用于 EMP 的音调发生器。方案、说明

EMP 音调发生器。无线电电子电气工程百科全书

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具有单音频发生器的多语音 EMP 已被证明是可靠且实用的设备。然而，由于其中使用的发电机的特殊性，它们的功能通常无法完全实现。通常，音调发生器是基于高度稳定的石英谐振器或 RC 电路构建的。在这种情况下，电子频率控制要么被排除，要么极其困难[1]。

下面描述的设备是压控音调发生器。控制信号取自各种驱动器和 EMP 控制装置。这些可以是频率颤音发生器、包络发生器（用于自动调音变化）、手动或脚踏（踏板）控制的滑音调节器（调音滑动）。

发电机的特点包括工作频率高。数字微电路的使用使得实现相对简单且廉价的 VCO 成为可能，其工作频率高达 7,5 ... 8 MHz（图 1）。对于大多数具有等律音阶的数字音调发生器（通常由 12 个具有不同音程转换因子的相同计数器组成），需要 1 ... 4 MHz 内的时钟（引导）频率。因此，发生器的特性必须能够在这些频率限制内提供必要的线性度。

用于 EMP 的音调发生器
图。 1

发生器的工作原理是基于由两个封闭在环中的相同压控整形器形成持续时间调节的脉冲。因此，一个整形器输出处的脉冲衰减会导致另一个整形器输出处出现下一个脉冲的前端，依此类推。该设备的操作如图 2 所示的时序图所示。 XNUMX.

用于 EMP 的音调发生器
图。 2

直到t0时刻，控制电压为零。这意味着在点 A 和 B 处已建立逻辑 0 电平的信号，因为元件 DD1.1 和 DD1.2 的流出输入电流（不超过约 1,6 mA）通过公共线闭合电阻R1和R2以及一个小的输出控制电压源电阻。此时反相器DD1.1和DD1.2的输出为电平1，因此元件DD1.3和DD1.4上的RS触发将被任意设置在稳定状态之一。为了明确起见，假设直接输出（根据方案为上部）的信号为 1，反向输出的信号为 0。

当t0时刻控制输入端出现一定的正电压时，电流将流过电阻R1和R2。在这种情况下，在 A 点，电压将保持接近于零，因为流过电阻器 R1 的电流通过 VD1 二极管的低电阻和 DD1.4 元件的输出电路流向公共线。在B点，电压将上升，因为二极管VD2被来自元件DD1.3的输出的高电平关闭。通过电阻器 R2 的电流将在一定时间内将电容器 C2 充电至 1,1 ... 1,4 V，具体时间取决于电容器 C2 的电容、电阻器 RXNUMX 的电阻以及控制电压的值。增加 Uynp 会增加电容器的充电速率，并在更短的时间内充电到相同水平。

一旦 B 点的电压达到元件 DD1.2 的开关阈值，其输出将被设置为电平 0，这将切换 RS 触发器。此时正向输出为0电平，反相输出为1电平，这会导致电容C2快速放电，电压下降，电容C1开始充电。结果，触发器将再次切换，整个循环将重复。

控制电压的增加（时间段t1...t2，图2）导致电容器的充电电流增加和振荡周期减少。这就是控制发电机振荡频率的方法。 TTL 元件产生的输入电流被添加到控制电压源的电流中，这允许您扩展控制信号的限制，因为电阻器 R1 和 R2 的电阻较高，即使在 Uynp= 时也可以维持发电。 0。但该电流具有温度不稳定的特点，影响了发电频率的稳定性。在一定程度上，可以通过使用具有正TKE的电容器C1和C2来增加发电机的温度稳定性，这将补偿当元件DD1.1和DD1.2失控流出输入电流的增加。温度变化。

振荡周期不仅取决于电阻器R1和R2的电阻以及电容器C1和C2的电容，还取决于许多其他因素，因此准确评估周期是困难的。如果我们忽略元件DD1.1-DD1.4中信号的时间延迟，并取其逻辑电压值为0，以及二极管VD1和VD2的阈值电压等于0，则生成器可以用以下表达式来描述：T2=0t2=XNUMXRC*ln((IеR +Ucontrol)/(IеR+Ucontrol-Usp))，在求解微分方程的基础上得到：

dUc/dt = Ie/C + (Uupr-Us)/(RC),

其中 R 和 C 是定时电路的额定值； Uc——电容器C两端的电压； Usp——电压Uc的最大（阈值）值； Uynp——控制电压； Ie——TTL元件输入漏电流的平均值； t0——脉冲持续时间； T0——振荡周期。计算表明，这些公式中的第一个与Uynp>=Usp时的实验数据非常吻合，同时选择了平均值：Ie=1,4 mA； Usp = 1,2 V。此外，基于同一微分方程的分析，我们可以得出以下结论：

(IеR+Ucontrol)/(IеR+Ucontrol-Usp)>0,

即，如果 IеR/(IеR-Usp)>0，则当 Uynp≥0 时设备可运行；该结论通过装置的实验验证得到了证实。然而，当 Ucontrol ≥ Usp = 1,2..1,4 V（即在 0,7...4 MHz 频率范围内）时，可以实现 VCO 操作的最大稳定性和精度。

用于和弦EMR或EMC的音调发生器的实用电路如图3所示。 0,55. 工作频率限制（Ucontrol ≥ 8...0,3 V 时）- 4,8...0,3 MHz。控制特性的非线性（频率在4 ... 5 MHz范围内）不超过XNUMX%。

米。 3（点击放大）

输入 1 接收来自包络发生器的信号，用于自动控制声音频率滑差。通过微不足道的调制深度（音调的 5 ... 30%），可以模仿低音吉他以及其他弹拨乐器和打击乐器的声音色调，其中音调的高度提取时的声音数量与正常值略有偏差（通常在声音发作期间突然上升，然后迅速下降到正常值）。

输入 2 由手动或踏板滑音控制器提供恒定控制电压。该输入仅用于在两个八度内调整或改变（移调）琴键，以及沿着模仿单簧管、长号或声音等的和弦或音调声音的音高滑动。

输入 3 由颤音发生器提供正弦波、三角波或锯齿波信号。可变电阻器 R4 将颤音的电平调节在 0 ... + -0,5 音调范围内，并且当 SA1 开关闭合时将频率偏差的电平调节到 + -1 倍频程或更多。在高调制频率 (5 ... 11) Hz) 和 + -0,5 ... 1,5 八度音程的深度下，音调声音会失去其音乐品质，并获得类似于风扇叶片的沉闷轰鸣或沙沙声的噪声信号特征。通过低频（0,1...1 Hz）和相同的深度，可以实现非常丰富多彩且富有表现力的效果，类似于尤克里里的“浮动”声音。

来自音调发生器输出的信号必须馈送到等律音阶信号的数字整形器的输入。

运算放大器DA1上装有一个控制信号有源加法器。来自加法器输出的信号被馈送到VCO的输入，该VCO是在逻辑元件DD1.1-DD1.4上产生的。除了VCO之外，该装置还包含组装在元件DD2.1、DD2.2上的示例性石英振荡器，以及DD3微电路的触发器上的两个倍频程分频器的电路。由该发生器计时。发生器和触发器形成频率为 500 kHz、1 和 2 MHz 的三个示例性信号。这三个信号和来自 VCO 输出的信号被馈送到组装在集电极开路元件 DD4.1-DD4.4 上的电子开关的输入。

这些开关由开关 SA2-SA5 控制，具有公共负载 - 电阻器 R13。元件的输出电路形成具有逻辑或功能的装置。当其中一个开关将其时钟信号传递到输出时，其余开关从开关闭合为低电平。从元件DD3.1的输出中去除用于施加到D触发器DD3.2和DD2的R输入以及开关SA5-SA2.4的触点的高电平。

带分频器的石英振荡器起辅助作用，主要用于 VCO 的操作调整或“引导”仪器处于“风琴”模式，而开关 SA3、SA4、SA5（“4'”、“8'” ", "16'" ) 允许您分别将 EMP 系统从最低音域向上移动一个和两个八度。当然，在这种情况下，声音的音调不能进行调整或改变。

发生器的缺点包括相对较低的温度稳定性（在这种情况下这并不重要 [2]），以及 VCO 的控制特性在范围边缘处的显着非线性，特别是在较低的频率下。发电机的工作范围。

上图。图4示出了通过实验获得的发电频率对控制电压的依赖性：1-对于根据图1的电路的发电机。 2, 3 - 图。 XNUMX.

用于 EMP 的音调发生器
图。 4

该器件组装在厚度为 1,5 毫米的箔玻璃纤维制成的印刷电路板上。

K155系列芯片可替换为K130、K133系列同类芯片； K553UD1A - 在 K553UD1V、K553UD2、K153UD1A、K153UD1V、K153UD2 上。您可以使用具有任何字母索引的该系列二极管来代替 D9B，以及 D2V、D18、D311、GD511A。例如，电容器 C4 和 C5 最好选择具有正 TKE 的电容器。 KT-P210。 KPM-P120、KPM-P33、KS-P33、KM-P33、K10-17-P33、K21U-2-P210、K21U-3-P33。电容器 C7、C10、C11 - K50-6。

应特别注意设备的仔细屏蔽。输出导线必须绞合成节距为 10..30 mm 的软线。

正确安装的音频发生器不需要调整，并且在连接电源后立即开始工作。 VCO 输入处的控制电压不应超过 8 ... 8,2 V。发生器的频率稳定性会受到 5 V 电源电压变化的不利影响，因此必须由具有高稳定系数的电源供电。

文学

五、别斯帕洛夫。用于和弦 EMR 的分频器。 - 电台，1980 年，第 9 期。
洛杉矶库兹涅佐夫。电磁辐射的理论、设计、生产和修复基础知识。 - M.：轻工和食品工业。 1981年。

作者：I.Baskov，加里宁地区波洛斯卡村

增加

I. Baskov 的文章“EMP 音调发生器”（“Radio”，1987 年，第 5 期，第 48-50 页）中描述了一种简单的电压控制发生器，重复使用后发现有明显的缺点：控制特性的显着非线性、微电路电源电压和环境温度的大频率依赖性波动。主要缺点是发电机励磁不良。发生这种情况的原因是，当电源打开时，元件 DD1.1 和 DD1.2 的输入端会同时出现高电平电压（参见指定文章的图 1），并且会出现低电压。出现在他们的输出中。 RS 触发器输入端的低电平电压组装在元件 DD1.3 和 DD1.4 上，当其直接（引脚 6）和反向（引脚 8）输出为高，此时发电机不励磁。

该缺点可以通过同样根据RS触发器电路包括元件DD1.1和DD1.2来消除。那么，在这些元件的输入端，不能同时建立高电平电压，发电机很容易被励磁。

具有最佳特性的发电机图如图 1 所示。 1.1、a. 元件 DD1.2 和 DD1（包括 RS 触发器）与电容器 C2 和 C1 一起是具有电容反馈的线性变化电压发生器。由于通过电容器 C2 和 CXNUMX 进行反馈，控制特性在产生的振荡的整个范围内都是线性的。反馈还减少了频率对微电路电压和环境温度的依赖性。

用于 EMP 的音调发生器
图。 1

图 1 中显示了说明此类发生器操作的时序图。 1.3b. 电源接通后，元件DD1.4和DD2上的RS触发器将被任意设置为稳定状态之一。例如，假设在其直接输出处建立了高电平信号，在其反相输出处建立了低电平信号。因此，只有电容器C1.2有机会充电，并且在元件DD1的输出处形成线性下降的电压（图1.4中的Uv，b）。当发生器B点电压达到元件DD2的开关阈值时，RS触发器将切换到另一个稳定状态。现在，在其直接输出处将出现低电平信号，而在反相输出处将出现高电平信号，并且电容器C2通过VD1.3二极管和DDXNUMX元件快速放电。

类似地，电容器C1被充电。结果，RS触发器将切换到其原始状态，并且整个周期将重复。

控制电压的变化导致发电机电容器的充电电流及其振荡周期的变化。这就是控制发电机振荡频率的方法。当控制电压从 0 变化到 8 V（R1→R2→2 kOhm；C1→C2→150 pF）时，振荡频率将在 0,25 ... 4 MHz 范围内。

如果代替控制电压Ucontrol，向电阻器R1和R2提供微电路的电源电压，则将获得发生器，其中在正向和反向输出端以及在元件DD1.1的输出端形成矩形脉冲.1.2 和 DD1 - 具有较小非线性系数的线性变化电压（图 1b 中的 UA 和 UB）。如果电阻器R2和R2的电阻约为5kOhm，则将获得频率对微电路的电源电压的最小依赖性。当电源电压变化+-0,1%时，频率变化+-0,05%。温度不稳定——约XNUMX%/℃。

所提出的用于控制发生器振荡频率（周期）的方法可用于控制脉冲的持续时间。上图。图2a是等待多谐振荡器的示意图，其输出脉冲的持续时间是通过改变控制电压Ucontrol来调节的。该装置的工作原理如下。在初始状态下，RS触发器的直接输出为低电压，反相输出为高电压。触发脉冲是低电平信号，将 RS 触发器切换到稳定的单一状态。电容器C1正在充电。 DD1.1 元件的输出端形成线性下降的电压。当达到元件DD1.3的开关阈值时，RS触发器进入初始状态。

用于 EMP 的音调发生器
图。 2

该多谐振荡器的一个显着特征是能够生成持续时间大于输入脉冲周期（图 2b 中的 t3 - t2）的脉冲。输出脉冲的持续时间取决于电阻器R1的电阻、电容器C1的电容和控制电压的值。当控制电压从 0 变化到 8 V（R1 = 2 kOhm；C1 = 330 pF）时，输出脉冲的持续时间在 5 ... 0,2 µs 内变化。

这里描述的发生器和多谐振荡器可用于电压转换器、测量仪器、EMI 和许多其他无线电工程设备。

作者：A.Ignatenko，叶卡捷琳堡

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