AVT740 — Тактильный генератор звука сирены

Система представляет собой необычный генератор, частоту которого мы плавно настраиваем вверх и вниз с помощью сенсорных датчиков. Соответствующий выбор параметров делает модуль особенно подходящим для имитации полицейских сирен. Высокая скорость настройки и возможность переключения частотного диапазона с помощью перемычки позволяют генерировать сотни различных удивительных звуковых последовательностей и гарантируют большое удовольствие.

Система представляет собой полноценный генератор VCO (генератор с перестройкой напряжения) и может использоваться для различных практических целей. Наличие дополнительного делителя частоты и возможность подключения ряда разноцветных светодиодов еще больше повышают его привлекательность.

Описание макета

Сердцем устройства является CMOS 4046, который содержит генератор, управляемый напряжением (VCO). Напряжение на контакте 9 (вход VCIN) определяет мгновенную рабочую частоту. Напряжение близкое к нулю дает минимальную частоту, напряжение близкое к плюсовой шине питания — максимальную. Максимальная частота определяется резистором R16, а минимальная — резистором R17.

Диапазон рабочих частот определяется емкостью, подключенной к выводам 6, 7, т.е. конденсатором С3, возможно также С2. Без перемычки при подключении только конденсатора С3 максимальная частота составляет несколько килогерц (в основном более 5 кГц), а при подключении конденсатора С2 максимальная частота падает примерно до 1 кГц. На практике здесь может быть большой разброс, потому что производители микросхемы CMOS 4046 не гарантируют одинаковых свойств своих кубиков.

1. Электрическая схема системы

На показанной схеме (1) элементы S1, S2 изображены как датчики прикосновения, имеющие два электрода. Прикосновение к электродам пальцем означает, что по сопротивлению кожи он запускается. Сопротивление кожи может составлять от десятков кОм до нескольких МОм в зависимости от степени увлажненности кожи. При касании S1 конденсатор C6 заряжается и частота (высота) звука увеличивается. При касании S2 конденсатор C6 начнет разряжаться, и частота уменьшится. Наличие резисторов R1, R2 с большими номиналами гарантирует, что конденсатор С6 не будет перезаряжаться внезапно, даже в случае короткого замыкания S1 или S2, а достаточно плавно, что приведет к постепенному изменению звучания частота.

В системе сигнал с выхода генератора ГУН (с контакта 4) подается непосредственно на вход измерителя КМОП 4040. Дополнительно он также подается на вход логического элемента EXOR (на контакте 3). Только с выхода этого затвора (нога 2) сигнал поступает в буфер с двух транзисторов Т1, Т2. Пьезопреобразователь должен быть подключен к точкам B и GND. Фактически при использовании пьезодиафрагмы из семейства ППШ-1хх можно было бы отказаться и от С4 (заменен перемычкой), и от обоих транзисторов, т.е. подключить пьезодиафрагму напрямую к ножке 2 блока У1.

В буфере, однако, есть разделительный конденсатор С4 и транзисторы BC338/BC328, которые гораздо «сильнее» популярных BC548/BC558 и позволяют напрямую управлять динамиком 8 Ом/1 Вт, подключенным к точкам B и GND. Миниатюрный громкоговоритель 8 Ом/0,25 Вт следует подключить через резистор R3 к точкам A и GND. Наличие резистора R3 ограничивает громкость звука, но и снижает потребляемую мощность до величины 20…30 мА, что позволяет питать систему даже от небольшой 9-вольтовой батареи. Модель имеет резистор R3 номиналом аж 100 Ом — при взаимодействии с громкоговорителем, подключенным к точкам А и GND, он будет излучать около 0,25 Вт потерь мощности.

В состав модуля входит дополнительный делитель частоты US2 — CMOS 4040. Благодаря этому, кроме формы сигнала непосредственно от генератора, имеются формы сигналов с частотами в 2, 4, 8, 16, … 2048, 4192 раз меньше. Испытания модели показали, что стоит подключить светодиод к клемме Q8 — тогда максимальная частота мерцания светодиода порядка 20 Гц, что хорошо видно, т.к. инерция человеческого глаза еще не На кону. Модельная схема с пьезодиафрагмой и одним синим светодиодом потребляет от 9 до 7,5 мА тока при питании от 12 В в зависимости от рабочей частоты.

При напряжении питания 12 В ток потребления не превышает 15 мА. Потребляемый ток можно уменьшить, удалив светодиод.

Монтаж и наладка

Элементы следует припаивать к плате в порядке — общем — от меньшего к большему. Вместо S1, S2 нужно припаять угловые штифты goldpin, как показано на фото модели. При сборке схемы обратите особое внимание на способ пайки полюсных элементов: электролитических конденсаторов, транзисторов, диодов и интегральных схем, вырезы в корпусе которых должны соответствовать рисунку на печатной плате.

После сборки системы необходимо очень внимательно проверить, не были ли элементы припаяны в неправильном направлении или в неправильных местах, не было ли закорочено место пайки. После проверки правильности сборки можно подключить источник питания: 9-вольтовую батарею или другой источник напряжения (3 В…12 В). Правильно собранная система из рабочих элементов не требует настройки и сразу заработает.

После включения питания коснитесь поочередно сенсоров S1, S2, что приведет к изменению высоты тона. Если изменения медленные, нужно смочить пальцы (например, лизнуть их). Частота мигания синего светодиода будет пропорциональна высоте тона. В базовом варианте с пьезомембраной выводы J1 не следует в начале замыкать накоротко (или ставить перемычку на один вывод, чтобы он не потерялся). Также стоит проводить тесты с включенной перемычкой, когда рабочие частоты будут ниже — этот режим работы предназначен в основном для взаимодействия с громкоговорителем.

3. Датчики в виде «высоких» перемычек, впаянных вместо резисторов

Очень интересные эффекты модуляции звука получаются при касании одним пальцем одного из датчиков S1, S2, а другим — выходов Q9 или Q10 интегрального делителя U2. Для этого предусмотрены дополнительные датчики в виде «высоких» перемычек, впаянных вместо резисторов R12, R13 (3). Также стоит поэкспериментировать с некоторыми другими методами модуляции, которые дадут вам различные удивительные звуковые сигналы.