Имитатор трелей сверчка

Данная схема способна примитивно имитировать трели сверчка. Её можно использовать в качестве сигнализатора, например, для напоминания включенного положения выключателя освещения в погребе и т.п

Описание

Основу схемы составляют две логические микросхемы 4011 (К561ЛА7). Каждая микросхема содержит 4 элемента 2И-НЕ.  Три мультивибратора схемы формируют импульсы различной частоты. В схеме реализован способ модуляции сигналов. При логическом суммировании импульсов с частотами в разы отличающимися друг от друга, получаются пачки импульсов. Подобрав частоты генераторов, можно добиться сигнала, воспроизведение которого акустическим излучателем напоминает трели сверчка.

Схема

схема имитатора трелей сверчка
Рисунок 1. Схема имитатора трелей сверчка на двух микросхемах HEF4011.

На рисунке 1 показана схема имитатора трелей сверчка.

На парах логических элементов 2И-НЕ собраны три генератора. Первый генератор на элементах DD1A и DD1B создаёт последовательность импульсов «разрешения трели». Частота следования его импульсов подстраивается только сменой емкости конденсатора С1. Потенциометр (подстроечный резистор) R3 регулирует скважность импульса. С его помощью длительность трели можно установить в пределах от короткого свистка до почти непрерывного сверещания.

Второй генератор на элементах DD1C и DD1D формирует импульсы низкой частоты трели. Работает он только тогда, когда от генератора «разрешения трели» с выхода 4 DD1B поступает сигнал (логическая единица) на вход 8 DD1C. Такой способ модуляции импульсных сигналов позволяет включать генераторы более высокой частоты только в тот момент, когда требуется его работа, экономится энергия, а также пачка импульса всегда начинается с импульса «целой» длительности.

Третий генератор на DD2A и DD2B формирует высокочастотную составляющую сигнала, который заполняет пачки импульсов, поступающих со второго генератора на «разрешающий» вход 1 DD2A.

На оставшихся элементах DD2C и DD2D собран выходной каскад устройства. Он представляет из себя мостовую схему выходного каскада усилителя сигнала, работающего в ключевом режиме. Такое включение позволяет развивать большую мощность акустического сигнала излучателя при том же напряжении питания. Оба плеча моста работают в противофазе, т.к. на их входы поступают «зеркальные» сигналы, полученные инверсией логических элементов третьего генератора.

В качестве источника звука используется пьезокерамический излучатель, поскольку это акустическое устройство имеет большое электрическое сопротивление постоянному току (аналогично сопротивлению конденсатора). Дело в том, что во время «тихой» паузы между пачками импульсов один из выводов выходного каскада длительно удерживает логический ноль, а второй – единицу, при этом цепь излучателя постоянно находится под напряжением, близким к напряжению питания схемы. При использовании акустики другого типа с низким омическим сопротивлением (ниже 2000 Ом) следует последовательно излучателю включать конденсатор для исключения значительных потерь энергии, выхода из строя выходных каскадов логических элементов или самой акустической головки. Например, при сопротивлении излучателя 1кОм во время тихой паузы он будет потреблять 0,23 Вт мощности при напряжении питания 15 В. По току это будет нагрузка в 15 мА, что на 50% выше предельно допустимого значения для микросхемы HEF4011B.

Настройка

Настройка генератора импульсов «разрешения трелей» сводится к подбору конденсатора нужной ёмкости и регулировки соотношения длительности разрешающего импульса к паузе (скважности) подстроечником R3.

Резистором R9 подбирается оптимальная частота тональности сигнала трели. От неё сильно будет зависеть громкость пьезокерамического излучателя, который наиболее эффектно звучит на частоте кратной или совпадающей со своей собственной резонансной частотой.

Подстроечником R6 настраивается частота прерывания тонального сигнала. Это позволяет в некотором приближении получить эффект трели.

С помощью резистора R10 регулируется громкость сигнала в некоторых пределах.

Заключение

При должной настройке устройство вполне прилично может имитировать трели сверчка при своей простоте.

При создании схемы я не преследовал цель определить оптимальные номиналы резисторов и не производил специальных расчётов, поэтому при повторении схемы Вы можете применить другие значения номиналов элементов постоянных и подстроечных резисторов, а также конденсаторов.

Схема начинает устойчиво работать при напряжении питания от 5 В. С увеличением напряжения частота генерации всех генераторов пропорционально увеличивается. Максимальное напряжение питания 15 В.

Конденсаторы должны быть неполярные. Среди выводных достаточной ёмкости у меня не оказалось, поэтому C1 и C2 я применил из арсенала SMD компонент, припаяв их прямо к дорожкам платы. Причём, C1 мне пришлось набирать из шести конденсаторов, включенных параллельно. Это видно на снимках устройства.

В качестве небольшого пояснения к работе имитатора в приложении представлена диаграмма состояний разных узлов схемы.

Приложение

Рисунок 2. Диаграмма состояний ключевых узлов схемы.

Диаграммы напряжения выводов 4-DD1B, 11-DD1D, 4-DD2B показаны относительно минуса питания. Диаграмма  U10-11 DD2 отражает напряжение между выводами 10 и 11 DD2.

При создании данного проекта я начал осваивать работу программы Altium Designer, все файлы схемы и печатной платы были разработаны в ней. Их можно скачать по ссылке ниже.

СКАЧАТЬ ФАЙЛЫ ПРОЕКТА

В файле печатной платы я указал точные габаритные размеры платы, поскольку изображение масштабировано. При печати Вам придётся скорректировать масштаб для получения реального размера отпечатка.

Галерея

             

1 Комментарий