أبسط مولد تردد الصوت. مذبذب ذو نغمتين كيفية صنع مذبذب ذو نغمة كريستالية

مساء الخير يا هواة الراديو الأعزاء! مرحبا بكم في الموقع ""

نقوم بتجميع مولد إشارة - مولد وظيفة. الجزء 1.

في هذا الدرس مدارس لهواة الراديو المبتدئينسنواصل ملء مختبرنا الراديوي بأدوات القياس اللازمة. اليوم سنبدأ في جمع وظيفة المولد. هذا الجهاز ضروري في ممارسة هواة الراديو لإعداد مختلف دوائر راديو الهواة– مكبرات الصوت والأجهزة الرقمية والمرشحات المختلفة والعديد من الأجهزة الأخرى. على سبيل المثال، بعد أن نقوم بتجميع هذا المولد، سنأخذ استراحة قصيرة نصنع خلالها جهازًا بسيطًا للموسيقى الخفيفة. لذلك، من أجل تكوين مرشحات التردد للدائرة بشكل صحيح، سيكون هذا الجهاز مفيدًا جدًا بالنسبة لنا.

لماذا يسمى هذا الجهاز بالمولد الوظيفي، وليس مجرد مولد (مولد التردد المنخفض، مولد التردد العالي). الجهاز الذي سنقوم بتصنيعه يولد ثلاث إشارات مختلفة في مخرجاته: الجيبية والمستطيلة والمسننة. كأساس للتصميم، سنأخذ مخطط S. Andreev، المنشور على الموقع الإلكتروني في القسم: الدوائر - المولدات.

أولاً، نحتاج إلى دراسة الدائرة بعناية وفهم مبدأ عملها وجمع الأجزاء الضرورية. بفضل استخدام دائرة كهربائية دقيقة متخصصة في الدائرة ICL8038والذي تم تصميمه خصيصًا لبناء مولد وظائف، فقد تبين أن التصميم بسيط للغاية.

بالطبع، يعتمد سعر المنتج على الشركة المصنعة، وعلى إمكانيات المتجر، وعلى العديد من العوامل الأخرى، ولكن في هذه الحالة نحن نسعى إلى هدف واحد: العثور على مكون الراديو الضروري الذي سيكون ذو جودة مقبولة و والأهم من ذلك، بأسعار معقولة. ربما لاحظت أن سعر الدائرة الدقيقة يعتمد بشكل كبير على علاماتها (AC وBC وSS). كلما كانت الشريحة أرخص، كان أدائها أسوأ. أوصي باختيار شريحة "BC". خصائصه لا تختلف كثيراً عن "AS"، ولكنها أفضل بكثير من "SS". لكن من حيث المبدأ، بالطبع، ستعمل هذه الدائرة الدقيقة أيضًا.

نقوم بتجميع مولد وظائف بسيط لمختبر هواة الراديو المبتدئين

يوم جيد لكم يا هواة الراديو الأعزاء! اليوم سوف نستمر في جمع لدينا وظيفة المولد. حتى لا تتنقل بين صفحات الموقع سأقوم بنشره مرة أخرى مخطط الدائرة لمولد الوظيفة، والتي نقوم بتجميعها:

أقوم أيضًا بنشر ورقة بيانات (وصف فني) للدوائر الدقيقة ICL8038 وKR140UD806:

(151.5 كيلو بايت، 5,946 زيارة)

(130.7 كيلو بايت، 3,441 زيارة)

لقد قمت بالفعل بجمع الأجزاء اللازمة لتجميع المولد (كان لدي بعض المقاومة الثابتة والمكثفات القطبية، وتم شراء الباقي من متجر قطع غيار الراديو):

أغلى الأجزاء كانت الدائرة الدقيقة ICL8038 - 145 روبل ومفاتيح لـ 5 و 3 وظائف - 150 روبل. في المجموع، سيتعين عليك إنفاق حوالي 500 روبل على هذا المخطط. كما ترون في الصورة، المفتاح ذو الخمس أوضاع هو قسمين (لم يكن هناك قسم واحد)، لكن هذا ليس مخيفا، أكثر أفضل من أقل، خاصة أننا قد نحتاج إلى القسم الثاني. بالمناسبة، هذه المفاتيح متطابقة تمامًا، ويتم تحديد عدد المواضع بواسطة سدادة خاصة، والتي يمكنك ضبطها على العدد المطلوب من المواضع بنفسك. لدي في الصورة موصلان للإخراج، على الرغم من أنه من الناحية النظرية يجب أن يكون هناك ثلاثة: مشترك، 1:1 و1:10. ولكن يمكنك تثبيت مفتاح صغير (مخرج واحد ومدخلان) وتحويل الإخراج المطلوب إلى موصل واحد. بالإضافة إلى ذلك، أريد أن ألفت الانتباه إلى المقاوم الثابت R6. لا يوجد تصنيف 7.72 ميجا أوم في خط مقاومة الميجا أوم، التصنيف الأقرب هو 7.5 ميجا أوم. من أجل الحصول على القيمة المطلوبة، سيتعين عليك استخدام المقاوم الثاني 220 كيلو أوم، وربطهما على التوالي.

أود أيضًا أن ألفت انتباهكم إلى حقيقة أننا لن ننتهي من تجميع وتعديل هذه الدائرة لتجميع مولد الوظائف. للعمل بشكل مريح مع المولد، يجب أن نعرف ما هو التردد الذي يتم توليده في لحظة التشغيل، أو قد نحتاج إلى ضبط تردد معين. ومن أجل عدم استخدام أجهزة إضافية لهذه الأغراض، سنقوم بتجهيز مولدنا بمقياس تردد بسيط.

وفي الجزء الثاني من الدرس سندرس طريقة أخرى لتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة وهي طريقة LUT (الحديد بالليزر). سنقوم بإنشاء اللوحة نفسها في راديو هواة مشهور برنامج لإنشاء لوحات الدوائر المطبوعة – تخطيط سبرينت.

لن أشرح لك كيفية العمل مع هذا البرنامج بعد. في الدرس التالي، في ملف فيديو، سأوضح لك كيفية إنشاء لوحة الدوائر المطبوعة في هذا البرنامج، بالإضافة إلى العملية الكاملة لصنع اللوحة باستخدام طريقة LUT.

أحد المتطلبات الرئيسية لمضخمات الإشارة أحادية النطاق هو الخطية لخصائص اتساعها. عادةً ما يكون مكبر الصوت ذو الخطية الضعيفة مصدرًا للتداخل لهواة الراديو الآخرين وأحيانًا لمشاهدي التلفزيون. لاكتشاف التشوهات غير الخطية في مكبرات إشارة SSB، استخدم طريقة اختبار النغمتين.
إذا تم تطبيق إشارتين منخفضتي التردد بترددات مختلفة ولكن متساوية في السعة على دخل جهاز إرسال أحادي النطاق، فإن الإشارة عند خرج مضخم الطاقة ستختلف بشكل جيبي من صفر إلى القيمة القصوى ( رسم بياني 1).

يتم تحديد فترة التغيير من خلال اختلاف الترددات عند دخل المرسل. بناءً على شكل غلاف إشارة الخرج وانحرافاته عن القانون الجيبي، يمكن الحكم على الخطية الخاصة بخاصية السعة للجهاز.
تتم مراقبة شكل ومستوى الإشارة باستخدام راسم الذبذبات. نظرًا لأن سعة جهد الخرج لمكبر الصوت قيد الدراسة عادة ما تكون عشرات الفولتات، فيمكن تطبيق الإشارة مباشرة على لوحات انحراف مرسمة الذبذبات (بما في ذلك التردد المنخفض). يمكن أن يكون مصدر الإشارة ذات النغمتين عبارة عن مولد تظهر دائرته في الصورة الصورة 2.

الصورة 2

وهو يتألف من مذبذبين مع ردود فعل عبر جسور T مزدوجة ومتابع باعث. ينتج المولد المجمع على الترانزستور V1 ترددًا قدره 1550 هرتز. وعلى V2 - 2150 هرتز. من خلال فصل المقاومات R1 و R5، يتم توفير إشارات المولد إلى تابع الباعث (الترانزستور V3). عند استخدام العناصر ذات التصنيفات الموضحة في الرسم التخطيطي، يبلغ جهد الخرج "الإجمالي" (يتم تشغيل كلا مولدي الجهاز) حوالي 0.1 فولت. وتبلغ مقاومة الخرج حوالي 300 أوم.
يبدأ التعديل بإعداد دقيق لتردد المولدات. للقيام بذلك، من خلال توفير الطاقة لكل واحد منهم بالتناوب، يتم تحديد عناصر الجسور T. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه من أجل الحفاظ على شكل جيبي جيد لإشارة الخرج، يجب أن تكون مقاومة المقاومات R2 (R6) و R4 (R7) أكبر بحوالي 10 مرات من مقاومة المقاوم R3 (R8)، و سعة المكثفات C1 (C6) و C4 ( C8) - نصف سعة المكثف SZ (C7). بعد ضبط ترددات المولدات، يتم معادلة اتساع الإشارات باستخدام المقاوم المعدل R5. نظرًا لأن المقاوم R5 يؤثر إلى حد ما على مستوى إشارة المولد على الترانزستور V1، يتم تنفيذ هذه العملية بطريقة التقريبات المتعاقبة.
يتم تجميع المولد على لوحة دوائر مطبوعة مصنوعة من رقائق الألياف الزجاجية بسمك 2 مم وحجم 55 × 65 مم ( أرز. 3).

تين. 3

يستخدم مكثفات KM-5 ومقاومات OMLT-0.125 (R5 - SPZ-1A) وترانزستورات KT315 مع أي فهرس حروف. يمكن للجهاز استخدام أي ترانزستورات منخفضة التردد أو عالية التردد من بنية n-p-n أو p-n-p. بطبيعة الحال، في الجهاز الذي يستخدم ترانزستورات بنية pnp، يجب أن تكون قطبية مصدر الطاقة مختلفة. كما يظهر في الشكل. 2، يحتوي الجهاز على أطراف منفصلة لتوصيل الطاقة بالمولدات. وهذا يسمح، إذا لزم الأمر، بإرسال إشارة اختبار أحادية النغمة إلى جهاز الإرسال بتردد 1550 و2150 هرتز، على التوالي. في هذه الحالة، لتبديل دوائر إمداد الطاقة لمولد الجهاز، من الضروري ضبط المفتاح على اتجاهين وأربعة أوضاع ("إيقاف"، "1550 هرتز"، "2150 هرتز"، "إشارة ثنائية النغمة") . يمكنك أيضًا استخدام مفتاح أحادي الاتجاه عن طريق "فصل" نقاط التبديل الخاصة بالمولدات باستخدام صمامين ثنائيين (من أي نوع). لتعيين مستوى إشارة الخرج عند مخرج الجهاز، يجب عليك تشغيل مقاومة متغيرة بمقاومة 5... 15 كيلو أوم.
عند إعداد جهاز الإرسال باستخدام مولد، يتم توصيل هوائي مكافئ بمضخم الطاقة، والذي يتم تغذية الإشارة منه إلى راسم الذبذبات. يتم ضبط مستوى الإشارة من المولد ثنائي النغمة على نفس الحد الأقصى لمستوى الإشارة الذي تم تطويره بواسطة الميكروفون الذي يتم استخدام جهاز الإرسال به. بعد تشغيل جهاز الإرسال، حدد تردد مسح الذبذبات بحيث يتم الحصول على صورة ثابتة لمرسم الذبذبات على الشاشة. بعد ذلك، يتم ضبط مسار الإرسال، مما يحقق الحد الأدنى من التشوه في غلاف إشارة التردد اللاسلكي.
موصوف مولد ذو نغمتينجيد لإعداد جهاز الإرسال والاستقبال

تم تطوير الاتصال بالنغمة (إشارة مزدوجة التردد متعددة النغمات، DTMF) بواسطة Bell Labs في الخمسينيات من القرن الماضي للهاتف الثوري الذي يعمل بالضغط على الزر. لتمثيل ونقل البيانات الرقمية في وضع النغمة، يتم استخدام زوج من الترددات (النغمات) لنطاق تردد الكلام. يحدد النظام مجموعتين من أربعة ترددات، ويتم تشفير المعلومات عن طريق إرسال ترددين في وقت واحد، واحد من كل مجموعة. وهذا يعطي إجمالي ستة عشر مجموعة لتمثيل ستة عشر رقمًا ورمزًا وحروفًا مختلفة. يُستخدم تشفير DTMF الآن في نطاق واسع من تطبيقات الاتصالات والتحكم، كما يتضح، على سبيل المثال، من خلال توصية الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) Q.23.

توضح هذه المقالة دائرة مولد نغمة DTMF الذي يعيد إنتاج جميع الترددات الثمانية ويولد إشارة الخرج ثنائية النغمة الناتجة. تم بناء النظام المعني حول شريحة Silego GreenPAK™ SLG46620V ومكبرات الصوت التشغيلية Silego SLG88104V. والإشارة الناتجة هي مجموع ترددين يحددهما صف وعمود لوحة مفاتيح الهاتف.

تستخدم الدائرة المقترحة أربعة مدخلات لاختيار مجموعة الترددات التي سيتم توليدها. تحتوي الدائرة أيضًا على مدخل تمكين، والذي يقوم بتشغيل التوليد وتحديد طول الوقت الذي يتم فيه إرسال الإشارة. يتوافق تردد خرج المولد مع معيار الاتحاد الدولي للاتصالات الخاص بـ DTMF.

نغمات DTMF

يحدد معيار DTMF ترميز الأرقام من 0 إلى 9 والأحرف A وB وC وD والأحرف * و# كمزيج من ترددين. وتنقسم هذه الترددات إلى مجموعتين: مجموعة الترددات العالية ومجموعة الترددات المنخفضة. ويبين الجدول 1 الترددات والمجموعات وتمثيلات الرموز المقابلة.

الجدول 1. ترميز نغمة DTMF

	مجموعة ثلاثية
مجموعة التمريرات المنخفضة

تم اختيار الترددات لتجنب التوافقيات المتعددة. بالإضافة إلى ذلك، فإن مجموعها أو اختلافها لا يؤدي إلى تردد DTMF مختلف. بهذه الطريقة، يتم تجنب التوافقيات أو تشويه التعديل.

يحدد معيار Q.23 أن الخطأ في كل تردد مرسل يجب أن يكون ضمن ±1.8% من القيمة الاسمية، ويجب أن يكون التشوه الإجمالي (بسبب التوافقيات أو التشكيل) أقل بمقدار 20 ديسيبل من الترددات الأساسية.

يمكن وصف الإشارة الناتجة الموصوفة أعلاه على النحو التالي:

ق (ر) = أكوس (2πfhight)+ أكوس (2πتدفق)،

حيث fhigh وflow هما الترددان المقابلان من مجموعات التردد العالي والمنخفض.

ويبين الشكل 1 الإشارة الناتجة للرقم "1". ويبين الشكل 2 طيف التردد المقابل لهذه الإشارة.

أرز. 1. نغمة DTMF

أرز. 2. طيف نغمة DTMF

يمكن أن تختلف مدة نغمات DTMF وفقًا للتطبيق المحدد الذي يستخدم تشفير النغمات. بالنسبة للتطبيقات الأكثر شيوعًا، تقع قيم المدة عادةً بين الاتصال اليدوي والتلقائي. يوضح الجدول 2 ملخصًا للمدة الزمنية النموذجية لنوعي التوظيف.

الجدول 2. مدة إشارات الاتصال بالنغمة

نوع الطلب	مجموعة ثلاثية	مجموعة ثلاثية
نوع الطلب
الاتصال اليدوي
الاتصال التلقائي

لتوفير قدر أكبر من المرونة، تم تجهيز مولد DTMF المعروض في هذا الدليل بمدخل تمكين، والذي يستخدم لبدء توليد الإشارة وتحديد مدتها. في هذه الحالة، تكون مدة الإشارة مساوية لمدة النبضة عند مدخل التمكين.

الجزء التناظري من دائرة مولد DTMF

تُعرّف توصية الاتحاد الدولي للاتصالات Q.23 إشارات DTMF بأنها إشارات تناظرية يتم إنشاؤها بواسطة موجتين جيبيتين. في دائرة مولد DTMF المقترحة، يقوم Silego GreenPAK SLG46620V IC بإنشاء إشارات موجة مربعة بترددات DTMF المطلوبة. للحصول على إشارات جيبية بالتردد المطلوب وتشكيل الإشارة الناتجة (مجموع موجتين جيبيتين)، يلزم استخدام مرشحات تناظرية وأداة جمع. لهذا السبب، تقرر في هذا المشروع استخدام المرشحات والمجمع المعتمد على مكبرات الصوت التشغيلية SLG88104V.

ويبين الشكل 3 هيكل الجزء التناظري المقترح من الجهاز.

أرز. 3. دائرة المعالجة التناظرية لاستقبال إشارة DTMF

تستخدم المرشحات التناظرية للحصول على إشارات جيبية من نبضات مستطيلة. بعد إجراء التصفية، يتم جمع الإشارتين ويتم إنشاء إشارة DTMF ثنائية النغمة للإخراج المطلوب.

ويبين الشكل 4 نتيجة تحويل فورييه المستخدم للحصول على طيف إشارة الموجة المربعة.

أرز. 4. طيف إشارة الموجة المربعة

كما ترون، تحتوي الموجة المربعة على توافقيات فردية فقط. إذا قمنا بتمثيل مثل هذه الإشارة بسعة A في شكل سلسلة فورييه، فسيكون لها الشكل التالي:

يتيح لنا تحليل هذا التعبير أن نستنتج أنه إذا كانت المرشحات التناظرية لديها توهين كافٍ للتوافقيات، فمن الممكن تمامًا الحصول على إشارات جيبية بتردد يساوي تردد إشارة الموجة المربعة الأصلية.

مع الأخذ في الاعتبار التسامح مع مستوى التداخل المحدد في معيار Q.23، من الضروري التأكد من توهين جميع التوافقيات بمقدار 20 ديسيبل أو أكثر. بالإضافة إلى ذلك، يجب دمج أي تردد من مجموعة التمرير المنخفض مع أي تردد من مجموعة التمرير العالي. ومع أخذ هذه المتطلبات بعين الاعتبار، تم تطوير مرشحين، واحد لكل مجموعة.

كان كلا المرشحان عبارة عن مرشحات بتروورث ذات تمرير منخفض. يمكن حساب التوهين لمرشح أمر n Butterworth على النحو التالي:

A(f)[ديسيبل] = 10 سجل(A(f) 2) = 10log(1+(f/fc) 2n)،

حيث fc هو تردد قطع المرشح، وn هو ترتيب المرشح.

لا يمكن أن يزيد فرق التوهين بين أدنى تردد وأعلى تردد لكل مجموعة عن 3 ديسيبل، لذلك:

A(fHIGHER)[ديسيبل] - A(fLOWER)[ديسيبل] > 3 ديسيبل.

نظرا للقيم المطلقة:

أ(أعلى) 2 / أ(زهرة) 2 > 2.

كما قلنا سابقًا، يجب أن يكون التوهين التوافقي 20 ديسيبل أو أكثر. في هذه الحالة، الحالة الأسوأ ستكون التردد الأدنى في المجموعة، لأن التوافقي الثالث له هو التردد الأدنى والأقرب إلى تردد قطع المرشح. باعتبار أن التوافقي الثالث أقل بثلاث مرات من التوافقي الأساسي، يجب أن يستوفي المرشح الشرط (القيم المطلقة):

أ(3زهرة) 2 / أ(زهرة) 2 > 10/3.

إذا تم تطبيق هذه المعادلات على كلا المجموعتين، فإن المرشحات المستخدمة يجب أن تكون مرشحات من الدرجة الثانية. هذا يعني أنه سيكون لديهم مقاومتين ومكثفين لكل منهما إذا تم تنفيذهما باستخدام مضخم التشغيل. إذا تم استخدام مرشحات الدرجة الثالثة، ستكون الحساسية لتفاوتات المكونات أقل. ترددات قطع المرشح المحددة هي 977 هرتز لمجموعة التمرير المنخفض و1695 هرتز لمجموعة التمرير العالي. عند هذه القيم، تتوافق الاختلافات في مستويات الإشارة في مجموعات التردد مع المتطلبات المذكورة أعلاه، وتكون الحساسية للتغيرات في تردد القطع بسبب تفاوتات المكونات في حدها الأدنى.

يتم عرض المخططات التخطيطية للمرشحات التي تم تنفيذها باستخدام SLG88104V في الشكل 5. ويتم اختيار تصنيفات زوج R-C الأول بطريقة تحد من تيار الإخراج لشريحة SLG46620V. ويحدد رابط المرشح الثاني الكسب وهو 0.2. يحدد اتساع إشارات الموجة المربعة نقطة تشغيل مكبر الصوت التشغيلي عند 2.5 فولت. ويتم حظر الفولتية غير المرغوب فيها بواسطة مكثفات مرشح الإخراج.

أرز. 5. الرسوم البيانية التخطيطية لمرشحات الإخراج

عند الإخراج، يتم جمع إشارات المرشح، والإشارة الناتجة هي مجموع التوافقيات المختارة من مجموعة الترددات المنخفضة والعالية. للتعويض عن توهين المرشح، يمكن ضبط سعة إشارة الخرج باستخدام مقاومتين R9 وR10. ويبين الشكل 6 دائرة الجامع. ويبين الشكل 7 الجزء التناظري بأكمله من الدائرة.

أرز. 6. رسم تخطيطي للأفعى

أرز. 7. الجزء التناظري من الدائرة

الجزء الرقمي من دائرة مولد نغمة DTMF

يشتمل الجزء الرقمي من دائرة مولد نغمة DTMF على مجموعة كاملة من مولدات الموجات المربعة - واحد لكل تردد DTMF. نظرًا لأن هناك حاجة إلى ثمانية عدادات لإنشاء هذه المولدات، فقد تم اختيار شريحة GreenPAK SLG46620V لتنفيذها. عند مخرجات الدائرة الرقمية يتم توليد إشارتين مستطيلتين، واحدة لكل مجموعة ترددية.

يتم إنشاء إشارات الموجة المربعة باستخدام عدادات وقلابات على شكل حرف D ولها دورة تشغيل تبلغ 50%. لهذا السبب، فإن تردد تبديل العداد هو ضعف تردد DTMF المطلوب، ويقوم DFF flip-flop بتقسيم إشارة الخرج إلى قسمين.

مصدر الساعة للعدادات عبارة عن مذبذب RC مدمج بتردد 2 ميجاهرتز، ويتم تقسيم تردده أيضًا على 4 أو 12. ويتم تحديد المقسم مع الأخذ في الاعتبار سعة البت والحد الأقصى لقيمة كل عداد مطلوب للحصول على قيمة معينة. تكرار.

لتوليد ترددات عالية، هناك حاجة إلى عدد أقل من العينات، لذلك يتم استخدام عدادات 8 بت لتوليدها، ويتم تسجيلها من مذبذب RC الداخلي الذي يتم تقسيم إشارته على 4. وللسبب نفسه، يتم تنفيذ الترددات المنخفضة باستخدام عدادات 14 بت.

يحتوي SLG46620V على ثلاثة عدادات قياسية 14 بت فقط، لذلك تم تنفيذ أحد الترددات المنخفضة باستخدام عداد CNT8 8 بت. لكي يقع عدد العينات ضمن النطاق 0...255، لضبط توقيت CNT8 كان من الضروري استخدام إشارة مذبذب RC مقسومة على 12. بالنسبة لهذه الدائرة، التردد الذي يحتوي على أكبر عدد من العينات، هو هو، أدنى تردد، تم اختياره. هذا سمح لنا بتقليل الخطأ.

ويبين الجدول 3 معلمات كل موجة مربعة.

الجدول 3. معلمات مولدات النبض المربعة

	قطع مسافة السباق	خطأ التردد [٪]
مجموعة التمريرات المنخفضة



مجموعة ثلاثية

وكما يتبين من الجدول، فإن جميع الترددات بها خطأ أقل من 1.8%، لذا فهي تتوافق مع معيار DTMF. يمكن تعديل هذه الخصائص المحسوبة، بناءً على تردد مذبذب RC المثالي، عن طريق قياس تردد خرج مذبذب RC.

على الرغم من أن جميع المولدات تعمل بالتوازي في الدائرة المقترحة، إلا أنه سيتم إرسال إشارة مولد واحد فقط من كل مجموعة إلى مخرج الدائرة الدقيقة. يتم تحديد اختيار إشارات محددة من قبل المستخدم. ويتم ذلك باستخدام أربعة مدخلات GPIO (بتين لكل مجموعة) مع جدول الحقيقة الموضح في الجدول 4.

الجدول 4. جدول اختيار الترددات من مجموعة الترددات المنخفضة


مجموعة التمريرات المنخفضة

الجدول 5. جدول اختيار التردد من مجموعة الترددات العالية


مجموعة ثلاثية

يوضح الشكل 8 الدائرة المنطقية لمولد موجة مربعة بتردد 852 هرتز. يتم تكرار هذا النمط لكل تردد مع إعدادات العداد المناسبة وتكوين LUT.

أرز. 8. مولد نبض مستطيل

يقوم العداد بإنشاء تردد إخراج تحدده إعداداته. هذا التردد يساوي ضعف تردد نغمة DTMF المقابلة. تظهر معلمات تكوين جهاز القياس في الشكل 9.

أرز. 9. مثال على إعداد عداد مولد النبض المستطيل

يتم توصيل إشارة خرج العداد بمدخل الساعة الخاص بـ D-Flip Flop flip-flop. نظرًا لتكوين خرج DFF على أنه مقلوب، إذا قمت بتوصيل مخرج DFF بمدخله، فسيتم تحويل D flip-flop إلى T flip-flop. يمكن رؤية معلمات تكوين DFF في الشكل 10.

أرز. 10. مثال على إعداد مشغل مولد النبض المستطيل

يتم تغذية الإشارة من مخرج DFF إلى مدخل جدول الحقيقة LUT. تُستخدم جداول البحث المحلية لتحديد إشارة واحدة لكل مجموعة R1-R0 محددة. يظهر الشكل 11 مثالاً لتكوين LUT. في هذا المثال، إذا استقبل R1 الرقم 1 واستقبل R0 الرقم 0، يتم إرسال إشارة الدخل إلى الإخراج. وفي حالات أخرى، يحتوي الإخراج على "0".

أرز. 11. مثال لإعداد جدول الحقيقة لمولد النبض المربع

كما ذكرنا سابقًا، تحتوي الدائرة المقترحة على مدخل تمكين. إذا كانت هناك وحدة منطقية "1" عند إدخال إذن التمكين، فسيتم توفير الإشارات المستطيلة التي تم إنشاؤها إلى زوج من مخرجات الدائرة الدقيقة. مدة الإرسال تساوي مدة النبضة عند مدخل التمكين. لتنفيذ هذه الميزة، كانت هناك حاجة إلى عدة جداول بحثية أخرى.

تستخدم مجموعة التمرير العالي جدول LUT واحد ذو 4 بت وجدول LUT واحد ذو 2 بت، كما هو موضح في الشكل 12.

أرز. 12. دائرة إخراج المجموعة الثلاثية

يتم تكوين LUT1 ذو 4 بتات كبوابة OR، لذلك يقوم بإخراج المنطق 1 إذا كان 1 موجودًا في أي من مدخلاته. تسمح جداول الحقيقة C1/C0 باختيار واحد فقط من المذبذبات، وبالتالي يحدد LUT1 ذو 4 بتات الإشارة التي سيتم إخراجها. يتم توصيل إخراج جدول البحث LUT هذا بـ LUT4 ذو 2 بت، والذي ينقل إشارة فقط إذا كان إدخال التمكين هو المنطق "1". يوضح الشكلان 13 و14 تكوينات LUT1 ذات 4 بتات وLUT4 ذات 2 بت.

أرز. 13. تكوين LUT1 4 بت

أرز. 14. تكوين LUT4 2 بت

نظرًا لعدم وجود جداول حقيقة ذات 4 بتات LUTs، تم استخدام جداول LUTs ذات 3 بتات لمجموعة التمريرات المنخفضة.

أرز. 15. دائرة إخراج مجموعة التمرير المنخفض

يظهر الشكل 16 الدوائر الداخلية الكاملة لمولد GreenPAK SLG46620V. ويبين الشكل 17 مخطط الدائرة النهائي لمولد DTMF.

أرز. 16. رسم تخطيطي لمولد نغمة DTMF

أرز. 17. رسم تخطيطي لمولد نغمة DTMF

اختبار دائرة مولد DTMF

في المرحلة الأولى من اختبار مولد DTMF المقترح، تقرر التحقق من ترددات جميع الإشارات المستطيلة المولدة باستخدام راسم الذبذبات. على سبيل المثال، يوضح الشكلان 18 و19 مخرجات الموجة المربعة لـ 852 هرتز و1477 هرتز.

أرز. 18. موجة مربعة 852 هرتز

أرز. 19. موجة مربعة 1477 هرتز

بمجرد فحص ترددات جميع إشارات الموجات المربعة، بدأ اختبار الجزء التناظري من الدائرة. تم فحص إشارات الخرج لجميع مجموعات الترددات المنخفضة والعالية. على سبيل المثال، يوضح الشكل 20 مجموع الإشارات 770 هرتز و1209 هرتز، ويبين الشكل 21 مجموع الإشارات 941 هرتز و1633 هرتز.

أرز. 20. نغمة DTMF 770 هرتز و 1209 هرتز

أرز. 21. نغمة DTMF 941 هرتز و 1633 هرتز

خاتمة

في هذه المقالة، تم اقتراح دائرة لمولد نغمة DTMF استنادًا إلى شريحة Silego GreenPAK SLG46620V ومكبرات الصوت التشغيلية Silego SLG88104V. يسمح المولد للمستخدم باختيار مجموعات من الترددات المطلوبة باستخدام أربعة مدخلات والتحكم في إدخال التمكين، الذي يحدد مدة إشارات الخرج.

خصائص شريحة SLG46620V:

النوع: إشارة مختلطة قابلة للبرمجة IC؛
الكتل التناظرية: ADC 8 بت، اثنان من DAC، ستة مقارنات، مرشحان، ION، أربعة مذبذبات متكاملة؛
الكتل الرقمية: ما يصل إلى 18 منفذ إدخال/إخراج، ومصفوفة ربط بيني ومنطق اندماجي، ودوائر تأخير قابلة للبرمجة، ومولد وظائف قابل للبرمجة، وستة عدادات 8 بت، وثلاثة عدادات 14 بت، وثلاثة مذبذبات/مقارنات PWM؛
واجهة الاتصال: SPI؛
نطاق جهد الإمداد: 1.8...5 فولت؛
نطاق درجة حرارة التشغيل: -40...85 درجة مئوية؛
إصدار العبوة: 2 × 3 × 0.55 مم 20 دبوس STQFN.

راديو 1987، رقم 5

لقد أثبتت السجلات الطبية الإلكترونية متعددة الأصوات المزودة بمولد نغمة واحدة أنها أجهزة موثوقة وعملية. ومع ذلك، فإن قدراتها لا تتحقق بشكل كامل في كثير من الأحيان بسبب خصائص المولدات المستخدمة فيها. كقاعدة عامة، يتم إنشاء مولد النغمات على أساس مرنان كوارتز عالي الثبات أو دوائر RC. في هذه الحالة، يتم استبعاد التحكم الإلكتروني في التردد أو يكون صعبًا للغاية.

الجهاز الموصوف أدناه هو مولد نغمة يتم التحكم فيه بالجهد. تتم إزالة إشارة التحكم من أدوات التشكيل المختلفة وعناصر تحكم EMR. يمكن أن تكون هذه مولدات اهتزاز التردد، ومولدات المغلف (لتغييرات الضبط التلقائي)، ومنظمات جليساندو (ضبط الانزلاق) مع التحكم اليدوي أو القدم (الدواسة).

تتضمن ميزات المولد تردد تشغيل عالي. أتاح استخدام الدائرة الرقمية الدقيقة تنفيذ VCO بسيط ورخيص نسبيًا بتردد تشغيل يصل إلى 7.5...8 ميجا هرتز (الشكل 1). بالنسبة لمعظم مولدات النغمات الرقمية ذات سلم موسيقي متساوي، يتكون عادةً من 12 عدادًا متطابقًا مع عوامل تحويل فاصل مختلفة، يلزم وجود تردد ساعة (قيادة) في نطاق 1...4 ميجاهرتز. ولذلك، يجب أن تكون خصائص المولد بحيث توفر الخطية اللازمة ضمن حدود التردد هذه.

يعتمد مبدأ تشغيل المولد على تكوين نبضات قابلة للتعديل في مدتها بواسطة صانعين متماثلين يتم التحكم فيهما بالجهد ومغلقين في حلقة. وبالتالي، فإن انخفاض النبضة عند خرج أحد المشكلين يؤدي إلى ظهور مقدمة النبضة التالية عند مخرج آخر، وما إلى ذلك. يتم توضيح تشغيل الجهاز من خلال مخططات التوقيت الموضحة في الشكل. 2. حتى اللحظة t 0، يكون جهد التحكم صفرًا. وهذا يعني أنه عند النقطتين A و B تم إنشاء إشارة ذات مستوى منطقي 0، حيث أن تيار الإدخال المتدفق للعنصرين DD1.1 و DD1.2 (لا يتجاوز حوالي 1.6 مللي أمبير) مغلق بسلك مشترك من خلال المقاومات R1 و R2 ومقاومة خرج صغيرة لمصدر جهد التحكم. يكون المستوى 1 نشطًا عند خرج العاكسين DD1.1 وDD1.2 في هذا الوقت، لذلك سيتم ضبط مشغل RS على العنصرين DD1.3 وDD1.4 بشكل تعسفي على إحدى الحالات المستقرة. لنفترض، من أجل اليقين، أن الخرج المباشر (العلوي في الدائرة) لديه إشارة 1، والخرج العكسي لديه إشارة 0.

عندما يظهر جهد موجب معين عند مدخل التحكم في اللحظة t 0، سوف يتدفق التيار عبر المقاومات R1 و R2. في هذه الحالة، عند النقطة A، سيبقى الجهد قريبًا من الصفر، حيث يتدفق التيار عبر المقاوم R1 إلى السلك المشترك من خلال المقاومة المنخفضة للصمام الثنائي VD1 ودائرة الخرج للعنصر DD1.4. عند النقطة B، سيزداد الجهد، حيث يتم إغلاق الصمام الثنائي VD2 عند مستوى عالٍ من خرج العنصر DD1.3. سوف يقوم التيار المار عبر المقاومة R2 بشحن المكثف C2 إلى 1.1...1.4 فولت في المرة الواحدة حسب سعته ومقاومة المقاومة R2 وقيمة جهد التحكم. مع زيادة U ynp، يزداد معدل شحن المكثف ويتم شحنه إلى نفس المستوى في وقت أقل.

بمجرد أن يصل الجهد عند النقطة B إلى عتبة التبديل للعنصر DD1.2، سيتم ضبط خرجه على المستوى 0، والذي سيقوم بتبديل مشغل RS. الآن سيكون للخرج المباشر مستوى 0، والخرج العكسي سيكون له مستوى 1. سيؤدي ذلك إلى تفريغ سريع للمكثف C2 وانخفاض الجهد، وسيبدأ المكثف C1 في الشحن. ونتيجة لذلك، سيتم تبديل الزناد مرة أخرى وسوف تتكرر الدورة بأكملها.

تؤدي الزيادة في جهد التحكم (الفترة الزمنية t 1 ...t 2، الشكل 2) إلى زيادة تيار شحن المكثفات وانخفاض فترة التذبذب. هذه هي الطريقة التي يتم بها التحكم في تردد تذبذب المولد. تتم إضافة تيار الإدخال المتدفق لعناصر TTL إلى تيار مصدر جهد التحكم، مما يجعل من الممكن توسيع حدود إشارة التحكم، لأنه مع المقاومة العالية للمقاومات R1 وR2، يمكن الحفاظ على التوليد حتى عند U إينب = 0. إلا أن هذا التيار يتميز بعدم استقرار درجات الحرارة مما يؤثر على استقرار تردد التوليد. إلى حد ما، يمكن زيادة استقرار درجة حرارة المولد باستخدام المكثفات C1 و C2 مع TKE الإيجابية، والتي سوف تعوض عن الزيادة في تيار الإدخال المتدفق غير المنضبط للعناصر DD1.1 و DD1.2 مع تغيرات درجة الحرارة.

لا تعتمد فترة التذبذب على مقاومة المقاومات R1 و R2 وسعة المكثفات C1 و C2 فحسب، بل تعتمد أيضًا على العديد من العوامل الأخرى، لذا فإن التقييم الدقيق لهذه الفترة أمر صعب. إذا أهملنا التأخير الزمني للإشارات في العناصر DD1.1-DD1.4 وأخذنا قيمة جهدها المنطقي 0، وكذلك جهد عتبة الدايودات VD1 وVD2 يساوي صفر، فإن تشغيل الـ يمكن وصف المولد بالتعبير: T 0 =2t 0 =2RC*ln( (I e R+U control)/(I e R+U control -U sp))، يتم الحصول عليه بناءً على حل المعادلة التفاضلية:

دوك/دت = أنا ه /C + (U التحكم -Uс)/(RC)،

حيث R وC هما تصنيفات دوائر التوقيت؛ Uc - الجهد على المكثف C؛ Usp - الحد الأقصى لقيمة الجهد (العتبة) Uc؛ U ynp - التحكم في الجهد ؛ أنا ه - متوسط قيمة تيار تسرب المدخلات لعنصر TTL؛ ر 0 - مدة النبض. T 0 - فترة التذبذب. وتظهر الحسابات أن أول هذه الصيغ تتفق بدقة شديدة مع البيانات التجريبية عند Uynp>=Usp، في حين تم اختيار القيم المتوسطة: I e = 1.4 mA؛ Usp = 1.2 فولت. بالإضافة إلى ذلك، بناءً على تحليل نفس المعادلة التفاضلية، يمكننا التوصل إلى استنتاج مفاده أن

(التحكم في R+U)/(التحكم في R+U -Usp)>0،

على سبيل المثال، إذا كان I e R/(I e R-Usp)>0، فإن الجهاز يعمل عند Uynp≥0؛ تم تأكيد هذا الاستنتاج من خلال الاختبار التجريبي للجهاز. ومع ذلك، يمكن تحقيق أكبر قدر من الاستقرار والدقة في تشغيل VCO باستخدام Ucontrol ≥ Usp = 1.2..1.4 V، أي ضمن نطاق التردد 0.7...4 ميجا هرتز.

يظهر الشكل 1 دائرة مولد نغمة عملية لـ EMI متعدد الألحان أو EMC. 3. حدود تردد التشغيل (مع التحكم U ≥ 0.55...8 فولت) - 0.3...4.8 ميجاهرتز. لا تتجاوز خاصية اللاخطية للتحكم (عند تردد ضمن 0.3...4 ميجا هرتز) 5٪.

يتلقى الإدخال 1 إشارة من مولد المغلف للتحكم تلقائيًا في انزلاق تردد الصوت. مع عمق تعديل طفيف (5...30٪ من النغمة)، يتم تحقيق تقليد نغمات صوت الغيتار الجهير، بالإضافة إلى الآلات الإيقاعية الأخرى، حيث يتم تحقيق درجة تجويد الأصوات عند تنحرف لحظة استخراجها قليلاً عن القاعدة (عادةً ما تزداد فجأة أثناء هجوم الصوت ثم تنخفض بسرعة إلى قيمتها الطبيعية).

يتم تزويد المدخل 2 بجهد تحكم ثابت من وحدة تحكم يدوية أو دواسة جليساندو. يتم استخدام هذا الإدخال لضبط أو تغيير (تبديل) النغمة ضمن جهازي أوكتاف، بالإضافة إلى الانزلاق على طول نغمة الأوتار أو الأصوات النغمية التي تحاكي، على سبيل المثال، جرس الكلارينيت أو الترومبون أو الصوت.

يتم تزويد المدخل 3 بإشارة جيبية أو مثلثة أو مسننة من مولد الاهتزاز. ينظم المقاوم المتغير R4 مستوى الاهتزاز ضمن 0...+-0.5 نغمة، بالإضافة إلى مستوى انحراف التردد حتى +-1 أوكتاف أو أكثر عند إغلاق المفتاح SA1. مع تردد تعديل عالي (5...11) هرتز) وعمق +-0.5...1.5 أوكتاف، تفقد الأصوات النغمية صفاتها الموسيقية وتكتسب طابع إشارة الضوضاء، التي تذكرنا بالدمدمة الباهتة أو حفيف الموسيقى شفرات المروحة. عند التردد المنخفض (0.1...1 هرتز) وبنفس العمق، يتم تحقيق تأثير ملون ومعبر للغاية، مشابه لصوت القيثارة "العائم".

يجب تغذية الإشارة الصادرة من مخرج مولد النغمات إلى مدخل مكيف الإشارة الرقمية ذي المقياس الموسيقي المتساوي.

يتم تجميع مُجمِع نشط لإشارات التحكم على مكبر الصوت التشغيلي DA1. يتم توفير الإشارة من إخراج الأفعى إلى مدخلات VCO، والتي يتم إجراؤها باستخدام العناصر المنطقية DD1.1-DD1.4. بالإضافة إلى VCO، يحتوي الجهاز على مذبذب كوارتز مثالي تم تجميعه على عناصر DD2.1، DD2.2، بالإضافة إلى دائرة مكونة من مقسمي تردد أوكتاف على مشغلات الدائرة الدقيقة DD3. مسافة السباق بواسطة هذا المولد. يقوم المولد والمشغلات بتوليد ثلاث إشارات عينة بتردد 500 كيلو هرتز و1 و2 ميجا هرتز. يتم تغذية هذه الإشارات الثلاث والإشارة الصادرة من مخرج VCO إلى مدخلات المفاتيح الإلكترونية المجمعة على عناصر المجمع المفتوح DD4.1-DD4.4.

تحتوي هذه المفاتيح، التي يتم التحكم فيها بواسطة المفاتيح SA2-SA5، على حمل مشترك - المقاوم R13. تشكل دوائر الإخراج للعناصر جهازًا به وظيفة OR منطقية. عندما يقوم أحد المفاتيح بتمرير إشارة الساعة الخاصة به إلى الخرج، يتم إغلاق المفاتيح الأخرى على مستوى منخفض بواسطة المفاتيح. تتم إزالة المستوى العالي لإمداد مدخلات R لـ D-flip-flops DD3.1 وDD3.2 ونقاط اتصال المحولات SA2-SA5 من مخرج العنصر DD2.4.

يلعب مذبذب الكوارتز مع مقسمات التردد دورًا مساعدًا ويعمل بشكل أساسي على الضبط التشغيلي لـ VCO أو "قيادة" الأداة في وضع "الجهاز"، مع مفاتيح SA3، SA4، SA5 ("4"، "8"، "16" "" ) يسمح لك بتغيير ضبط EMR، على التوالي، من أدنى سجل بمقدار واحد أو اثنين من الأوكتاف لأعلى. في هذه الحالة، بالطبع، لا يمكن إجراء أي تعديل أو تغيير في درجة الأصوات.

تشمل عيوب المولد ثبات درجة الحرارة المنخفضة نسبيًا، وهو ما ليس له أهمية كبيرة في هذه الحالة، وعدم خطية كبيرة لخاصية التحكم VCO عند حواف النطاق، خاصة في الترددات المنخفضة لنطاق تشغيل المولد.

في التين. يوضح الشكل 4 الاعتماد المقاس تجريبياً لتردد التوليد على جهد التحكم: 1 - للمولد حسب الدائرة في الشكل. 1، 2 - الشكل. 3.

يتم تجميع الجهاز على لوحة دوائر مطبوعة مصنوعة من رقائق الألياف الزجاجية بسمك 1.5 مم.

يمكن استبدال شرائح سلسلة K155 بشرائح مماثلة من سلسلة K130 وK133؛ K553UD1A - إلى K553UD1V، K553UD2، K153UD1A، K153UD1V، K153UD2. بدلا من D9B، يمكنك استخدام الثنائيات من هذه السلسلة مع أي فهرس الحروف، وكذلك D2V، D18، D311، GD511A. فمن الأفضل اختيار المكثفات C4 وC5 مع TKE الإيجابية، على سبيل المثال. KT-P210. KPM-P120، KPM-P33، KS-P33، KM-P33، K10-17-P33، K21U-2-P210، K21U-3-P33. المكثفات C7، C10، C11 - K50-6.

يجب إيلاء اهتمام خاص للحماية الدقيقة للجهاز. يجب أن تكون ملتوية موصلات الإخراج في سلك بمسافة 10..30 مم.

لا يتطلب مولد النغمات المثبت بشكل صحيح التعديل ويبدأ العمل فورًا بعد توصيل الطاقة. يجب ألا يتجاوز جهد التحكم عند دخل VCO 8...8.2 فولت. يتأثر استقرار تردد المولد سلبًا بالتغيرات في جهد الإمداد 5 فولت، لذلك يجب أن يتم إمداده بالطاقة من مصدر ذو معامل تثبيت مرتفع.

I. BASKOV، قرية بولوسكا، منطقة كالينين.

الأدب

في. بيسبالوف. مقسم التردد لـ EMR متعدد الألحان. - الإذاعة، 1980، العدد 9.
إل إيه كوزنتسوف. أساسيات نظرية وتصميم وإنتاج وإصلاح السجلات الطبية الإلكترونية. - م: الصناعات الخفيفة والغذائية. 1981.

من الأفضل عدم الشرح، بل رؤية كل شيء على الفور:

لعبة مضحكة، أليس كذلك؟ ولكن الرؤية شيء، والقيام بذلك بيديك شيء آخر، لذلك دعونا نبدأ!

مخطط الجهاز:

عند تغيير المقاومة بين النقطتين PENCIL1 وPENCIL2، ينتج المُركب لحنًا من نغمات مختلفة. قد لا يتم تثبيت الأجزاء التي تحمل علامة *. بدلا من الترانزستور T1، فإن KT817 مناسب؛ BC337، بدلاً من Q1 - KT816؛ قبل الميلاد327. يرجى ملاحظة أن دبوس الترانزستورات الأصلية والتناظرية مختلف. يمكنك تنزيل لوحة الدوائر المطبوعة النهائية على موقع المؤلف.

سأقوم بتجميع الدائرة بشكل مضغوط للغاية (وهو ما لا أنصح المبتدئين بالقيام به) على اللوح، لذا فهذه هي نسختي من تخطيط الدائرة: