Электроника для начинающих (2-е издание) - Чарльз Платт Страница 38

откуда снимать выходной сигнал в схеме генератора? Заметьте, что в исходной схеме резисторы r1 и r2 имеют намного меньшие номиналы, чем резисторы R1 и R2. В результате напряжение на левой обкладке конденсатора С1 быстро достигнет почти величины питающего напряжения – и правая обкладка конденсатора С2 будет вести себя так же. Таким образом, мы можем получить широкий диапазон напряжений в любой из этих точек. Я выбрал левую обкладку просто потому, что здесь легче встроить в схему дополнительные компоненты.

Если из схемы отводится слишком много тока, это замедлит процесс заряда конденсатора и отразится на синхронизации и равновесии генератора. Поэтому я подавал выходной сигнал через резистор номиналом 100 кОм на базу другого транзистора. Базовый ток этого транзистора очень мал, но за счет усиления амплитуда сигнала на его выходе окажется достаточной для практического использования.

К чему такие сложности?

В первом издании этой книги я предлагал устройство светодиодной мигалки на основе однопереходного транзистора с управляемым порогом. Его работу гораздо проще понять, и чтобы получить результат, вам потребуется только один транзистор. Однако однопереходные транзисторы встречаются теперь редко и некоторые читатели жаловались на то, что их нелегко приобрести, а другие говорили, что их применение устарело.

На самом деле, вы по-прежнему можете купить однопереходные транзисторы с управляемым порогом, но они почти вышли из употребления. Биполярные транзисторы пока используются широко, и поэтому я прислушался к отзывам читателей и отказался от однопереходных транзисторов. Прежде чем остановиться на описанной схеме, я рассмотрел различные варианты схем генератора. Приведенная схема более популярна, чем другие. К тому же, я полагаю, что все схемы генераторов довольно трудны для понимания.

Сглаживание импульса

Теперь вы уже убедились, что два транзистора могут создавать импульсный сигнал, а третий транзистор может усиливать его и обеспечивать переключение светодиода. Вспомним на минутку предыдущие опыты. Как еще можно изменить наш эксперимент?

У нас есть выходной сигнал, который меняется достаточно медленно. Поэтому мы можем сделать его более интересным, добавив резистивно-емкостную цепочку. (Если вам необходимо освежить в памяти это понятие, см. раздел «Резистивно-емкостная цепочка» этой главы).

Взгляните на рис. 2.111. Дополнительное резистивно-емкостное звено (резистор 470 Ом и конденсатор 220 мкФ) находится внизу.

На рис. 2.112 компоненты, которые были добавлены или переставлены, расположены в правом нижнем углу и выделены темным, а компоненты, которые не изменились, показаны светлым.

Рис. 2.111. В схему генератора добавлена резистивно-емкостная цепочка

Теперь, когда вы подадите питание, светодиод станет мягко пульсировать, а не просто вспыхивать и гаснуть. Догадываетесь, почему? Конденсатор заряжается через один резистор номиналом 470 Ом, а затем разряжается через другой. Зачем вообще нужно менять режим работы? Давайте предположим, что вы решили сделать электронное украшение. Выбор режима миганий или пульсаций может стать важным эстетическим фактором. Вспомните, что, например, в старых ноутбуках Apple логотип пульсировал, а не мигал.

Рис. 2.112. Измененные компоненты расположены в правом нижнем углу платы

Увеличение частоты

Что еще можно сделать с этой схемой? Вы можете легко изменить частоту переключения светодиода. Удалите конденсаторы емкостью 3,3 мкФ и замените их двумя конденсаторами по 0,33 мкФ. Они должны заряжаться приблизительно в 10 раз быстрее, и поэтому светодиод также станет мигать в 10 раз чаще. Так ли это на самом деле?

А что если уменьшить номиналы конденсаторов еще сильнее, до 0,01 мкФ? Когда число миганий в секунду превышает 50, вы переходите от колебаний, которые можно увидеть, к сигналу, Как их добавить к макету? Я думаю, вы сможете который можно услышать. это сделать самостоятельно.

Как же изменить схему, чтобы сигнал можно было услышать, а не увидеть? Легко! Удалите светодиод, резисторы на 470 Ом и конденсатор емкостью 220 мкФ и замените их маленьким динамиком, разделительным конденсатором емкостью 100 мкФ и резистором на 1 кОм, как показано на рис. 2.113. Резистор заземляет эмиттер транзистора, потому что транзистор будет работать, только если напряжение на эмиттере меньше, чем на базе. Конденсатор блокирует постоянную составляющую сигнала и в то же время пропускает переменный ток. На схеме я указал лишь те детали, которые изменились.

Рис. 2.113. Изменение схемы, чтобы добиться генерации звука

Рис. 2.114. При замене разделительного конденсатора компонентом с меньшим номиналом подавляются нижние звуковые частоты, и таким образом вы услышите только верхние частоты. Если включить конденсатор параллельно динамику, то верхние частоты подавлены, и вы услышите только нижние частоты

Еще больше вариантов

Теперь, когда вы получили звук, подумайте, как повысить его тон? Просто установите меньшие резисторы или конденсаторы в схеме генератора. Вы можете вместо резисторов 470 кОм взять резисторы 220 кОм (или с другим промежуточным номиналом). Транзисторы способны переключать сигнал быстрее, чем миллион раз в секунду, и вы определенно не выйдете за пределы их возможностей, если заставите генератор работать быстрее. Сигнал с частотой колебаний 10 000 раз в секунду звучит чрезвычайно высоко. Если вы доведете частоту до 20 000 колебаний в секунду, то он окажется за пределом слухового восприятия большинства людей.

Можно ли изменить характер звучания?

Сверху на рис. 2.114 вместо предыдущего конденсатора емкостью 100 мкФ я подключил последовательно с динамиком разделительный конденсатор емкостью 1 мкФ. Конденсатор с меньшим номиналом будет пропускать только верхние частоты (короткие импульсы) и лишать звук некоторой части низкочастотных колебаний.

А что если подключить конденсатор к динамику так, как показано снизу на рис. 2.114? Теперь возникает противоположный эффект, потому что конденсатор по-прежнему пропускает верхние частоты, но направляет их мимо динамика. При таком подключении вы получаете развязывающий конденсатор.

Все описанные варианты достаточно просты. Если вы желаете добиться большего, то можете собрать вторую идентичную схему и использовать одну половину для управления другой.

Восстановите первоначальные номиналы компонентов (как на рис. 2.104), чтобы частота колебаний стала первоначальной. Затем подайте сигнал с выхода первой схемы на вторую, расположенную ниже на макетной плате (емкость конденсаторов здесь равна 0,01 мкФ, чтобы генерировать звук). Макет устройства изображен на рис. 2.115, причем та часть, которую вы собрали вначале, обесцвечена, а компоненты дополнительного звукового генератора расположены внизу и выделены цветом.

Рис. 2.115. Питание на звуковой генератор поступает от другого генератора с меньшей частотой колебаний

Красная перемычка, обозначенная буквой А, была переставлена, чтобы нижняя секция схемы получала питание с выхода верхней секции. Красная и синяя перемычки,