Звуковой локатор (стр. 6 из 7)

Как правило, если не все, то большинство каскадов вам всегда будет знакомо. Тогда остается разобраться во взаимодействии их друг с другом. Например, в плате рисунка 16 (см. приложения) первые два каскада вам должны быть известны.

Каскад на транзисторе T₁—это электрический фильтр. Работает он так же, как и электронное реле, с той лишь разницей, что реагирует только на сигнал со строго определенной частотой. Когда сигнал на вход каскада не подается или подается с частотой, не равной частоте настройки фильтра, транзистор заперт.

Как вы думаете, почему в плате используется селективное электронное реле? То есть такое реле, которое реагирует на сигнал с определенной ча стотой, равной резонансной частоте контура L₁C₁.

С выхода первого каскада (см. приложения, рисунок 16) сигнал через резистор R₄ поступает на эмиттерный повторитель, собранный на транзисторе Т₂. Напряжение на его выходе полностью повторяет сигнал на входе.

Нагрузкой эмиттерного повторителя служит каскад на транзисторе Т₃. Это и есть генератор звуковых частот. Когда транзистор T1заперт, все напряжение питания платы через резисторы R₃ и R₄ прикладывается к базе транзистора Т₂ и далее на схему генератора. В результате генератор генерирует звуковые колебания. Когда транзистор T1открыт — генератор не работает, напряжение на него не подается.

Генератор, генерировать... Как часто мы произносим эти слова. А что такое генератор?

Если обратиться к «Словарю радиолюбителя» С. Э. Хайкина (1966), то там сказано так: «Генератор — это прибор, генерирующий (создающий) электрические напряжения или токи». Кибернетику трудно согласиться с таким определением. На любое незнакомое устройство он смотрит как на «черный ящик» и старается прежде всего исследовать его входной и выходной сигналы.

Физика это положение тоже подтверждает. Из нее вы знаете, что перпетуум мобиле невозможен!

Чтобы генератор генерировал, на него нужно подавать питающее напряжение. Это и будет в конкретном случае входным сигналом разбираемого «черного ящика». Выходным сигналом является генерируемое переменное напряжение звуковой частоты. Если входной сигнал отсутствует, то есть если на схему генератора не подается питающего напряжения, то, естественно, выходной сигнал будет равен нулю.

Внутренности генератора могут быть самыми разными. Но во всех случаях в схеме должен быть усилитель с коэффициентом усиления больше единицы, охваченный положительной обратной связью.

Разберем, как действует положительная обратная связь в схеме рисунка 16 (см. приложения).

Усилитель в схеме найти нетрудно. Он собран на транзисторе Т₃. Его нагрузкой является колебательный контур L₂, C₃, С₄. Подобный усилитель в радиотехнике называется резонансным усилителем. Ему не безразлично, какой сигнал усиливать. Если частота входного сигнала близка к резонансной частоте контура, коэффициент усиления резко возрастает. Для всех остальных частот он может быть даже меньше единицы. Вот почему рассматриваемую схему еще называют селективным усилителем.

Цепь положительной обратной связи — это провод, идущий от конденсаторов С₃—С₄ к резистору R_7. Поскольку используется селективный усилитель, то схема будет генерировать сигнал только с частотой, равной резонансной частоте контура L₂, C₃, С₄. Это потому, что положительная обратная связь работает только на этой частоте. Перестройку частоты проще всего производить, изменяя индуктивность катушки сердечником подстройки.

В схеме генератора можно использовать и обычный усилитель, где нагрузкой является резистор. Но в этом случае условия генерации соблюдаются одновременно для большого числа гармонических сигналов с различными частотами. Получится обычный мультивибратор, с работой которого вы уже знакомы по второй главе.

На этом разбор схемы звукового генератора и детектора закончим.

Чертеж и монтажная схема даны на рисунке 8.

Катушки L₁и L₂ намотайте, используя ферритовый броневой сердечник типа СБ-14 или ОБ-12. Число витков — 200—250, провод — ПЭ 0,1.

Налаживание платы лучше начинать с генератора. Подайте на него от двух последовательно включенных батареек 3336Л необходимое напряжение и подбором резистора R₅ добейтесь, чтобы схема генерировала. Подключите к точкам 6—7 высокоомные головные телефоны, и вы услышите довольно громкий писклявый тон. Генератор работает. Измерьте частоту выходного сигнала. Если она значительно отличается от 5000 Гц, то попробуйте сердечником катушки L₂ перестроить индуктивность. Когда и это не помогает, изменяйте число витков катушки.

Вторым настраивается селективное реле на транзисторе T₁. Резонансная частота должна равняться частоте сигнала генератора. В противном случае придется подстраивать контур L₁C₁.

Для окончательной проверки платы восстановите схему и включите питание. В телефонах, подключенных на выход (точки 6—7), вы услышите звук. Соедините коллектор транзистора Т₁ с общим проводом питания, звук должен пропасть. Напряжение питания в этом случае на генератор не подается. Вот почему он замолчал.

Тот же результат вы получите, если точку 2 соедините с точкой 1. Транзистор T₁откроется, и, как результат, напряжение на его коллекторе упадет до нуля.

Испытания схемы подтвердят вам не только исправную работу всех трех каскадов, но и правильное их совместное функционирование. Ни одну плату, а тем более такую сложную, как эта, нельзя ставить в устройство без предварительной проверки.

Частотомер

Это прибор, на вход которого подается электрический сигнал неизвестной частоты напряжением 1—5 В. Частота определяется непосредственно по стрелочному прибору, шкала которого размечена в герцах. И что самое ценное, в описываемом частотомере никакой предварительной градуировки не требуется. Все достигается расчетным путем с вполне достаточной для нас точностью.

При использовании частотомера в модели звукового локатора шкалу удобнее разметить прямо в метрах до препятствия. Как перевести метры в герцы и наоборот, я уже писал в начале раздела.

Схемачастотомера приведена на рисунке 18 (см. приложения). Принцип измерения основан на заряде и разряде конденсатора С₂. Проследим с самого начала, как все получается. Во-первых, это поможет понять работу прибора, а во-вторых, нам нужно вывести формулу, которая бы связала показания миллиамперметра с измеряемой частотой сигнала.

Измеряемый сигнал через конденсатор С₁и ограничительный резистор R₂ поступает на базу транзистора T₁. Посмотрите повнимательнее на схему: то, что нарисовано слева, — это самый обычный каскад усиления напряжения. Единственное, что может вас смутить, так это несколько необычная его нагрузка, состоящая из двух диодов Д₁и Д₂ и стрелочного прибора.

Рабочая точка транзистора выбирается строго на середине линейного участка, что достигается соответствующим подбором резистора R₁. В результате на выходе каскада на резисторе К₃ имеем ограниченное с двух сторон переменное напряжение неизвестной частоты. Но это только тогда, когда величина входного сигнала превышает 1 В. Вот почему каждый раз перед определением частоты неизвестного сигнала требуется измерить его напряжение.

Когда транзистор T₁заперт, все напряжение источника питания прикладывается к конденсатору С₂, последовательно включенному с диодом Д1 и миллиамперметром. Диод Д₂ в этот момент заперт, так как включен в обратном направлении. Конденсатор С₂ будет заряжаться. Его зарядный ток, проходя по рамке прибора, вызовет отклонение стрелки, пропорциональное среднему значению проходящего тока.

В тот момент, когда транзистор tiоткрыт, конденсатор С₂ разряжается через диод Д₂ и проходное сопротивление коллектор—эмиттер транзистора.

Постоянные времени цепей заряда и разряда выбраны таким образом, что при каждом цикле заряд — разряд конденсатор успевает зарядиться до напряжения источника питания и разрядиться до нуля. Поэтому можно считать, что полный заряд конденсатора равен:

где Q—заряд конденсатора, а E_б—напряжение источника. Об этой формуле вы можете прочитать в учебнике по физике для 10-го класса.

Весь ток электрического заряда протекает через миллиамперметр за время одного периода измеряемого сигнала — Т_изм. Отсюда среднее значение тока, то есть ток, который показывает прибор, равен:

где f_изм— частота в герцах. Остальные обозначения вам уже известны. Чтобы получить окончательное выражение формулы. Q мы заменили на

Теперь решим полученное выражение относительно f_изм и получим искомую формулу, связывающую частоту сигнала с показаниями миллиамперметра:

где С₂ — емкость в микрофарадах, Iпр — показания стрелочного прибора в миллиамперах, Е_б—напряжение источника питания в вольтах, Е_б = 9 В.

Емкость конденсатора и напряжение питания постоянны. Следовательно, ток, проходящий через прибор, зависит только от измеряемой частоты сигнала. При конденсаторе С₂ = 1,1 мкФ расчетная формула принимает вид:

Например, прибор показывает ток, равный 0,5 мА. В этом случае измеряемая частота равна 50 Гц.