Имитатор звука костра

Каждый день отдаляет нас от пионерского лета, но еще у многих свежи вспоминания о днях, проведенных в пионерском лагере, о пионерском костра с потрескивающими ветками и летящими ввысь искрами...

Но в школе ведь тоже можно устроить интересный пионерский костер. «Пламенем» а нем будут алые бумажные или матерчатые ленточки, подсвечиваемые лампами и раздуваемые из стороны в сторону вентилятором. Звуки же характерного потрескивания поможет воспроизвести описываемый ниже имитатор. Он найдет также применение при озвучивании любительских кинофильмов, школьных спектаклей или как приставка к электрокамину.

Если прислушаться к горящему костру, нетрудно заметить, что раздающиеся звуки-щелчки имеют различную тональность, изменяющуюся случайным образом в некотором диапазоне. Случайно изменяется и период следования щелчков.

Эти особенности звука костра воспроизводятся имитатором. Принцип работы его прост. Генератор шума вырабатывает сигнал, изменяющийся во времени по случайному закону (рис. l, а). Из такого сигнала выделяется низкочастотная составляющая (рис. 1, б), которая подается на пороговое устройство с достаточно большим порогом срабатывания. В результате получаются короткие импульсы с требуемыми характеристиками (рис. 1, в).

Рассмотрим принципиальную схему имитатора (рис. 2). В качестве исходного сигнала использован дробовый шум p-n перехода стабилитрона VD1, который, как известно, имеет широкий частотный спектр — от единиц до миллионов герц. В нашем случае используются низкочастотные составляющие спектра. Для получения «шумового» режима ток через стабилитрон выбран небольшим — приблизительно 40 мкА (он определяется сопротивлением резистора R1).

Амплитуда шумового напряжения, получаемого на стабилитроне, невелика (менее 3 мВ), поэтому его усиливает каскад на операционном усилителе (ОУ) DA1. Коэффициент передачи каскада определяется отношением (R4+R6)/R2 и при указанных номиналах резисторов составляет 250...300. Конденсатор C1 — разделительный. Он пропускает на вход ОУ лишь переменную оставляющую напряжения. Резистор R3 компенсирует действие входного тока инвертирующего входа ОУ.

Напряжение на выходе ОУ имеет вид, показанный на рис. 1, а. Если его сразу подать на пороговое устройство, выходные импульсы будут слишком короткими из-за наличия в шумовом сигнале высокочастотных составляющих. Поэтому перед пороговым устройством установлен активный фильтр нижних частот (ФНЧ), собранный на операционном усилителе DA2. Он пропускает только низкочастотные сигналы. Частота среза фильтра определяется сопротивлением резисторов R7—R9 и емкостью конденсаторов C4—C6 и при указанных на схеме номиналах составляет приблизительно 400 Гц.

Конденсаторы C3, C7 — разделительные. Резисторы R10, R11 образуют делитель напряжения, которым задается коэффициент передачи ФНЧ. Резистор R6 обеспечивает связь по постоянному току неинвертирующего входа ОУ DA2 с общим проводом. На параметры ФНЧ этот резистор не влияет, но если его исключить, то из-за наличия у операционного усилителя входного тока постоянное напряжение на его неинвертирующем входе будет расти до тех пор, пока фильтр не вы идет из рабочего режима. Вид выходного напряжений ФНЧ показан на рис. 1, б.

Через конденсатор С7 выходное напряжение ФНЧ подается на пороговое устройство — каскад на транзисторе VT1. Напряжение смещения на базе транзистора задается резисторами R12, R13; оно выбрано таким, что транзистор насыщен. Сигнал на выход устройства почти не проходит. Если на вход каскада подать отрицательное напряжение, превышающее некоторое значение, устанавливаемое резистором R13, транзистор выйдет из насыщения и каскад перейдет в усилительный режим, пропуская надпороговую часть входного сигнала (рис. 1, в).

Если к выходу рассмотренного каскада подключить усилитель с динамической головкой, будут слышны громкие сухие щелчки. Кроме того, в интервалах между щелчками будет прослушиваться негромкий шум, напоминающий гудение пламени костра. Этот шум представляет собой ослабленный низкочастотный сигнал, прошедший через насыщенный транзистор VT1. Подбором резистора R14 можно установить желаемую громкость шума. Резистор R15 определяет ток коллектора транзистора VT1.

Каскад на транзисторе VT2 — усилительный. Он увеличивает амплитуду выходного сигнала и исключает влияние нагрузки — усилителя ЗЧ на работу имитатора. Переменным резистором R20 можно плавно изменять амплитуду подаваемого на усилитель ЗЧ сигнала. Конденсатор C9 устраняет излишнюю «сухость» щелчков.

Выходной сигнал имитатора может достигать амплитуды 0,1 В — такой чувствительностью должен обладать усилитель ЗЧ, мощность которого зависит от назначения имитатора. Конечно, имитатор можно подключать к усилителю радиоприемника, магнитофона, телевизора.

Питается имитатор двуполярным постоянным напряжением 12... 14 В, которое может быть получено с помощью блока, схема которого изображена на рис. 3. Он состоит из понижающего трансформатора T1, двухполупериодного выпрямителя на диодах VD2—VD5, конденсаторов фильтра C11, C12 и двух параметрических стабилизаторов — R21VD6 и R22VD7.

В имитаторе могут быть использованы постоянные резисторы МЛТ-0,125, МЛТ-0,25 или МЛТ-0,5. Подстроечный и переменный резисторы — СПО-0,5, СПЗ или другие. Оксидные конденсаторы — K50-12; конденсатор С1 должен быть с малым током утечки, например, K52-1; конденсатор C10 — МБМ, остальные — КЛС, КМ-4, КМ-5. Кроме указанных на схеме, подойдут транзисторы КТ315А, КТ315Г, операционный усилитель К140УД8А (можно другие ОУ серий К140, К153, К544, но придется изменить чертеж печатной платы). Вместо стабилитрона Д814А можно применять Д808, вместо Д814Д — Д813, вместо диодов КД103А — любые другие диоды, рассчитанные на выпрямленный ток не менее 50 мА и обратное напряжение не ниже 50 В.

На такие детали и рассчитаны печатные платы, на одной из которых (рис. 4) смонтирован имитатор, на другой (рис. 5) — выпрямитель со стабилизаторами. Монтаж на плате имитатора сравнительно плотный, поэтому резисторы на ней монтируют вертикально (рис. 6, б), надевая на короткий вывод резистора отрезок поливиннлхлоридной трубки длиной 2...3 мм. Выводы операционных усилителей перед пайкой формуют (рис. 6, в), соблюдая показанное на рис. 4 расположение ключа. Платы скрепляют друг с другом (печатными проводниками наружу) и с корпусом устройства четырьмя шпильками (рис. 6, а) с резьбой М4 на концах. На каждую шпильку между платами надевают втулку.

Внутри корпуса (он может быть любой конструкции) устанавливают трансформатор питания и соединяют его с выпрямителем с помощью разъема XT1. Трансформатор может быть готовый, маломощный, с двумя вторичными обмотками с напряжением по 12,6 В при токе нагрузки до 50 мА. Самодельный трансформатор выполняют на магнитопроводе Ш12x16. Обмотка 1 должна содержать 5000 витков провода ПЭВ-1 0,07, обмотка II — 2x320 витков провода ПЭВ-1 0,15. Половины вторичной обмотки желательно наматывать одновременно, в два провода, соединив затем конец одной обмотки с началом другой.

В удобном месте внутри корпуса устанавливают подстроечный резистор R13, а на лицевой стенке корпуса — переменный R20. Соединять выводы резисторов с платой желательно экранированным проводом. Такой же провод нужно использовать при подключении имитатора к усилителю. Возможен вариант монтажа имитатора в общем корпусе с усилителем.

Налаживание имитатора начинают с проверки напряжений на выходе стабилизаторов (на выводах стабилитронов VD6, VD7), которые должны быть в пределах 10...15 В (при потребляемом имитатором токе до 20 мА). Далее перемещением движка подстроечного резистора R13 добиваются естественной частоты «потрескивания». Если звуки щелчки отсутствуют или слышен постоянный громкий треск, придется подобрать резисторы R10, R11 или один из них. Можно также подобрать резистор R2 в пределах 5...20 кОм.

Возможно, что и эти меры окажутся малоэффективными. Это укажет на отличие напряжения шума стабилитрона от нужного значения. Дело в том, что уровень шума стабилитронов не нормируется и может существенно отличаться даже у приборов одной серии. Поэтому при налаживании имитатора иногда требуется заменить стабилитрон таким же, чтобы получить нужный эффект.

Если есть осциллограф или милливольтметр переменного тока, желательно измерить амплитуду напряжения на выходах ОУ. На выходе DA1 (вывод 7) она должна быть 0,5...1,5 В, на выходе DA2 — 50...150 мВ.

При необходимости тональность сигналов-щелчков можно немного изменить подбором конденсатора C9.

М. ШИРШОВ

г. Тула

РАДИО № 10, 1986 г. с. 50-52.