311, GD511A verwenden. Die Kondensatoren C4 und C5 sind beispielsweise besser mit einem positiven TKE zu wählen. KT-P210. KPM-P120, KPM-P33, KS-P33, KM-P33, K10-17-P33, K21U-2-P210, K21U-3-P33. Kondensatoren C7, C10, C11 - K50-6. Besonderes Augenmerk sollte auf eine sorgfältige Abschirmung des Gerätes gelegt werden. Die Ausgangsleiter müssen zu einem Kabel mit einer Steigung von 10..30 mm verdrillt werden. Ein ordnungsgemäß montierter Tongenerator muss nicht angepasst werden und beginnt sofort nach dem Anschließen der Stromversorgung zu arbeiten. Die Steuerspannung am VCO-Eingang sollte 8 ... 8,2 V nicht überschreiten. Die Frequenzstabilität des Generators wird durch Änderungen der Versorgungsspannung von 5 V negativ beeinflusst, daher muss er von einer Quelle mit einem hohen Stabilisierungsfaktor gespeist werden. Literatur
Autor: I.Baskov, Dorf Poloska, Gebiet Kalinin Zusatz Ein einfacher, spannungsgesteuerter Generator, der in dem Artikel von I. Baskov „Tonaler Generator für EMP“ („Radio“, 1987, Nr. 5, S. 48-50) beschrieben wird, erwies sich bei Wiederholung als erheblicher Nachteil: erhebliche Nichtlinearität der Steuerkennlinie, große Frequenzabhängigkeitsschwankungen von der Versorgungsspannung der Mikroschaltung und von der Umgebungstemperatur. Der Hauptnachteil besteht darin, dass der Generator schlecht erregt ist. Dies geschieht aufgrund der Tatsache, dass beim Einschalten der Stromversorgung gleichzeitig an den Eingängen der Elemente DD1.1 und DD1.2 eine hohe Spannung auftreten kann (siehe Abb. 1 des genannten Artikels) und eine niedrige Spannung erscheinen an ihren Ausgängen. Die niedrige Spannung an den Eingängen des RS-Flipflops, das auf den Elementen DD1.3 und DD1.4 aufgebaut ist, setzt den Trigger und hält ihn in einem solchen Zustand, wenn seine direkten (Pin 6) und inversen (Pin 8) Ausgänge sind hoch, bei dem der Generator nicht erregt wird. Dieser Nachteil kann beseitigt werden, indem die Elemente DD1.1 und DD1.2 ebenfalls gemäß der RS-Flip-Flop-Schaltung einbezogen werden. An den Eingängen dieser Elemente kann dann nicht gleichzeitig eine hohe Spannung aufgebaut werden und der Generator wird leicht erregt. Ein Diagramm eines Generators mit den besten Eigenschaften ist in Abb. dargestellt. 1, a. Die Elemente DD1.1 und DD1.2, einschließlich RS-Flip-Flop, bilden zusammen mit den Kondensatoren C1 und C2 Generatoren linear variierender Spannung mit kapazitiver Rückkopplung. Dank der Rückkopplung über die Kondensatoren C1 und C2 ist die Regelcharakteristik über den gesamten Bereich der erzeugten Schwingungen linear. Durch die Rückkopplung wird auch die Abhängigkeit der Frequenz von der Spannung des Mikroschaltkreises und der Umgebungstemperatur verringert.
Zeitdiagramme, die den Betrieb eines solchen Generators veranschaulichen, sind in Abb. dargestellt. 1b. Nach dem Einschalten wird das RS-Flip-Flop an den Elementen DD1.3 und DD1.4 willkürlich in einen der stabilen Zustände versetzt. Nehmen wir zum Beispiel an, dass an seinem direkten Ausgang ein Signal mit hohem Pegel und an seinem Gegenausgang ein Signal mit niedrigem Pegel angelegt wurde. Dadurch erhält nur der Kondensator C2 die Möglichkeit, sich aufzuladen, und am Ausgang des Elements DD1.2 entsteht eine linear abnehmende Spannung (Uv in Abb. 1, b). Wenn die Spannung am Punkt B des Generators die Schaltschwelle des Elements DD1.4 erreicht, wechselt das RS-Flip-Flop in einen anderen stabilen Zustand. An seinem direkten Ausgang liegt nun ein Signal mit niedrigem Pegel und am umgekehrten Ausgang ein Signal mit hohem Pegel an, und der Kondensator C2 wird schnell über die VD2-Diode und das DD1.3-Element entladen. Ebenso wird der Kondensator C1 aufgeladen. Dadurch wechselt das RS-Flip-Flop in seinen ursprünglichen Zustand und der gesamte Zyklus wiederholt sich. Eine Änderung der Steuerspannung führt zu einer Änderung des Ladestroms der Generatorkondensatoren und der Schwingungsdauer. Auf diese Weise wird die Schwingfrequenz des Generators gesteuert. Wenn sich die Steuerspannung von 0 auf 8 V ändert (R1 = R2 = 2 kOhm; C1 = C2 = 150 pF), liegt die Schwingfrequenz im Bereich von 0,25 ... 4 MHz. Wenn anstelle der Steuerspannung Ucontrol die Widerstände R1 und R2 mit einer Versorgungsspannung der Mikroschaltung versorgt werden, erhält man einen Generator, bei dem an den direkten und inversen Ausgängen sowie an den Ausgängen der Elemente Rechteckimpulse gebildet werden DD1.1 und DD1.2 – eine sich linear ändernde Spannung mit einem kleinen Nichtlinearitätskoeffizienten ( UA und UB in Abb. 1b). Die minimale Abhängigkeit der Frequenz von der Versorgungsspannung der Mikroschaltung wird erreicht, wenn der Widerstandswert der Widerstände R1 und R2 etwa 2 kOhm beträgt. Bei einer Änderung der Versorgungsspannung um + -5 % ändert sich die Frequenz um + -0,1 %. Temperaturinstabilität - ca. 0,05 %/°C. Das vorgeschlagene Verfahren zur Steuerung der Frequenz (Periode) der Schwingungen des Generators kann zur Steuerung der Dauer der Impulse verwendet werden. Auf Abb. In Abb. 2, a ist ein Diagramm eines wartenden Multivibrators, dessen Dauer der Ausgangsimpulse durch Änderung der Steuerspannung Ucontrol geregelt wird. Das Gerät funktioniert wie folgt. Im Ausgangszustand hat der direkte Ausgang des RS-Flip-Flops eine niedrige Spannung und der inverse Ausgang eine hohe Spannung. Triggerimpulse, bei denen es sich um Low-Level-Signale handelt, schalten das RS-Flip-Flop in einen stabilen Einzelzustand. Kondensator C1 wird geladen. Am Ausgang des DD1.1-Elements entsteht eine linear abnehmende Spannung. Bei Erreichen der Schaltschwelle des Elements DD1.3 nimmt das RS-Flip-Flop den Ausgangszustand ein.
Eine Besonderheit dieses Multivibrators ist die Möglichkeit, Impulse zu erzeugen, deren Dauer größer ist als die Periode der Eingangsimpulse (t2 – t3 in Abb. 2b). Die Dauer der Ausgangsimpulse hängt vom Widerstandswert des Widerstands R1, der Kapazität des Kondensators C1 und dem Wert der Steuerspannung ab. Bei einem Wechsel der Steuerspannung von 0 auf 8 V (R1 = 2 kOhm; C1 = 330 pF) ändert sich die Dauer der Ausgangsimpulse innerhalb von 5 ... 0,2 μs. Der hier beschriebene Generator und Multivibrator kann in Spannungswandlern, Messgeräten, EMI und vielen anderen Geräten der Funktechnik eingesetzt werden. Autor: A.Ignatenko, Jekaterinburg
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