Генераторы для управления медленными процессами

Все описанные ниже генераторы работоспособны в диапазоне питающих напряжений +3В…+12В и генерируют сигнал треугольной формы с изменяемым углом наклона, изменяемым выходным уровнем 0В…+5В (при напряжении питания +5В), регулируемым смещением «треугольника» по уровню и изменяемой частотой от сотых долей Гц до единиц… десятков герц (в зависимости от примененных в частотозадающих цепях компонентов). Все генераторы имеют низкоомный выход и рассчитаны на использование в качестве нагрузки группы светодиодов или ламп оптронов. Схема на рис.1 собрана на ОУ СА3130 и представляет собой обычный релаксатор на базе триггера Шмитта, где частота определяется в основном компонентами PR2, C1. Регулировка частоты плавно производится с помощью потенциометра PR2. Приемлемый диапазон перестройки частоты устанавливается с помощью подстроечного резистора PR3. Угол наклона "треугольника" перестраивается потенциометром PR4. С помощью подстроечного резистора PR1 устанавливается необходимый для возникновения генерации уровень напряжения на «прямом» входе ОУ (обычно для типовой схемы релаксатора этот уровень равен 1/3 от напряжения питания, но может быть иным при использовании различных типов ОУ и напряжении питания). Сигнал с выхода ОУ поступает на высокоомный вход усилителя мощности (транзисторы VT1, VT2) и повторяется на выходе этого усилителя. Высокое входное сопротивление усилителя необходимо для исключения  влияния нагрузки на времязадающие цепи генератора. Данный генератор имеет зависимость частоты от регулировки угла наклона, что, однако не представляет каких-либо сложностей при реальном использовании (в гитарных эффектах, например).

Рис.1 Генератор на микросхеме СА3130

Генератор на рис.2 отличается от предыдущего генератора лишь применением сдвоенного ОУ и заменой полевого транзистора повторителем на ОУ.

Рис.2 Генератор на сдвоенном ОУ

Возможности генератора можно расширить за счет управления внешним импульсом, сформированным входным «музыкальным» сигналом. Схема генератора с внешним запуском / перезапуском показана на рис.3. Отрицательным входным импульсом изменения могут быть произведены на любом участке функции выходного сигнала. На рис.4 показаны изменения сигнала на выходе генератора при различных углах наклона при подаче запускающего импульса.

Рис.3 Генератор с внешним запуском   рис.4 Осциллограммы   управляющего   сигнала (эмиттер VT2)

Входные цепи для внешнего управления генератором можно ввести практически в любые генераторы путем несложной доработки. Для формирования отрицательного импульса необходим усилитель с достаточной выходной амплитудой и формирователь огибающей сигнала с необходимой полярностью импульса на выходе.

На рис.5 приведена схема генератора на таймере. Как и в схемах предыдущих генераторов, сигнал «треугольника» снимается с времязадающего конденсатора С1.

Рис.5 Схема генератора на таймере.

Схема генератора на рис.6 содержит ОУ и таймер. Некоторое усложнение схемы (относительно предыдущих схем) окупается независимостью частоты от регулировки угла наклона «треугольника» выходного сигнала.

Рис.6 Генератор с независимой регулировкой частоты и угла наклона «треугольника».

Схема генератора на логических элементах приведена на рис.7 и функционально аналогична предыдущим схемам. В генераторе могут быть применены любые микросхемы КМОП-логики (серий К561, К564, К176, 40ХХ, 45ХХ) с функциями НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, исключающее ИЛИ, - кроме элементов, содержащих триггер Шмитта на входе.

Рис.7 схема генератора на КМОП-логических элементах НЕ.

Ниже (рис.8) приведена схема перестраиваемого сдвоенного фильтра, перестройкой которого способен управлять любой из описанных выше генераторов. В данном варианте применен генератор, выполненный на логических инверторах U3.1…U3.3. Этот генератор в свою очередь может управляться входным сигналом, усиливаемым сдвоенным ОУ (U1.1, U1.2) и формируемым в перепад уровней элементами U3.4…U3.5. Чувствительность усилителя регулируется потенциометром PR2, позволяя проявляться эффекту при разных установленных уровнях входного сигнала. При смещении движка потенциометра PR5 вверх (по схеме) относительно его центрального положения, осуществляется плавное нарастание на эмиттере транзистора Q4 постоянной составляющей с последующим резким сбросом (осциллограмма «е» на рис.8). При смещении движка потенциометра PR5 вниз будет происходить спад с последующим резким подъемом (осциллограмма «ж» на рис.8). Генератор в данном случае (при смещении движка относительно центра) находится в заторможенном состоянии до прихода сигнала, но уровень наклона «треугольника» можно регулировать при этом (осциллограмма «и» на рис.8). А уровень на эмиттере транзистора Q4 фиксирован в одном из исходных крайних состояний (0 или 1, - в зависимости от положения движка PR5 относительно центра) до появления на входе устройства сигнала достаточной амплитуды (осциллограммы «г» - для коллектора Q1 и «д» - для коллектора Q2 на рис.8). Звучание инструмента (электрогитары, например) на выходе фильтра при этом напоминает звучание эффекта «Вау» или «обратного Вау». При нейтральном положении движка PR5 генератор запускается, а звучание инструмента напоминает эффект вращающегося звука (Лесли, фэйзер). Кроме того, с помощью потенциометра PR1 в звук можно внести искажения, характерные для звучания фузз-эффектов. В качестве управляющих элементов для синхронной перестройки фильтров могут быть использованы практически любые транзисторные или резисторные оптопары. Схема эффекта проверялась с оптронами PC817, АОТ101 и самодельными резисторными оптопарами. Такие оптопары можно изготовить самостоятельно, поместив их в два приема в термоусадочную светонепроницаемую трубку (рис.9).

Звучание эффекта можно прослушать здесь:
1. https://disk.yandex.ru/d/oLcVExAC3TsV1w
2. https://disk.yandex.ru/d/M_oXQZjRy4lb2g
3. https://disk.yandex.ru/d/HxpF1ra8Jey02g
4. https://disk.yandex.ru/d/Roe_wCFvy2yh5g

Рис.8 Принципиальная схема гитарного тембрового эффекта

Рис.9 Импровизированные резисторные оптопары

Любой из генераторов (схемы на рис.1…рис.7), может быть выполнен в виде отдельного, модуля с собственными регуляторами, выводимыми на лицевую панель педали (блока), с возможностью установки на плату любого из эффектов.

Возможный вариант печатной платы модуля генератора для схемы на рис.6 приведен на рис. 10.

Рис.10 Печатная плата модуля генератора

Пояснение значений регулировок.

"Глубина" (регулировки) / depth - масштабирование управляющего сигнала, позволяющее менять интенсивность перестройки оконечного устройства в диапазоне 0%...100%.

"Уровень" (смещение) / bias - сдвиг постоянной составляющей управляющего сигнала относительно оси "Х", позволяющий перестройку (регулирование) в установленном диапазоне.

"Наклон" / slope - изменение условий атаки и спада перестройки оконечного устройства.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Триггер Шмитта
• DipTrace
• Генератор