Генератор звуковых колебаний

Звуковой генератор является одним из основных измерительных приборов, с помощью которого можно легко и быстро наладить и отрегулировать любой усилитель низкой частоты, громкоговоритель или звукозаписывающую установку.

При наличии же катодного осциллографа и высокочастотного гетеродина он дает возможность производить все необходимые измерения и исследования радиоприемников, усилителей и другой радиоаппаратуры.

Звуковой генератор должен давать колебания в широком диапазоне частот от 30 до 10000—15000 гц, причем изменение частоты колебаний должно быть плавным, а форма колебаний возможно ближе подходить к синусоидальной.

При этом мощность и напряжение генерируемых колебаний должны быть достаточны для питания входных цепей измеряемых устройств и присоединенных к ним измерительных приборов. ,Из существующих в настоящее время типов генераторов всем этим требованиям удовлетворяет только генератор на биениях.

Он состоит обычно из двух высокочастотных генераторов, преобразователя частоты и усилителя низкой частоты. Практически схема его еще усложняется необходимостью применения: буферного каскада, фильтра высокой частоты и т. д. Изготовить такой генератор своими силами довольно сложно и обходится он сравнительно дорого.

Б. А. Медведев разработал и построил звуковой генератор, работа которого основана на совершенно ином принципе. Он принадлежит к классу генератора RC, т. е. генераторов, не имеющих катушек индуктивности и генерирующих непосредственно низкочастотные колебания.

Он прост но своему устройству и постройка его обходится значительно дешевле генератора на биениях, так как он состоит всего лишь из трех ламп, нескольких конденсаторов постоянной емкости, обычного сдвоенного блока переменных конденсаторов и сопротивлений; катушки, фильтры, преобразовательные и буферные каскады в нем отсутствуют. По качеству же работы такой генератор не уступает генератору на биениях.

Описываемый звуковой генератор имеет плавно перекрываемый диапазон частот от 30 до 12 000 гц, разбитый на три поддиапазона. Мощность на выходе—0,1—0,2 вт. Выходное напряжение может меняться от 0 до 2 в и от 0 до 80 в.

Принцип работы

Прежде чем перейти к описанию устройства генератора, остановимся на принципе его работы.

Как известно, для превращения любого усилителя в генератор необходимо часть его выходного напряжения подать обратно на вход. При этом подаваемое на вход напряжение должно быть в фазе с напряжением, действующим на сетке первой лампы (так называемое условие фаз). Кроме того подводимое на вход напряжение должно быть достаточной величины, чтобы усиление превышало затухание в цепи обратной связи (так называемое условие амплитуд).

Этим условиям удовлетворяет показанная на фиг. 1 схема усилителя на сопротивлениях. От анода второй лампы (т. е. выхода усилителя), часть выходного напряжения через потенциометр R1, R2 подается на сетку первом лампы, а так как каждая лампа поворачивает фазу напряжения на 180°, то на аноде второй лампы напряжение находится в фазе с напряжением, действующим на сетке первой лампы.

Схема обычного усилителя низкой частоты с добавлением цепи обратной связи

Фиг. 1. Схема обычного усилителя низкой частоты с добавлением цепи обратной связи.

Схема усилителя низкой частоты с измененной цепью обратной связи

Фиг. 2. Схема усилителя низкой частоты с измененной цепью обратной связи.

Величину напряжения, подаваемого на вход усилителя можно изменять в широких пределах с помощью потенциометра R1, R2 так, что и условие амплитуд всегда может быть выполнено.

Однако, форма колебаний генерируемых таким генератором, будет весьма далекой от синусоидальной вследствие обилия содержащихся в них гармоник.

Это объясняется тем, что собранный по схеме фиг. 1 генератор генерирует одновременно разные частоты и условие фаз и амплитуд выполняется одновременно для любой частоты, так как каждая лампа поворачивает фазу колебаний на 180° независимо от частоты.

Чтобы усилитель генерировал только одну определенную частоту, необходимо, чтобы условие фаз и амплитуд соблюдалось только для этой частоты и нарушалось для всех других; в этом случае генератор будет давать чисто синусоидальные колебания вполне определенной частоты.

На фиг. 2 показан тот же усилитель, но цепь обратной связи здесь выполнена несколько иначе. Она, как и на фиг. 1, представляет собой тот же потенциометр, но состоит он не только из сопротивлений, но и из конденсаторов, включенных как в верхнюю, так и в нижнюю его части. На фиг. 6 показана зависимость сопротивлений элементов такого потенциометра от частоты конденсаторов С1, и С2.

Как известно, сопротивление конденсатора переменному току уменьшается с повышением частоты. Поэтому оно изобразится кривой 1. Омические же сопротивления R1 и R2 от частоты не зависят и поэтому изобразятся прямой 2.

Зависимость сопротивления элементов потенциометра от частоты

Фиг. 3. Зависимость сопротивления элементов потенциометра от частоты.

Полное сопротивление Z1, верхней части потенциометра является геометрической суммой емкостного сопротивления

формула

конденсатора Сj и омического сопротивления R1, и его зависимость от частоты изобразится кривой 3. Полное сопротивление Z2 нижней части потенциометра, состоящей из параллельно включенных С2 и R2, изобразится кривой 4.

Величина U2 напряжения, снимаемого с нижней части потенциометра, зависит от соотношения полных сопротивлений его плеч (Z1 и Z2) и выражается формулой

формула

Изменение величины U2 от частоты изображено на фиг. 3 кривой 5. Эта кривая имеет такую же форму, как и кривая обычного резонансного контура, хотя потенциометр и не содержит катушек индуктивности, необходимых для образования, такого контура.

Рассмотрим теперь работу этого потенциометра с точки зрения фазы.

Можно показать, что напряжение U2 будет находиться в фазе с напряжением U только на той частоте, при которой произведение из емкостных сопротивлений конденсаторов С1 и С2 будет равно произведению омических сопротивлений R1 и R2. Если при этом сопротивление конденсаторов С1 и С2 и сопротивления R1 и R2 равны между собой, то U2 будет наибольшим (и будет равно примерно ЗЗ% от U).

Это значит, что если для этой частоты осуществляются условия самовозбуждения, то для всякой другой частоты как условие фаз, так и условие амплитуд нарушается. Следовательно, наш генератор должен будет генерировать только одну частоту и давать синусоидальные колебания.

Конечно, применив в цепи обратной связи обычный колебательный контур, мы также получили бы генератор синусоидальных колебаний.

Однако, потенциометр, кроме своей простоты и дешевизны обладает еще другим, более значительным, преимуществом перед колебательным контуром.

Так, для изменения частоты потенциометром, наіпример, в 10 раз потребуется изменить R или С также в 10 раз, тогда как в обычном контуре для этого пришлось бы изменить L или С в 100 раз.

Для звукового генератора, имеющего обычно диапазон от 25 до 15 000 гц, отношение частот равно 600. Следовательно для осуществления плавного перекрытия этого диапазона обычным контуром пришлось бы изменять L или С в 36000 раз, что практически сделать весьма сложно. Между тем, перекрытие этого же диапазона частот при помощи потенциометра не составляет труда.

Так как обычный переменный конденсатор изменяет свою емкость более чем в 10 раз, то, разбив весь диапазон на три части, можно не только перекрыть весь диапазон, но получить еще и достаточный запас перекрытия между поддиапазонами.

Схема генератора

Схема звукового генератора (фиг. 4), как уже говорилось выше, весьма проста и мало отличается от обычного усилителя на сопротивлениях. Плавное изменение частоты производится переменными конденсаторами С1 и С2) представляющими собой обычный сдвоенный агрегат.

Изменение же частоты скачками осуществляется переключением сопротивлений при помощи переключателей П1 и П2. Величина напряжения, передаваемого на сетку первой лампы, составляет одну треть от напряжения на аноде второй лампы; такая величина оказывается слишком большой по сравнению С той, какая необходима для обеспечения самовозбуждения.

Поэтому в схему введена отрицательная обратная связь, подаваемая при помощи сопротивлений R9 и R10. Величина отрицательной обратной связи берется такой, чтобы коэффициент усиления двух первых ламп был равен приблизительно трем.

Принципиальная схема лампового звукового генератора

Фиг. 4. Принципиальная схема лампового звукового генератора.

Для обеспечения работы генератора вблизи порога генерации, что необходимо для получения наиболее правильной формы колебаний, сопротивление R10 делается переменным.

Третья лампа является усилителем мощности и, кроме того, служит для предотвращения влияния нагрузки на частоту генерируемых колебаний. Напряжение звуковой частоты, подаваемое на сетку усилительной ламіпы, регулируется потенциометром R13.

Выход последнего каскада выполнен .по схеме сопротивление—трансформатор (параллельное питание). При этой схеме выходной трансформатор работает без подмагничивающего тока и позволяет получать на выходе два напряжения при наличии у него только одной вторичной обмотки.

Высоковольтный выход (до 80—100 в) предназначен для подачи колебаний на катодный осциллограф. В этом случае можно не применять усилителя в самом осциллографе и, следовательно,

избежать лишних искажений. Низковольтный выход (до 2 в) используется для подачи колебаний на вход испытываемой аппаратуры. Параллельно вторичной обмотке выходного трансформатора подключен купроксный вольтметр, служащий индикатором выходного напряжения. При желании стрелочный вольтметр можно заменить оптическим индикатором (лампой 6Е5)

Силовая часть схемы—обычная. Генератор дает следующие частоты: на первом поддиапазоне от 25 до 250 гц, и а втором—от 200 до 2000 гц, на третьем—от 1 200 до 12 000 гц.

Детали

Генератор собран из готовых фабричных деталей. Некоторые из них должны удовлетворять повышенным требованиям. Так, агрегат переменных конденсаторов, являющийся основной деталью, от которой зависит точность градуировки и стабильность частоты генератора, должен быть собран на шарикоподшипниках.

Сопротивление изоляции между его ротором и статором должно быть не менее 500 мгом, причем ротор его должен быть хорошо изолирован от земли. Для этой цели следует применить втулки из какого-либо изоляционного материала.

Ручка для вращения конденсаторов должна быть сделана из хорошего изолятора, в противном случае будет сказываться на частоту генерируемых колебаний влияние руки оператора.

В качестве переключателя поддиапазонов П1—П2 можно рекомендовать обычный телефонный ключ на три положения с пружинными контактами. Однако, его следует предварительно проверить на изоляцию, так как попадаются отдельные экземпляры очень низкого качества.

Выходной трансформатор имеет следующие данные: железо Ш-10, толщина сердечника 15 мм. Первичная обмотка состоит из 8 000 витков, ПЭ-0,08; вторичная обмотка—из 400 витков, ПЭ-0,12.

В качестве измерителя напряжения выхода применен вольтметр на 2 в, дающий полное отклонение стрелки при токе в 0,8 ма. Вольтметр подключается к выводам вторичной обмотки трансформатора через купроксный выпрямитель, собранный «а схеме моста.

Силовой трансформатор взят от приемника ЭКЛ-34. К обмотке накала ламп добавлено восемь витков. Домотку этих витков можно произвести, не разбирая трансформатора. Соответственно выбранному силовому трансформатору в качестве выпрямительной лампы не пользован кенотрон типа ВО-188.

Дроссель имеет железный серде:чник сечением около 2 см^2. Обмотка его состоит из 2200 витков.

Шкала (фиг. 5) сделана из листового эбонита толщиной около 2 мм. На ней наносятся чеігыре полуокружности. Наибольшая из них делится на 100 равных частей и служит вспомогательной шкалой при градуировке генератора. После градуировки генератора частоты в герцах наносятся на следующие три полуокружности.

Устройство шкалы для звукового генератора

Фиг. 5. Устройство шкалы для звукового генератора.

Для получения хорошей видимости рисок шкала натирается мелом, замешанным на воде с добавлением столярного клея. Указатель шкалы изготовляется из пластинки плексиглаза.

На нем делается продольная риска и затирается затем тушью. Пластинка крепится к ручке двумя винтами.

Вместо лампы 6К7 можно применить лампу 6Ф6. В этом случае надо несколько уменьшить сопротивление R7 и R8.

Данные резисторов для схемы генератора звуковых колебаний

Конструкция

Генератор собирается на алюминиевой угловой панели. Она вставляется в дюралюминиевый кожух размером 200Х X150X160 мм.

Соблюдать какие-либо особые условия в расположении деталей и соединительных проводников в данной конструкции не требуется, так как незначительное усиление, приходящееся на каскад, и относительно небольшие напряжения, действующие в цепях, исключают возможность взаимного влияния, способного ухудшить работу генератора.

На передней панели расположены: ручка настройки на заданную частоту (от блока переменных конденсаторов), ручка регулировки возбуждения (от переменного сопротивления R10 в цепи обратной отрицательной связи), ручка регулировки выходного напряжения (от переменного сопротивления R13 ) и ручка переключения поддиапазонов (от .переключателя сопротивлений П1—П2). Кроме того, на этой же панели помещен вольтметр и три выходные клеммы.

Налаживание

Собранный генератор должен заработать сразу же после сборки, если, конечно, не допущено ошибок при монтаже. Все налаживание сводится лишь к тому, чтобы установить порог генерации на всех поддиапазонах при од нор и том же положении регулятора возбуждения.

Достигается это изменением соотношения сопротивлений, находящихся в верхней и нижней частях потенциометра обратной положительной связи.

Следует иметь в виду, что увеличение сопротивления верхней части потенциометра ослабляет обратную связь, а увеличение сопротивления нижней его части—увеличивает ее.

Далее надо убедиться в том, что между соседними поддиапазонами имеется достаточное перекрытие. Для этого к выходу генератора подключают динамик или тѳлефон и проверяют на слух, можно ли получить одну и ту же частоту на двух соседних поддиапазонах. Для подгонки частот следует изменять величины сопротивлений в цепи потенциометра положительной обратной связи.

Так как параллельно конденсатору переменной емкости в нижней части потенциометра приключена входная емкость лампы, то для уравнивания емкостей по диапазону в схеме имеется полупеременный подстроечный конденсатор С12, включенный параллельно переменному конденсатору Су.

При налаживании генератора емкость подстроечного конденсатора устанавливают такой величины, чтобы возбуждение начиналось в любой части поддиапазона при одном и том же положении ручки потенциометра обратной отрицательной связи.

Увеличение емкости С12 способствует самовозбуждению на высоких частотах каждого поддиапазона, а уменьшение ее затрудняет генерацию высоких частот. На низких частотах каждого поддиапазона емкость подстроечного конденсатора почти не изменяет порога генерации.

Градуировка

Градуировку лучше всего производить с помощью другого точно отградуированного звукового генератора. Если же этого сделать не представляется возможным, то довольно точно можно отградуировать его одним из следующих способов.

При наличии катодного осциллографа используется частота городской сети (50 гц), с которой синхронизируется развертка осциллографа. Подсчитывая на экране осциллографа число периодов, подаваемых, от генератора, можно получить ряд точек до 500 гц через каждые 50 гц.

Затем, установив частоту развертки осциллографа так, что «при частоте генератора в 500 гц на экране уложился бы один период, и повторяя всю операцию, получают следующий ряд точек через каждые 500 гц вплоть до 5 000 гц. Таким способом, можно проградуировать генератор в пределах всего диапазона частот.

При отсутствии осциллографа генератор можно довольно точно отградуировать по роялю или пианино. У .рояля, настроенного по камертону, частота среднего «до» имеет частоту в 256 гц. Каждое следующее «до» имеет по сравнению с предыдущим удвоенную частоту. Приключив к генератору Динамик и подбирая на слух совпадение высоты тона рояля и генератора, можно получить большое количество точек в диапазоне частот от 36 до 8000 гц.

При измерении усилителей и радиоприемников нужно подавать на их входы очень 'малые напряжения—порядка нескольких милливольт. Для уменьшения напряжения следует собрать делитель, собранный в виде потенциометра из постоянных сопротивлений, как это показано «а фиг. 6.

Схема делителя напряжения для звукового генератора

Фиг. 6. Схема делителя напряжения для звукового генератора.

Такой делитель, подключаемый к выходным зажимам генератора, позволяет уменьшать его напряжение в 10, 50, 100, 500 и 1 000 раз. Подключая про вод а к тому или иному отводу от делителя, можно получать самые различные напряжения, начиная с долей милливольта.

Б. А. Медведев, г. Ленинград.

1
2016
Добавить комментарий