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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Gerador de tons para EMP. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Músico Os EMPs multi-voz com um gerador de tom único já provaram ser dispositivos práticos e confiáveis. No entanto, suas capacidades muitas vezes não são totalmente realizadas devido às peculiaridades dos geradores usados nelas. Como regra, um gerador de tom é construído com base em um ressonador de quartzo altamente estável ou circuitos RC. Neste caso, o controle eletrônico de frequência é excluído ou extremamente difícil [1]. O dispositivo descrito abaixo é um gerador de tom controlado por tensão. O sinal de controle é obtido de vários drivers e controles EMP. Estes podem ser geradores de vibrato de frequência, geradores de envelope (para mudança de afinação automática), reguladores de glissando (deslizamento de afinação) com controle manual ou de pé (pedal). As características do gerador incluem uma alta frequência de operação. O uso de um microcircuito digital possibilitou a implementação de um VCO relativamente simples e barato com frequência operacional de até 7,5 ... 8 MHz (Fig. 1). Para a maioria dos geradores de tons digitais com uma escala musical de temperamento igual, geralmente consistindo de 12 contadores idênticos com diferentes fatores de conversão de intervalo, é necessária uma frequência de clock (avançada) dentro de 1 ... 4 MHz. Portanto, as características do gerador devem ser tais que forneçam a linearidade necessária dentro desses limites de frequência.
O princípio de operação do gerador é baseado na formação de pulsos regulados em duração por dois modeladores idênticos controlados por tensão fechados em um anel. Assim, o decaimento do pulso na saída de um modelador causa o aparecimento da frente do próximo pulso na saída de outro, e assim por diante.O funcionamento do dispositivo é ilustrado pelos diagramas de temporização mostrados na fig. 2.
Até o momento t0, a tensão de controle é zero. Isso significa que nos pontos A e B foi estabelecido um sinal com nível lógico 0, pois a corrente de entrada de saída dos elementos DD1.1 e DD1.2 (não excede aproximadamente 1,6 mA) é fechada a um fio comum através de resistores R1 e R2 e uma pequena resistência de fonte de tensão de controle de saída. A saída dos inversores DD1.1 e DD1.2 neste momento é nível 1, então o gatilho RS nos elementos DD1.3 e DD1.4 será definido arbitrariamente em um dos estados estáveis. Suponha que a saída direta (superior de acordo com o esquema) tenha um sinal de 1 e a inversa tenha um sinal de 0. Quando uma certa tensão positiva aparece na entrada de controle no momento t0, uma corrente fluirá pelos resistores R1 e R2. Nesse caso, no ponto A, a tensão ficará próxima de zero, pois a corrente pelo resistor R1 flui para o fio comum através da baixa resistência do diodo VD1 e do circuito de saída do elemento DD1.4. No ponto B, a tensão aumentará, pois o diodo VD2 está fechado por um nível alto da saída do elemento DD1.3. A corrente através do resistor R2 carregará o capacitor C2 para 1,1 ... 1,4 V em um tempo que depende de sua capacitância, da resistência do resistor R2 e do valor da tensão de controle. Aumentar Uynp aumenta a taxa de carga do capacitor e ele carrega para o mesmo nível em menos tempo. Assim que a tensão no ponto B atingir o limite de chaveamento do elemento DD1.2, sua saída será setada para o nível 0, o que chaveará o flip-flop RS. Agora a saída direta será nível 0 e a saída inversa será 1. Isso levará a uma descarga rápida do capacitor C2 e a uma diminuição da tensão, e o capacitor C1 começará a carregar. Como resultado, o gatilho mudará novamente e todo o ciclo será repetido. Um aumento na tensão de controle (período de tempo t1...t2, Fig. 2) leva a um aumento na corrente de carga dos capacitores e uma diminuição no período de oscilação. É assim que a frequência de oscilação do gerador é controlada. A corrente de entrada resultante dos elementos TTL é adicionada à corrente da fonte de tensão de controle, o que permite expandir os limites do sinal de controle, pois com alta resistência dos resistores R1 e R2, a geração pode ser mantida mesmo em Uynp= 0. No entanto, esta corrente é caracterizada pela instabilidade de temperatura, o que afeta a estabilidade da frequência de geração. Até certo ponto, é possível aumentar a estabilidade de temperatura do gerador usando os capacitores C1 e C2 com um TKE positivo, o que compensará o aumento da corrente de entrada de saída não controlada dos elementos DD1.1 e DD1.2 quando o mudanças de temperatura. O período de oscilação depende não apenas da resistência dos resistores R1 e R2 e da capacitância dos capacitores C1 e C2, mas também de muitos outros fatores, portanto, uma avaliação precisa do período é difícil. Se negligenciarmos os atrasos dos sinais nos elementos DD1.1-DD1.4 e tomarmos o valor de sua tensão lógica 0, bem como a tensão limite dos diodos VD1 e VD2 iguais a zero, então a operação do gerador pode ser descrito pela expressão: T0=2t0=2RC*ln((IåR +Ucontrol)/(IåR+Ucontrol-Usp)), obtido com base na resolução da equação diferencial: dUc/dt = Ie/C + (Uupr-Us)/(RC), onde R e C são as classificações dos circuitos de temporização; Uc - tensão no capacitor C; Usp - valor máximo (limiar) da tensão Uc; Uynp - tensão de controle; Ou seja - o valor médio da corrente de fuga de entrada do elemento TTL; t0 - duração do pulso; T0 - período de oscilação. Os cálculos mostram que a primeira dessas fórmulas concorda muito precisamente com os dados experimentais em Uynp>=Usp, enquanto os valores médios foram escolhidos: Ou seja=1,4 mA; Usp = 1,2 V. Além disso, com base na análise da mesma equação diferencial, podemos concluir que (IеR+Ucontrol)/(IеR+Ucontrol-Usp)>0, ou seja, se IеR/(IеR-Usp)>0, então o dispositivo está operacional quando Uynp≥0; Esta conclusão é confirmada pela verificação experimental do dispositivo. No entanto, a maior estabilidade e precisão da operação do VCO pode ser alcançada com Ucontrol ≥ Usp = 1,2..1,4 V, ou seja, na faixa de frequência de 0,7...4 MHz. Um circuito prático de um gerador de tom para EMR polifônico ou EMC é mostrado na fig. 3. Limites de frequência operacional (em Ucontrol ≥ 0,55...8 V) - 0,3...4,8 MHz. A não linearidade da característica de controle (em uma frequência dentro de 0,3 ... 4 MHz) não excede 5%.
A entrada 1 é alimentada com um sinal de um gerador de envelope para controle automático do desvio da frequência do som. Com uma leve profundidade de modulação (5 ... 30% do tom), consegue-se uma imitação dos tons do som de um baixo, bem como de outros instrumentos dedilhados e de percussão, em que a altura da entonação de os sons no momento em que são extraídos desviam-se ligeiramente da norma (geralmente aumenta abruptamente durante o ataque do som e depois diminui rapidamente para o seu valor normal). A entrada 2 é fornecida com uma tensão de controle constante de um controlador de glissando manual ou de pedal. Esta entrada serve apenas para ajustar ou alterar (transpor) a tonalidade em duas oitavas, bem como para deslizar na afinação de acordes ou sons tonais que imitam, por exemplo, o timbre de um clarinete, trombone ou voz. A entrada 3 é alimentada por um gerador de vibrato com sinal senoidal, triangular ou dente de serra. O resistor variável R4 regula o nível de vibrato dentro de 0 ... + -0,5 tons, bem como o nível de desvio de frequência até + -1 oitava ou mais quando a chave SA1 está fechada. Com uma alta frequência de modulação (5 ... 11) Hz) e uma profundidade de + -0,5 ... 1,5 oitavas, os sons tonais perdem suas qualidades musicais e adquirem o caráter de um sinal de ruído semelhante a um rugido surdo ou farfalhar das pás do ventilador . Com uma frequência baixa (0,1...1 Hz) e a mesma profundidade, consegue-se um efeito muito colorido e expressivo, semelhante ao som "flutuante" de um ukulele. O sinal da saída do gerador de tom deve ser alimentado à entrada do modelador digital dos sinais de escala musical de temperamento igual. Um adicionador ativo de sinais de controle é montado no amplificador operacional DA1. O sinal da saída do somador é alimentado na entrada do VCO, que é feito nos elementos lógicos DD1.1-DD1.4. Além do VCO, o dispositivo contém um oscilador de quartzo exemplar montado nos elementos DD2.1, DD2.2, bem como um circuito de dois divisores de frequência de oitava nos gatilhos do microcircuito DD3. cronometrado por este gerador. O gerador e os gatilhos formam três sinais exemplares com frequência de 500 kHz, 1 e 2 MHz. Esses três sinais e o sinal da saída do VCO são alimentados para a entrada das chaves eletrônicas montadas nos elementos de coletor aberto DD4.1-DD4.4. Esses interruptores, controlados pelos interruptores SA2-SA5, possuem uma carga comum - resistor R13. Os circuitos de saída dos elementos formam um dispositivo com uma função OU lógica. Quando uma das chaves passa seu sinal de clock para a saída, as demais são fechadas em nível baixo das chaves. Um alto nível para aplicação nas entradas R dos flip-flops D DD3.1 e DD3.2 e nos contatos das chaves SA2-SA5 é removido da saída do elemento DD2.4. Um oscilador de quartzo com divisores de frequência desempenha um papel auxiliar e serve principalmente para o ajuste operacional do VCO ou "conduz" o instrumento no modo "Organ", enquanto as chaves SA3, SA4, SA5 ("4'", "8' ", "16'" ) permitem que você mude o sistema EMP, respectivamente, do registro mais baixo em uma e duas oitavas para cima. Nesse caso, é claro, não pode haver ajuste ou alteração na altura dos sons. As desvantagens do gerador incluem uma estabilidade de temperatura relativamente baixa, que neste caso não é de grande importância [2], e uma significativa não linearidade da característica de controle do VCO nas bordas da faixa, especialmente nas frequências mais baixas do faixa de operação do gerador. Na fig. 4 mostra a dependência tomada experimentalmente da frequência de geração na tensão de controle: 1 - para o gerador de acordo com o circuito da fig. 1, 2 - fig. 3.
O dispositivo é montado em uma placa de circuito impresso feita de fibra de vidro com espessura de 1,5 mm. Os chips da série K155 podem ser substituídos por similares das séries K130 e K133; K553UD1A - em K553UD1V, K553UD2, K153UD1A, K153UD1V, K153UD2. Em vez de D9B, você pode usar diodos desta série com qualquer índice de letras, bem como D2V, D18, D311, GD511A. Os capacitores C4 e C5 são melhores para escolher com um TKE positivo, por exemplo. KT-P210. KPM-P120, KPM-P33, KS-P33, KM-P33, K10-17-P33, K21U-2-P210, K21U-3-P33. Capacitores C7, C10, C11 - K50-6. Atenção especial deve ser dada à proteção cuidadosa do dispositivo. Os condutores de saída devem ser torcidos em um cordão com passo de 10..30 mm. Um gerador de tom montado corretamente não precisa de ajuste e começa a funcionar imediatamente após a alimentação ser conectada. A tensão de controle na entrada do VCO não deve exceder 8 ... 8,2 V. A estabilidade de frequência do gerador é afetada negativamente por mudanças na tensão de alimentação de 5 V, portanto deve ser alimentado por uma fonte com alto fator de estabilização. Literatura
Autor: I.Baskov, vila de Poloska, região de Kalinin Adição Um gerador simples controlado por tensão, descrito no artigo de I. Baskov "Gerador tonal para EMP" ("Radio", 1987, nº 5, p. 48-50), quando repetido, revelou desvantagens significativas: significativa não linearidade da característica de controle, grandes flutuações de dependência de frequência da tensão de alimentação do microcircuito e da temperatura ambiente. A principal desvantagem é que o gerador é pouco excitado. Isso ocorre devido ao fato de que, ao ligar a energia, pode ocorrer simultaneamente uma tensão de alto nível nas entradas dos elementos DD1.1 e DD1.2 (consulte a Fig. 1 do artigo nomeado) e uma baixa tensão pode aparecem em suas saídas. A tensão de baixo nível nas entradas do flip-flop RS, montado nos elementos DD1.3 e DD1.4, define e mantém o gatilho em tal estado quando suas saídas direta (pino 6) e inversa (pino 8) são alto, no qual o gerador não excita. Esta desvantagem pode ser eliminada incluindo os elementos DD1.1 e DD1.2 também de acordo com o circuito flip-flop RS. Então, nas entradas desses elementos, uma tensão de alto nível não pode ser estabelecida ao mesmo tempo e o gerador é facilmente excitado. Um diagrama de um gerador com as melhores características é mostrado na fig. 1, a. Os elementos DD1.1 e DD1.2, incluídos o flip-flop RS, junto com os capacitores C1 e C2 são geradores de tensão variando linearmente com realimentação capacitiva. Graças à realimentação através dos capacitores C1 e C2, a característica de controle é linear em toda a faixa de oscilações geradas. O feedback também reduz a dependência da frequência da tensão do microcircuito e da temperatura ambiente.
Os diagramas de tempo que ilustram a operação de tal gerador são mostrados na Fig. 1b. Depois que a energia é ligada, o flip-flop RS nos elementos DD1.3 e DD1.4 será definido arbitrariamente para um dos estados estáveis. Suponha, por exemplo, que um sinal de alto nível tenha sido estabelecido em sua saída direta e um sinal de baixo nível em sua inversa. Conseqüentemente, apenas o capacitor C2 tem a oportunidade de carregar e uma tensão linearmente decrescente é formada na saída do elemento DD1.2 (Uv na Fig. 1, b). Quando a tensão no ponto B do gerador atingir o limite de chaveamento do elemento DD1.4, o flip-flop RS mudará para outro estado estável. Agora, em sua saída direta haverá um sinal de baixo nível, e no inverso - alto, e o capacitor C2 é rapidamente descarregado através do diodo VD2 e do elemento DD1.3. Da mesma forma, o capacitor C1 é carregado. Como resultado, o flip-flop RS retornará ao seu estado original e todo o ciclo será repetido. Uma mudança na tensão de controle leva a uma mudança na corrente de carga dos capacitores do gerador e no período de suas oscilações. É assim que a frequência de oscilação do gerador é controlada. Quando a tensão de controle muda de 0 a 8 V (R1 \u2d R2 \u1d 2 kOhm; C150 \u0,25d C4 \uXNUMXd XNUMX pF), a frequência de oscilação estará dentro de XNUMX ... XNUMX MHz. Se, em vez da tensão de controle Ucontrol, os resistores R1 e R2 forem alimentados com uma tensão de alimentação do microcircuito, será obtido um gerador, no qual pulsos retangulares são formados nas saídas direta e inversa e nas saídas dos elementos DD1.1 e DD1.2 - uma tensão que muda linearmente com um pequeno coeficiente de não linearidade ( UA e UB na Fig. 1b). A dependência mínima da frequência da tensão de alimentação do microcircuito será obtida se a resistência dos resistores R1 e R2 for de cerca de 2 kOhm. Quando a tensão de alimentação muda em + -5%, a frequência muda em + -0,1%. Instabilidade de temperatura - cerca de 0,05% / ° C. O método proposto para controlar a frequência (período) das oscilações do gerador pode ser utilizado para controlar a duração dos pulsos. Na fig. 2, a é um diagrama de um multivibrador em espera, cuja duração dos pulsos de saída é regulada pela alteração da tensão de controle Ucontrol. O dispositivo funciona da seguinte maneira. No estado inicial, a saída direta do flip-flop RS tem baixa tensão e a inversa tem alta tensão. Pulsos de disparo, que são sinais de baixo nível, comutam o flip-flop RS para um estado único estável. O capacitor C1 está carregando. Uma tensão linearmente decrescente é formada na saída do elemento DD1.1. Ao atingir o limite de comutação do elemento DD1.3, o flip-flop RS assume o estado inicial.
Uma característica distintiva deste multivibrador é a possibilidade de gerar pulsos cuja duração é maior que o período dos pulsos de entrada (t2 - t3 na Fig. 2b). A duração dos pulsos de saída depende da resistência do resistor R1, da capacitância do capacitor C1 e do valor da tensão de controle. Quando a tensão de controle muda de 0 a 8 V (R1 = 2 kOhm; C1 = 330 pF), a duração dos pulsos de saída muda dentro de 5 ... 0,2 μs. O gerador e o multivibrador descritos aqui podem ser usados em conversores de tensão, instrumentos de medição, EMI e muitos outros dispositivos de engenharia de rádio. Autor: A.Ignatenko, Yekaterinburg
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