Что такое генератор звуковых колебаний

ТОП-5 виртуальных генераторов звуковых частот для ПК и смартфонов

Необходимо выполнить тестирование звукового оборудования, синтезировать частоты или шум? Это может потребоваться для калибровки звука, добавления необычных эффектов при создании мелодии и подкаста, проверки возможностей звуковой карты, настройки музыкальных инструментов и т.д. Для синтеза сигнала вам потребуется программа генератор звуковых частот на ПК или смартфон. В этой статье мы рассмотрим лучшие приложения, которые подходят для разных уровней подготовки.

АудиоМАСТЕР

Простой звуковой редактор с функциями генератора частотных сигналов и шумовых аудиоэффектов, который подходит начинающим пользователям. Он предлагает опции для монтажа и коррекции аудио, звукозаписи и создания атмосферы, применения фильтров и нормализации звучания.

Встроенный генератор позволяет создать звуковую волну с нуля, а также записать ее уже поверх готового трека на компьютере. Софт поддерживает воспроизведение нескольких видов аудиоволн: синусоида, прямоугольник и треугольник. Вы сможете установить громкость и длительность сигнала, метод вставки и значение частоты. Программа поддерживает параметр от 1 до 100 000 ГЦ.

С помощью минимальной или максимальной частоты можно проверить функциональность динамиков. Средние значения позволят получить необычный эффект в музыкальной композиции или подкасте.

Перед применением опции у вас будет возможность прослушать материал и скорректировать данные.

Также АудиоМАСТЕР способен синтезировать шумы. Вы можете наложить или добавить белый, розовый и коричневый шум. Софт позволит настроить громкость и длительность данных.

Преимущества:

генерирует частоту и шум в файл с ПК;
выполняет спектральный анализ;
позволяет наложить звуковые эффекты;
микширует треки и производит аудиомонтаж;
содержит встроенный 10-полосный эквалайзер;
предлагает готовые частотные фильтры;
поддерживает все популярные форматы;
имеет простой русскоязычный интерфейс;
работает на всех версиях Windows.

Генератор звуковых частот скачать бесплатно можно по ссылке ниже. Он не требователен к ресурсам системы и работает на слабых ПК и ноутбуках.

Tone Generator

Удобный генератор звуковых волн низкой частоты с тонкими настройками, скачать который можно бесплатно с веб-страницы разработчика. В отличии от предыдущего редактора, этот – в первую очередь предназначен для любителей радио, калибровки аудио устройств и проверки звуковых карт, то есть использовать его как дополнительный инструмент для обработки аудио не получится.

С его помощью можно синтезировать звуковые частоты, создавать логарифмическую развертку и формы шумовых сигналов. Он формирует синусоидальные, прямоугольные, пилообразные, импульсивные, треугольные и пульсирующие волны. Вы сможете работать с частотой 1 ГЦ — 22 кГЦ, а амплитуда сигнала может составлять 0.5 B.

Меню Tone Generator

Программа Tone Generator предлагает несколько версий: бесплатная с ограниченным функционалом и платные пакеты Lite и Professional. Для сохранения тонов на компьютер, потребуется последняя версия Professional стоимостью 28 долларов. Она позволит выводить данные в формате WAV.

Преимущества:

имеет встроенный тонгенератор, позволяющий создать и воспроизвести до 16 тонов;
предлагает моно и стерео режимы;
поддерживает белый и цветной шумы;
работает на Windows, MacOS, iPhone, iPad, Android, Kindle.

нет регулятора ослабления амплитуды;
нельзя формировать сигнал по заданным параметрам, например, по скважности;
для доступа к полному функционалу требуется платная версия софта;
англоязычный интерфейс.

AudioWave

Двухканальный виртуальный генератор звуковых частот на ПК, который производит синусоидальные и шумовые сигналы. Он прекрасно подходит для проверки подключенных к компьютеру устройств, оценки звуковой карты и настройки всего звукового оборудования.

Приложение создает сигналы различной формы с подходящей частотой и амплитудой. Вам будут доступны следующие формы несущей волны: синусоидальная, пилообразная, треугольная, прямоугольная и т.д. Максимальная длительность данных — 10 минут. Их можно сохранить на ПК в качестве файла PST.

Коррекция материала в AudioWave

AudioWave можно загрузить на пробный период. Затем генератор синуса необходимо приобрести за 49.90€.

Преимущества:

большой частотный диапазон: от 1 ГЦ до 20кГЦ;
предлагает инструменты для автоматического изменения частоты;
сохраняет настройки в качестве предустановок;
редактирует параметры для левого и правого каналов по отдельности;
возможен прямой ввод с клавиатуры.

длительность модулированных сигналов ограничена 60 секундами;
не подходит начинающим пользователям;
отсутствует меню и поддержка на русском языке;
высокая стоимость покупки.

Daqarta

Профессиональное программное обеспечение предназначено для анализа стационарного оборудования и генерации аудиосигналов в режиме реального времени. Осциллограф поддерживает частоту до 256 кГЦ и медленную дискретизацию входного сигнала. Также с его помощью можно оценивать файлы с компьютеры и сохранять отчет об аудиотреке.

Daqarta позволяет моделировать разные формы волн, генерирует белый и цветной шум, работает с левым и правым каналами по-отдельности, управляет амплитудой, поддерживает свип-тон и многое другое.

Вы можете загрузить генератор частоты звука онлайн с официального сайта. Разработчик предлагает 30-дневную бесплатную демо-версию, по истечении которой часть функций будет заблокирована. Например, для автокалибровки потребуется купить платный пакет за 29 долларов.

Преимущества:

предлагает автокалибровку для установки подходящих значений выходного напряжения;
анализирует звуковые волны на входе;
измеряет постоянное напряжение.

нет русского языка;
высокая стоимость покупки;
устаревший дизайн интерфейса.

Частотный генератор звука для Android

Если вам требуется проверить динамики на смартфоне или настроить музыкальный инструмент, воспользуйтесь мобильным приложением на Android. Простой софт частотный генератор звука формирует звуковой сигнал со значением частоты от 1 до 22 тысяч ГЦ. Чтобы изменить форму волны, достаточно настроить параметры на анимированной шкале. Также можно регулировать звук, создавать заметки, слушать аудио в фоновом режиме.

Меню мобильного приложения

Скачать программу генератора качающейся звуковой частоты можно из магазина Play Market. ПО распространяется бесплатно, однако для доступа ко всем опциям и удалению рекламных объявлений потребуется приобрести платный контент. Его стоимость: от 1 до 100 долларов.

Преимущества:

показывает анимированную аудиоволну;
сохраняет параметры в качестве пресета;
простая настройка частоты и громкости сигнала;
приложение можно скачать бесплатно.

отсутствует русский язык;
есть платный контент;
много рекламы.

Заключение

Теперь вы знаете, какое программное обеспечение можно использовать для генерации шума или тонального сигнала с разной частотой. Универсальным решением будет приложение АудиоМАСТЕР. В нем можно не только синтезировать белый шум и нужные частоты, вы также сможете обработать аудиодорожку, миксовать треки, записать голос и настроить эффект затухания звука. Скачайте генератор сигналов звуковой частоты прямо сейчас!

Генераторы сигналов

Генераторы сигналов – приборы, позволяющие получать электрические, акустические и иного рода импульсы. Устройства бывают разных видов — обычно прибор подбирают под конкретную цель. Решающими факторами при выборе могут оказаться форма прибора, его статические функции и энергетические показатели. Устройство применяют в разных сферах — как в медицине, так и в быту (стиральные машины, микроволновки).

Историческая справка

Первый генератор был создан в 1887 году немецким физиком Германом Герцем. Прибор разрабатывался на основе индукционной катушки (или катушки Румкорфа). Он был искровым и вырабатывал электромагнитные волны. Потом история развивалась так:

1913 г. Другой немецкий ученый, Александр Мейснер, создал электронный генератор с ламповым каскадом и общим катодом.
1915 г. Появилась ламповая (или индуктивная) схема. Включение контура было автотрансформаторным, что отличало его от ранних изобретений. Идея принадлежала американскому физику Ральфу Хартли.
1919 г. На этот раз идея снова принадлежит американцам. Ученый Эдвин Колпитц создал устройство на электронной лампочке, подключаемое к колебательному контуру посредством емкостного разделителя напряжения.

Это было лишь начало. Позже инженерами разных стран было создано множество вариаций электронных генераторов.

Как устроен генератор сигналов?

Устройство генерирует импульсы различной природы для замера параметров электронных приборов. Большинство генераторов работает только при наличии входного импульса, амплитуда которого постоянно меняется.

Стандартная модель сигнального генератора состоит из нескольких частей:

Экран на передней панели. Нужен для отслеживания колебаний и управления ими.
Редактор. Расположен в верхней половине экрана. Позволяет выбрать функцию.
Секвенсор. Размещён чуть ниже редактора, дает информацию о частоте колебаний.
Регулятор. Контролирует и настраивает частоту изменений.
Выходы сигналов. Обычно располагаются под экраном в самом низу прибора. Рядом – кнопка включения оборудования.

Смещение сигнала и его амплитуда обычно регулируются 2 кнопками. Работа с файлами происходит через мини-панель. Она дает пользователю просмотреть результаты тестирования или сохранить их для будущего анализа.

Принцип действия

Рассмотрим схему действия на примере простейшего электронного генератора. Есть проводник и магнитное поле, по которому он движется. В качестве проводника обычно используют рамку.

Принцип действия таков:

Рамка крутится внутри поля и пересекает линии магнитной индукции, отчего образуется электродвижущая сила.
Электродвижущая сила воздействует на ток, который начинает двигаться по рамке.
Электроток проникает в наружную цепь за счет контактных колец.

Схема генератора похожа на схему усилителя. Разница в том, что у первого нет источника входного сигнала. Он заменяется сигналом положительной обратной связи (ПОС).

В процессе обратной связи (ОС) часть выходного сигнала направляется на входную цепь. Структура такого импульса задается спецификой цепи обратной связи. Чтобы обеспечить нужную периодичность колебаний, цепи ОС создают на базе LC или RC-цепей. Частота будет зависеть от времени перезарядки конденсатора.

После формировки в цепи ПОС сигнал отправляется на вход усилителя. Там он умножается в несколько раз и поступает на выход. Оттуда часть отправляется на вход посредством цепи ПОС и снова ослабляется, возвращаясь к исходному значению. Благодаря такой схеме внутри устройства поддерживается постоянная амплитуда выходного сигнала.

Как устроен генератор смешанных сигналов?

Принцип действия генератора смешанных импульсов направлен на то, чтобы ускорить образование сигналов и воспроизводить их с максимальной точностью. Передняя панель прибора снабжена органами управления для контроля самых важных и часто изменяемых параметров. Менее востребованные и редко используемые функции можно найти в меню на основном экране.

Регулятором уровня устанавливается амплитуда движения выходного сигнала. Амплитуду и смещение можно регулировать без входа в многоуровневую систему меню.

Отдельный регулятор также позволяет изменить частоту дискретизации путем изменения периодичности выходного сигнала. При этом форму последнего этот настройщик изменить не сможет. Такая функция есть лишь в меню на основном экране редактирования. Форму выбирают при помощи сенсорной панели или мышки. Пользователь открывает нужную страницу и просто заполняет бланк с цифровой клавиатуры или поворотной ручкой.

Виды генераторов сигналов

Приборы различаются по ряду характеристик. Например, по форме сигнала (синусоидальные, прямоугольные, в виде пилы), по частоте (низкочастотные, высокочастотные), по принципу возбуждения (независимое, самовозбуждение). Однако существует несколько основных видов — о них и расскажем подробнее.

Синусоидальный

Прибор усиливает первоначальный синусоидный код в десятки раз. На выходе получается частота до 100 МГц. При этом исходный синус, как правило, не превышает 50 МГц. Генераторы синусоидального импульса активно используют при проверке блоков питания, инверторов и другой высокочастотной техники, а также радиоаппаратуры.

Генератор низкочастотный

Ниже схема самого простого низкочастотного генератора. На ней видно, что в приборе присутствуют переменные резисторы. Они позволяют корректировать форму и частоту сигнала. Изменить силу импульса можно подключенным модулятором KK202.

Такой прибор подойдет для настройки аудиоаппаратуры (звуковых усилителей, проигрывателей). Наиболее доступным вариантом низкочастотного генератора является обычный компьютер. Достаточно скачать драйверы и подключить его к аппаратуре через переходник.

Генератор звуковой частоты

Стандартная конструкция с микросхемами внутри. Напряжение подается в селектор, а сам сигнал генерируется в одной или нескольких микросхемах. Частоту можно настраивать при помощи модуляционного регулятора. Прибор отличается более обширным диапазоном частоты, чем аналоги (до 2000 кГц).

Импульсы произвольной формы

Генераторы с импульсами произвольной формы имеют повышенную точность. Погрешность минимальная — до 3%. Выходной импульс подвергается тонкой регулировке с применением шестиканального селектора. Прибор вырабатывает частоту от 70 Гц.

Устройства делят по степени синхронизации. Зависит она от типа коннектора, который установлен в прибор. Поэтому сигнал может усиливаться за 15-40 ньютон-секунд. Некоторые модели работают на 2 режимах – линейном и логарифмическом. Режим меняется переключателем, за счет чего корректируется амплитуда.

Контроллеры сложных сигналов

В сборке присутствуют только многоканальные селекторы, так как приборы получают импульсы сложной формы. Сигналы многократно усиливаются, режим можно изменить при помощи регулятора. Вариацией такого прибора считается DDS (устройство по схеме прямого цифрового синтеза).

Базовая плата оборудуется микроконтроллерами, которые легко снимаются и ставятся на место. В некоторых моделях можно заменить микроконтроллер одним движением. Если редактор монтированный, ограничители установить нельзя. Прибор генерирует измерительный сигнал мощностью до 2000 кГц с погрешностью до 2%.

Генератор цифрового сигнала

Цифровые генераторы популярны, потому что отличаются высокой точностью. Пользоваться ими удобно, однако они нуждаются в тщательной настройке. Здесь стоят коннекторы KP300, резисторы достигают сопротивления от 4 Ом. Это позволяет добиться предельно допустимого внутреннего напряжения в схеме.

Области применения

Генераторы сигналов используют современные лаборатории разработчиков электронных и измерительных приборов. Одинаковые генераторы могут применяться в кабинетах от начального до продвинутого уровня.

Однако эти функциональные устройства применяют для настройки и тестирования оборудования и в областях, более доступных обывателю. Вот лишь неполный список устройств, которые используют генераторы:

мобильные телефоны, техника для передачи данных, радио- и телеприемники;
вычислительные приборы;
инверторы, источники бесперебойного питания от электричества или импульсов;
бытовые приборы (СВЧ-печи, стиральные и посудомоечные машины);
измерительные приборы (амперметры, вольтметры, осциллографы);
медицинская аппаратура (томографы, электрокардиографы, аппараты УЗИ).

Находчивые пользователи применяют устройства и для иных целей. Например, прибором Tektonix AFG 3000 измеряли емкости, а RStamp SMA100A хорошо показал себя в регулировке аэронавигационных систем.

Электроника

учебно-справочное пособие

Главная
Теория
Практика
Справочники
Схемы
Arduino
Тесты

Звуковые генераторы на транзисторах

Генератор звуковых волн – это устройство или узел электрической цепи, отвечающий за создание и воспроизведение звуковых колебаний.

Где может пригодиться такое устройство:

Простой электрический дверной звонок (при замыкании контактов вынесенной удаленно кнопки происходит оповещение звуком о посетителях);
Сигнализации (при срабатывании системы безопасности включается блок звукового оповещения);
Формирование определенного тембра звука в звуковой аппаратуре;
Отпугивание насекомых/птиц (при излучении звуковых колебаний в определенных частотах);
В другой профессиональной технике (проверка низкочастотных цепей, тестирование деталей на дефекты и другие цели, основывающиеся на свойствах звуковых волн).

Генератор звука с дискретным изменением частоты

Для более точной настройки аппаратуры или в качестве источника стандартных импульсов можно предложить собрать несложную схему генератора прямоугольных импульсов на фиксированных частотах. Такой генератор (рис. 1) представляет собой мультивибратор с последовательным включением транзисторов Т1 и Т2 (оба транзистора типа П13—П15). Такая схема проста и по сравнению со схемой симметричного мультивибратора позволяет получать лучшую форму выходного напряжения, приближающуюся к идеальному прямоугольнику.

Рис. 1 — Схема звукового генератора фиксированных частот

Длительность генерируемых импульсов составляет половину периода повторения. Выходное напряжение генератора — порядка 5 В. При помощи переключателя SA1 — SA2 можно выбрать любую из четырех фиксированных частот следования выходных импульсов: 100 Гц, 1 кГц, 5 кГц и 10 кГц. Можно получить и другие частоты следования импульсов, которые отличаются от указанных, фиксированных. Для этого необходимо изменить емкости конденсаторов C1—С4 и С6—С9.

Длительность генерируемых импульсов может изменяться в небольших пределах при помощи регулируемого резистора R2. Питание генератора производится от батареи типа «Крона» — порядка 9 в. Монтируется генератор в небольшом металлическом корпусе. На верхней панели укрепляются: переключатель фиксированных частот на четыре положения (100 Гц, 1 кГц, 5 кГц, 10 кГц), потенциометр R2 и выключатель питания SA3. Здесь же устанавливаются две клеммы для подключения соединительного кабеля, идущего к настраиваемому прибору.

Генератор звука на 1 кГц

Рис. 2 — Генератор звука на 1 кГц

Как видно из схемы (рис. 2), генератор представляет собой каскад усиления, охваченный положительной обратной связью. Частота генерации определяется номиналами конденсаторов С1-С3 и резисторов R1-R3. При указанных номиналах частота генерации равна примерно 1 кГц. Транзистор, используемый в этой схеме, должен обладать достаточно высоким статическим коэффициентом передачи тока базы — не менее 100-150.

Синусоидальное напряжение снимается с коллекторной нагрузки транзистора. Для уменьшения выходного сопротивления генератора применен эмиттерный повторитель на транзисторе VТ2. Этот каскад согласует низкое сопротивление нагрузки с довольно высоким выходным сопротивление генератора. При помощи переменного резистора R7 можно устанавливать уровень выходного сигнала генератора. Питание генератора можно осуществлять от батареи типа «Крона», либо от сетевого источника.

В генераторе помимо указанных можно применить транзисторы типа КТ3102, а при перемене полярности источника питания — КТ3107, КТ361Г. Особо следует подойти к выбору типа конденсаторов в фазосдвигающей цепи — здесь лучше применить пленочные (типа К73. ) конденсаторы с невысоким отклонением от номинала (не более 5 %).

Печатную плату в такой простой конструкции разрабатывать нецелесообразно — весь монтаж можно выполнить на кусочке универсальной макетной платы.

Конструктивно генератор можно выполнить в небольшой коробке. На лицевую панель выводится выключатель питания, ось переменного резистора и выходные гнезда.

Правильно собранный из исправных деталей генератор, как правило, налаживания не требует. Полезно проверить при помощи частотомера частоту генерации и, если нужно, — подкорректировать ее, изменяя в небольших пределах номинал резистора R3.

Простой RC-генератор

Рис. 3 — Схема простого RC-генератора

Генератор собран всего на одном транзисторе с минимальным числом компонентов. Его можно использовать в качестве сигнализатора, если к форме генерируемых им колебаний не предъявляется строгих требований.

Транзистор выполняет функции усилителя звуковой частоты по схеме с общим эмиттером и резистором нагрузки в цепи коллектора (R6), но с его коллектора усиленный сигнал подается в цепь базы через трехзвенный частотный фильтр, состоящий из резисторов R1, R2, R3, R5 и конденсаторов С1, СЗ, С4. Благодаря этому фильтру на определенной частоте осуществляется сдвиг фазы сигнала, необходимый для выполнения условий генерации, а эта обратная связь становится положительной.

Конденсатор С2 — разделительный, а резистором R4 устанавливается рабочий режим базы. С помощью переменного резистора R6 можно изменять уровень выходного сигнала. Емкости конденсаторов частотного фильтра для получения определенной частоты генерации можно определить по следующей формуле:

С — емкость конденсаторов CI = С2 = СЗ = С4 в фарадах;
R — сопротивления резисторов Rl = R2 = R3 в омах;
F — частота генерируемых колебаний в герцах.

Генератор с регулировкой частоты

Если вам нужна возможность регулировки звуковых частот в заданном диапазоне, то возможно, вам пригодится схема на рисунке 4.

Рис. 4 — Схема генератора с регулировкой частоты

Генератор имеет следующие параметры:

Диапазон частот (разбит на 4 поддиапазона) — 18 Гц — 32 кГц,

18 — 160 Гц;
140 — 1100 Гц;
0,9 — 6,5 кГц;
5,2 — 32 кГц.

То есть охватывается весь слышимый человеческим ухом спектр.

Уровень выходного напряжения — 0,5 В,

Коэффициент гармоник — менее 1 %,

Неравномерность выходного напряжения — менее 2%.

Обычно в генераторах синусоидальных колебаний для перестройки по частоте используются сдвоенные переменные резисторы. Для получения минимальных искажений необходимо использовать прецизионные блоки резисторов, которые весьма дефицитны и дорогостоящие.

В данном генераторе для перестройки по частоте использован одиночный переменный резистор, что упрощает и удешевляет конструкцию.

Несмотря на кажущуюся громоздкость схемы, генератор имеет очень высокую повторяемость и легко настраивается.

В конструкции применены транзисторы с β не ниже 40.

Настройка конструкции: резистором R1 устанавливаем амплитуду колебаний на выходе равной 0,5 В, затем подстроечными резисторами R3 и R9 добиваемся получения минимальных искажений.

Источники

Электроника © ЦДЮТТ • Марсель Арасланов • 2019

Что такое генератор звуковых колебаний

Электроника

учебно-справочное пособие

Звуковые генераторы на транзисторах

Где может пригодиться такое устройство:

Простой электрический дверной звонок (при замыкании контактов вынесенной удаленно кнопки происходит оповещение звуком о посетителях);
Сигнализации (при срабатывании системы безопасности включается блок звукового оповещения);
Формирование определенного тембра звука в звуковой аппаратуре;
Отпугивание насекомых/птиц (при излучении звуковых колебаний в определенных частотах);
В другой профессиональной технике (проверка низкочастотных цепей, тестирование деталей на дефекты и другие цели, основывающиеся на свойствах звуковых волн).

Генератор звука с дискретным изменением частоты

Рис. 1 — Схема звукового генератора фиксированных частот

Генератор звука на 1 кГц

Рис. 2 — Генератор звука на 1 кГц

Простой RC-генератор

Рис. 3 — Схема простого RC-генератора

Генератор с регулировкой частоты

Рис. 4 — Схема генератора с регулировкой частоты

Генератор имеет следующие параметры:

Диапазон частот (разбит на 4 поддиапазона) — 18 Гц — 32 кГц,

18 — 160 Гц;
140 — 1100 Гц;
0,9 — 6,5 кГц;
5,2 — 32 кГц.

То есть охватывается весь слышимый человеческим ухом спектр.

Уровень выходного напряжения — 0,5 В,

Коэффициент гармоник — менее 1 %,

Неравномерность выходного напряжения — менее 2%.

В конструкции применены транзисторы с β не ниже 40.

Источники

Генератор звуковых частот и сферы его применения

Генератор звуковых частот – это устройство, используемое для образования частот в звуковом диапазоне, а именно от двадцати до двадцати тысяч герц. В приспособлении осуществляется преобразование электромагнитных колебаний в звуковые.

Любой генератор звука состоит из нескольких обязательных частей: пассивные цепи, источник электроэнергии, активный элемент, устройство (цепь) обратной связи. Каждый из этих элементов выполняет свою функцию. Так, пассивные цепи обеспечивают возбуждение и постоянное поддержание колебаний. Активные элементы преобразовывают получаемую энергию в колебательную. Цепи обратной связи, главным образом, управляют активными частями и обеспечивают создание условий для возникновения автоколебаний.

Генератор звуковой частоты в основном применяется для того, чтобы настраивать или определять некоторые технические характеристики трактов на низкой частоте. Также их применяют для управления узлами и элементами приемо-передающих радиоустройств. Еще одна функция, возложенная на генератор звуковых частот – это их применение в качестве модуляторов, а также источников для питания измерительных устройств и их градуировки. Многие устройства позволяют менять свой выходной сигнал с определенным небольшим шагом, что позволяет очень точно настроить любое оборудование.

Также генераторы звуковых частот могут применяться для поиска мест прокладки трубопроводов или кабелей. Устройство является оптимальным для поиска на дальних расстояниях. Это достигается путем регулировки через две ступени мощности, которая образуется на выходе. Также для него характерна возможность излучения в одновременном режиме нескольких частот, что обеспечивает поиск по мультичастотной технологии.

Генератор звуковых частот широко применяется при создании аналоговых синтезаторов. Эти синтезаторы обладают одной характерной особенностью – они позволяют строить итоговый инструмент на базе практически независимых друг от друга блоков. Все сигналы, которые проходят между отдельными блоками, четко стандартизированы. Также уровень напряжения полностью согласован, так как все сигналы, которые передаются – нецифровой природы.

При работе синтезатора, нажатая клавиша на его клавиатуре передает сигнал на входящий порт генератора звуковой частоты. Величина напряжения, которым обладает данный сигнал, определяет высоту тона, которую должен выдать генератор звука. В результате преобразований получается разнообразная звуковая частота, образованная по различной волновой природе. Благодаря этому формируется непосредственно основной тембр звука. В этот момент, с помощью микшера, можно организовать управление уровнями всех используемых волновых форм, а также дополнительно добавлять шумовые сигналы.

Генератор звуковой частоты

Что такое генератор звука и с чем его едят? Итак, давайте первым делом определимся со значением слова “генератор”. Генератор – от лат. generator – производитель. То есть объясняя домашним языком, генератор – это устройство, которое производит что-либо. Ну а что такое звук? Звук – это колебания, которые может различить наше ухо. Кто-то пёрнул, кто-то икнул, кто-то кого то послал – все это звуковые волны, которые слышит наше ухо. Нормальный человек может слышать колебания в диапазоне частот от 16 Гц и до 20 Килогерц. Звук до 16 Герц называют инфразвуком, а звук более 20 000 Герц – ультразвуком.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что генератор звука – это устройство, которое излучает какой-либо звук. Все элементарно и просто А почему бы его нам не собрать? Схему в студию!

Схемы простых генераторов низкой частоты

Генераторы низкой частоты (ГНЧ) используют для получения незатухающих периодических колебаний электрического тока в диапазоне частот от долей Гц до десятков кГц. Такие генераторы, как правило, представляют собой усилители, охваченные положительной обратной связью (рис. 11.7,11.8) через фазосдви-гающие цепочки. Для осуществления этой связи и для возбуждения генератора необходимы следующие условия: сигнал с выхода усилителя должен поступать на вход со сдвигом по фазе 360 градусов (или кратном ему, т.е. О, 720, 1080 и т.д. градусов), а сам усилитель должен иметь некоторый запас коэффициента усиления, KycMIN. Поскольку условие оптимального сдвига фаз для возникновения генерации может выполняться только на одной частоте, именно на этой частоте и возбуждается усилитель с положительной обратной связью.

Для сдвига сигнала по фазе используют RC- и LC-цепи, кроме того, сам усилитель вносит в сигнал фазовый сдвиг. Для получения положительной обратной связи в генераторах (рис. 11.1, 11.7, 11.9) использован двойной Т-образный RC-мост; в генераторах (рис. 11.2, 11.8, 11.10) — мост Вина; в генераторах (рис. 11.3 — 11.6, 11.11 — 11.15) — фазосдвигающие RC-це-почки. В генераторах с RC-цепочками число звеньев может быть достаточно большим. На практике же для упрощения схемы число не превышает двух, трех.

Расчетные формулы и соотношения для определения основных характеристик RC-генераторов сигналов синусоидальной формы приведены в таблице 11.1. Для простоты расчета и упрощения подбора деталей использованы элементы с одинаковыми номиналами. Для вычисления частоты генерации (в Гц) в формулы подставляют значения сопротивлений, выраженные в Омах, емкостей — в Фарадах. Для примера, определим частоту генерации RC-генератора с использованием трехзвенной RC-це-пи положительной обратной связи (рис. 11.5). При R=8,2 кОм; С=5100 пФ (5,1х1СГ9 Ф) рабочая частота генератора будет равна 9326 Гц.

Для того чтобы соотношение резистивно-емкостных элементов генераторов соответствовало расчетным значениям, крайне желательно, чтобы входные и выходные цепи усилителя, охваченного петлей положительной обратной связи, не шунтировали эти элементы, не влияли на их величину. В этой связи для построения генераторных схем целесообразно использовать каскады усиления, имеющие высокое входное и низкое выходное сопротивления.

На рис. 11.7, 11.9 приведены «теоретическая» и несложная практическая схемы генераторов с использованием двойного Т-моста в цепи положительной обратной связи.

Генераторы с мостом Вина показаны на рис. 11.8, 11.10 [Р 1/88-34]. В качестве УНЧ использован двухкаскадный усилитель. Амплитуду выходного сигнала можно регулировать потенциометром R6. Если требуется создать генератор с мостом Вина, перестраиваемый по частоте, последовательно с резисторами R1, R2 (рис. 11.2, 11.8) включают сдвоенный потенциометр. Частотой такого генератора можно также управлять, заменив конденсаторы С1 и С2 (рис. 11.2, 11.8) на сдвоенный конденсатор переменной емкости. Поскольку максимальная емкость такого конденсатора редко превышает 500 пФ, удается перестраивать частоту генерации только в области достаточно высоких частот (десятки, сотни кГц). Стабильность частоты генерации в этом диапазоне невысока.

На практике для изменения частоты генерации подобных устройств часто используют переключаемые наборы конденсаторов или резисторов, а во входных цепях применяют полевые транзисторы. Во всех приводимых схемах отсутствуют элементы стабилизации выходного напряжения (для упрощения), хотя для генераторов, работающих на одной частоте или в узком диапазоне ее перестройки, их использование не обязательно.

Схемы генераторов синусоидальных сигналов с использованием трехзвенных фазосдвигающих RC-цепочек (рис. 11.3)

показаны на рис. 11.11, 11.12. Генератор (рис. 11.11) работает на частоте 400 Гц [Р 4/80-43]. Каждый из элементов трехзвен-ной фазосдвигающей RC-цепочки вносит фазовый сдвиг на 60 градусов, при четырехзвенной — 45 градусов. Однокаскадный усилитель (рис. 11.12), выполненный по схеме с общим эмиттером, вносит необходимый для возникновения генерации фазовый сдвиг на 180 градусов. Заметим, что генератор по схеме на рис. 11.12 работоспособен при использовании транзистора с высоким коэффициентом передачи по току (обычно свыше 45. 60). При значительном снижении напряжения питания и неоптимальном выборе элементов для задания режима транзистора по постоянному току генерация сорвется.

Звуковые генераторы (рис. 11.13 — 11.15) близки по построению к генераторам с фазосдвигающими RC-цепочками [Рл 10/96-27]. Однако за счет использования индуктивности (телефонный капсюль ТК-67 или ТМ-2В) вместо одного из ре-зистивных элементов фазосдвигающей цепочки, они работают с меньшим числом элементов и в большем диапазоне изменения напряжения питания.

Так, звуковой генератор (рис. 11.13) работоспособен при изменении напряжения питания в пределах 1. 15 В (потребляемый ток 2. 60 мА). При этом частота генерации изменяется от 1 кГц (ипит=1,5 В) до 1,3 кГц при 15 В.

Звуковой индикатор с внешним управлением (рис. 11.14) также работает при 1)пит=1. 15 В; включение/выключение генератора производится подачей на его вход логических уровней единицы/нуля, которые также должны быть в пределах 1. 15 В.

Звуковой генератор может быть выполнен и по другой схеме (рис. 11.15). Частота его генерации меняется от 740 Гц (ток потребления 1,2 мА, напряжение питания 1,5 В) до 3,3 кГц (6,2 мА и 15 В). Более стабильна частота генерации при изменении напряжения питания в пределах 3. 11 В — она составляет 1,7 кГц± 1%. Фактически этот генератор выполнен уже не на RC-, а на LC-эле-ментах, причем, в качестве индуктивности используется обмотка телефонного капсюля.

Низкочастотный генератор синусоидальных колебаний (рис. 11.16) собран по характерной для LC-генераторов схеме «емкостной трехточки». Отличие заключается в том, что в качестве индуктивности использована катушка телефонного капсюля, а резонансная частота находится в диапазоне звуковых колебаний за счет подбора емкостных элементов схемы.

Другой низкочастотный LC-генератор, выполненный по каскодной схеме, показан на рис. 11.17 [Р 1/88-51]. В качестве индуктивности можно воспользоваться универсальной или стирающей головками от магнитофонов, обмотками дросселей или трансформаторов.

RC-генератор (рис. 11.18) реализован на полевых транзисторах [Рл 10/96-27]. Подобная схема используется обычно при построении высокостабильных LC-генераторов. Генерация возникает уже при напряжении питания, превышающем 1 В. При изменении напряжения с 2 до 10 6 частота генерации понижается с 1,1 кГц до 660 Гц, а потребляемый ток увеличивается, соответственно, с 4 до 11 мА. Импульсы частотой от единиц Гц до 70 кГц и выше могут быть получены изменением емкости конденсатора С1 (от 150 пФ до 10 мкФ) и сопротивления резистора R2.

Представленные выше звуковые генераторы могут быть использованы в качестве экономичных индикаторов состояния (включено/выключено) узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры, в частности, светоизлучающих диодов, для замены или дублирования световой индикации, для аварийной и тревожной индикации и т.д.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

Генератор колебаний звуковой частоты

Еще один измерительный прибор полезно иметь в твоей лаборатории — генератор колебаний звуковой частоты или, сокращенно, генератор ЗЧ. Он необходим для проверки и налаживания звукового тракта различной аппаратуры, и особенно аппаратуры телеуправления многих автоматических устройств.

Принципиальная схема рекомендуемого генератора ЗЧ показана на рис. 243, а его внешний вид — на рис. 244. Частоты колебаний, генерируемых им, можно изменять примерно от 200 до 3000 Гц, что тебя вполне устроит. Амплитуда напряжения, снимаемого с выходных зажимов прибора, плавно регулируется от 5 — 10 мВ до 3 В. Для питания генератора можно использовать батарею «Крона», аккумуляторную батарею 7Д-0Д или две батареи 3336Л, соединив их последовательно.

Кратко о принципе действия прибора. Он состоит из задающего ЛС-генератора, в котором работают транзисторы Т1 и Т2, усилителя генерируемых колебаний на транзисторе Т3, аттенюатора — делителя выходного напряжения, и индикатора выходного напряжения. Задающий генератор представляет собой двухкаскадный усилитель, охваченный цепями положительной и отрицательной обратных связей. Цепь положительной обратной связи, благодаря которой генератор возбуждается, образуют последовательная ячейка, состоящая из конденсатора С1 и резисторов R1, R2 и параллельная ячейка, состоящая из конденсатора С2 и резисторов R3 и R4. Эти RС-ячейки образуют делитель, через который на базу транзистора Тх подается напряжение положительной обратной связи, снимаемое с нагрузочного резистора R10 транзистора Т2. Частота колебаний генератора изменяется с одновременным изменением сопротивлений вводимых частей переменных резисторов R2 и R3.

Цепь отрицательной обратной связи, улучшающая форму колебаний генератора, образует резистор R8. Через него напряжение генератора, снимаемое с резистора Д10, подается в цепь эмиттера транзистора Т1.

Колебания звуковой частоты генератора усиливаются транзистором Т3 и далее поступают на аттенюатор, образуемый резисторами Л15 — R17. Амплитуду выходного напряжения регулируют переменным резистором Д13, являющимся нагрузкой усилителя; контроль за этим напряжением осуществляют с помощью вольтметра, роль которого выполняет миллиамперметр ИП1 с добавочным резистором R14, включенные в диагональ двухполупериодного выпрямительного моста на диодах Д1 — Д4. Подбором резистора Rl4 устанавливают отклонение стрелки вольтметра на всю шкалу, соответствующую напряжению 3 В. Если выходное напряжение снимать с зажимов 0—1, оно будет равно показанию вольтметра, деленному на 100. Выходное напряжение на зажимах 0—2 будет соответствовать показанию вольтметра, деленному на 10, а на зажимах 0—3— полному показанию вольтметра. Если, например, вольтметр показывает 3 В, а напряжение снимается с зажимов 0—2, то оно соответствует напряжению 0,3 В

Лицевую стенку футляра, на которой размещены сдвоенные резисторы R2 и R3, выключатель питания индикатор выходного напряжения (вольтметр) и регулятор этого напряжения Rn, выходные зажимы генератора желательно сделать из листового гетинакса или текстолита толщиной 3 мм. Остальные детали, в том числе батарею, монтируй на более тонкой и меньших размеров гетинаксовой плате, которую крепи к лицевой стенке футляра. Боковые и задняя стенки футляра могут быть как металлическими, так и фанерными — безразлично. Надо только постараться, чтобы внешний вид генератора был опрятным, а конструкция прочной — ведь пользоваться этим прибором будешь, вероятно, не только ты, но и твои товарищи.

До окончательной сборки надо тщательно проверить монтаж генератора и сверить его с принципиальной схемой. Если включить питание, а к выходным зажимам подключить головные телефоны, то при вращении ручки резисторов R2 и ты услышишь в них звук, плавно изменяющийся от низкого до высокого тона. Если колебания в генераторе не возникают или форма генерируемых колебаний, наблюдаемых на осциллографе, отлична от синусоиды, следует подобрать сопротивление резистора.

Для градуировки шкалы прибора потребуется частотомер или осциллограф и генератор типа ЗГ-10 или ЗГ-11. Градуировка по частотомеру заключается в разметке шкалы по его показаниям. Во втором случае на зажимы «Y» (вертикального отклонения луча) осциллографа надо подать напряжение от самодельного генератора, а на зажимы «X» (горизонтального отклонения луча) —напряжение от заводского ЗГ. Равенство частот генераторов определяется по так называемым фигурам Лиссажу, создающимся на экране осциллографа.

Отградуированная шкала самодельного прибора будет исходным показателем генерируемых им звуковых колебаний.

Ну вот, и эта беседа затянулась. А ведь можно было бы поговорить еще о некоторых других приборах. Например, о генераторе стандартных сигналов, имитирующем сигналы радиостанций. Но, полагаю, пока ты вполне обойдешься описанными здесь приборами, а в дальнейшем можно будет расширить лабораторию дополнительной измерительной аппаратурой.

Все ли пробники и приборы, о которых был разговор в этой беседе, надо строить? В принципе, необязательно. Но желательно, хотя бы для практики. К числу необязательных можно отнести, например, простейший генератор сигналов (рис. 220), если первым будет смонтирован измеритель RCL. Для этого в измерителе надо лишь сделать вывод от ползунка реохорда, и этот прибор заменит простейший генератор сигналов. Заменить его может и генератор ЗЧ. Но это не значит, что простейший генератор сигналов окажется никчемной вещью,— он хорош как малогабаритный и экономичный пробник.

Более определенно можно сказать, что вместо миллиамперметра, вольтметра и омметра целесообразнее конструировать комбинированный измерительный прибор. Зачем же тогда я подробно говорил об этих приборах? Чтобы помочь тебе разобраться в принципе их работы. Без этого трудно сразу браться за конструирование не только миллиампервольтомметра, но и других измерительных приборов, которыми ты будешь обогащать свою лабораторию.