9_13.pdf

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

PROJEKTY ZAGRANICZNE

Elektroniczne "fale Pacyfiku",

czêæ 1

W czasach pe³nych stresów

warto odprê¿yæ siê koj¹cymi

dwiêkami morskich fal

w zaciszu w³asnego domu!

Nie ma w¹tpliwoci, ¿e jed-

nym z najbardziej odprê¿aj¹cych

dwiêków natury jest szum fal

za³amuj¹cych siê na brzegu mo-

rza. Uspokaja on duszê, a w dzi-

siejszych, pe³nych stresów cza-

sach przechadzka wzd³u¿ pla¿y

jest nie tylko przyjemnoci¹,

lecz tak¿e terapi¹.

Niestety, wybrze¿e morskie

nie jest w zasiêgu ka¿dego z nas.

Mieszkañcy terenów przymors-

kich dobrze wiedz¹, ¿e pogoda

nie zawsze sprzyja spacerom.

Wytwarzanie dwiêków przy-

boju w domowym zaciszu jest

bardzo przyjemne, pozwala za-

si¹æ wygodnie, zamkn¹æ oczy

i poddaæ siê uczuciu spokoju

i pogody. Mo¿e byæ specjalnie

u¿yteczne dla lubi¹cych medy-

tacje, poniewa¿ maskuje natrêt-

ne dwiêki zewnêtrzne i wytwa-

rza atmosferê g³êbokiego skupie-

nia i odprê¿enia.

Opisany uk³ad generatora

fal Pacyfiku jest przeznaczony

do maksymalnie realistycznego

odtwarzania dwiêku fal przybo-

ju przez domowy system stereo.

Jak uk³ad dzia³a

Schemat blokowy uk³adu

przedstawiono na rys.1 . W jego

dolnej czêci znajduje siê cyf-

rowy generator szumu, dostar-

czaj¹cy strumienia przypadko-

wych bitów. Rysunek przedsta-

wia pojedyncz¹ cie¿kê sygna³u,

ale uk³ad dzia³a stereofonicznie

i wiêkszoæ jego sk³adników jest

podwójna.

Generator szumu ma dwa wy-

jcia, po jednym na ka¿dy kana³.

Filtry dolnoprzepustowe zamie-

niaj¹ oba strumienie bitów na

analogowe sygna³y bia³ego szu-

mu, przetworzone na dwiêki

przyboju. Elektroniczne uk³ady

sterowania amplitudy i wysoko-

ci tonu formuj¹ szum w fale,

a rêczne regulatory barwy i g³o-

noci pozwalaj¹ zgodnie z indy-

widualn¹ potrzeb¹ na regulacjê

dwiêku przed regulacj¹ pozio-

mu w stopniu koñcowym.

Górna czêæ schematu na rys.

1 przedstawia uk³ad steruj¹cy

tworzenia przyboju z bia³ego

szumu. Zawiera on zegar usta-

laj¹cy czêstotliwoæ fal o okre-

sie oko³o dwunastu sekund.

W ka¿dym kanale zegar wy-

zwala uk³ad czasowy o okresie

oko³o 0,7 sekundy, który po

up³ywie tego czasu wyzwala dru-

gi uk³ad czasowy, tworz¹cy falê.

Uk³ady kszta³tuj¹ce nadaj¹ fali

szybkie czo³o i powolny

grzbiet ze zmianami tonu dla

realistycznego efektu.

Rys. 1. Schemat blokowy uk³adu fal Pacyfiku. Pokazany jest tylko jeden kana³, ale uk³ad jest dwukana³owy

(stereo).

Elektronika Praktyczna 4/97

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

Opis uk³adu

Generatorem zegarowym na

rys. 3 jest oscylator Colpittsa

zestawiony z bramki IC4d, d³a-

wika L1 i kondensatorów C12

i C13, generuj¹cy czêstotliwoæ

oko³o 1MHz i buforowany bram-

k¹ IC4c. Rejestr przesuwny sk³a-

da siê z dwóch szeregowo po-

³¹czonych rejestrów 4006B, IC5

i IC6, umo¿liwiaj¹cych dobranie

wymaganej d³ugoci i potrzeb-

nego punktu odga³êzienia rejes-

tru. Bramka IC4a zbiera sygna³y

z wyjcia i z odczepu tworz¹c

sygna³ sprzê¿enia zwrotnego do

wejcia.

Tego rodzaju uk³ad PRBS mo-

¿e znaleæ siê w stanie, w któ-

rym wszystkie przep³ywaj¹ce bi-

ty s¹ zerami, ale tej mo¿liwoci

zapobiega kondensator C14 i re-

zystor R28. W przypadku gdy

zdarzy siê strumieñ zer, C14

³aduje siê przez R28, a¿ na

wejciu 1 IC4a pojawi siê jedyn-

ka, która wywo³a restart sekwen-

cji.

kondensator C23 przechodzi on

do t³umika wielkiej czêstotli-

woci R43-C28, którego t³umie-

nie zale¿y od pr¹du doprowa-

dzanego do diody D10 przez

rezystor R44.

Rys. 2. Uproszczony schemat

generatora pseudolosowej

sekwencji bitów (PRBS).

Sterowanie amplitud¹

i tonem

Sygna³y sterowania amplitud¹

i tonem s¹ generowane przez

stopnie odwzorowane w górnej

czêci rys. 3. Powstaj¹ one w ge-

neratorze zegarowym z bramek

NAND IC1a i IC1b, o okresie

oko³o 12 sekund. Sygna³ wy-

jciowy IC1b jest ró¿niczkowany

w obwodzie C2-R3, a jego dodat-

nia czêæ, po odwróceniu przez

I1c i IC1d, staje siê ujemna na

oko³o 0,7 sekundy i roz³adowuje

kondensatory C3 i C4 przez dio-

dy D1 i D2.

W dolnym kanale kondensa-

tor C4 ³aduje siê przez rezys-

tor R5, wiêc po oko³o 1,5s

wyjcie IC2a przechodzi w stan

niski. Na skutek tego na wy-

jciu IC2c pojawia siê impuls

oko³o 1,5s, który przez diodê

D4 i rezystor R14 ³aduje kon-

densator C21.

W miarê jak ronie napiêcie

na C21, ronie pr¹d p³yn¹cy

przez rezystor R35, ronie wiêc

amplituda sygna³u. Napiêcie na

kondensatorze C25, ³adowanym

przez rezystor R37, tak¿e wzras-

ta, zwiêkszaj¹c pr¹d p³yn¹cy

przez R44, zatem pozorny ton

sygna³u wyjciowego zostaje ob-

ni¿ony.

Efekt ten jest nieco opónio-

ny w stosunku do amplitudy,

wiêc fala za³amuje siê w wy-

sokim pocz¹tkowo tonie, który

szybko potem siê obni¿a. Gdy

wyjcie IC2c powróci do pocz¹t-

kowego stanu niskiego, oba kon-

densatory powoli roz³adowuj¹

siê przez R11, wydaje siê wiêc

¿e fala powoli zamiera ze

stopniowo wzrastaj¹cym tonem,

tworz¹c efekt wtórnego zmywa-

nia.

Losowoæ wprowadza podwój-

ny wzmacniacz operacyjny IC3.

W dalszym ci¹gu omawiaj¹c tyl-

ko dolny kana³, IC3b jest skon-

figurowany jako przerzutnik as-

tabilny o okresie oko³o 20 se-

kund. Przebieg wyjciowy na

Na rys. 1 jest jeszcze pokaza-

ny generator losowy, wytwarza-

j¹cy powolnie zmieniaj¹ce siê

napiêcie, wp³ywaj¹ce na okres

pierwszego uk³adu czasowego

i nieco na sygna³ wejciowy

uk³adów formuj¹cych. U¿yto

dwóch generatorów losowych,

po jednym w ka¿dym kanale,

dziêki czemu fale za³amuj¹ siê

czasem jednoczenie, a czasem

wczeniej z jednej lub drugiej

strony, ze zmieniaj¹cymi siê nie-

ustannie g³onoci¹ i tonem, jak

w rzeczywistoci. Uk³ad jest

doæ z³o¿ony, ale uzyskany efekt

koñcowy jest zdumiewaj¹cy

i wart w³o¿onego trudu.

Jeden sygna³ wyjciowy jest

brany z wyjcia 9 IC6, a drugi

powstaje w IC4b z kombinacji

z sygna³em z 16. stopnia rejest-

ru. Chocia¿ jest zwi¹zany z pier-

wszym sygna³em, ale ani nie

brzmi tak jak on, ani jak on nie

wygl¹da, nadaje siê wiêc jako

drugi sygna³.

Poczynaj¹c od tego punktu

opisywany bêdzie tylko jeden

kana³ uk³adu, poniewa¿ oba s¹

identyczne. Sygna³ z wyjcia

9 IC6 jest przetwarzany w ana-

logowy sygna³ bia³ego szumu

w dwustopniowym filtrze dolno-

przepustowym, R30-C15-R32-

C17. Rezystor R33 t³umi go do

poziomu wymaganego przez

uk³ady regulacji g³onoci i to-

nu.

Uk³ady te wykorzystuj¹ zja-

wisko zale¿noci impedancji

krzemowej diody detekcyjnej od

p³yn¹cego przez ni¹ ma³ego pr¹-

du sta³ego. Sygna³ napiêcia

zmiennego jest doprowadzany do

diod D5 i D7 przez kondensator

C19, a pr¹d sta³y g³ównie przez

rezystor R35.

Napiêcie docieraj¹ce do re-

zystora R35 reguluje przep³yw

pr¹du, który steruje amplitud¹

sygna³u na rezystorze R38. Przez

Bia³y szum

Na rys. 2 przedstawiono

uproszczony schemat generatora

bia³ego szumu. Jest to generator

pseudolosowej sekwencji bitów

(PRBS), z³o¿ony z rejestru prze-

suwnego i bramki XOR.

Sygna³ wyjciowy rejestru

przesuwnego jest uwarunkowany

XOR z sygna³em jego odga³êzio-

nego wyjcia i doprowadzony

zwrotnie do jego wejcia, wywo-

³uj¹c generacjê pozornie loso-

wych ci¹gów bitów. W rzeczy-

wistoci tworzy on pewn¹ do-

k³adn¹ sekwencjê, jest jednak

ona tak d³uga, ¿e wydaje siê

przypadkowa. Magiczne liczby

d³ugoci rejestru i punktu odga-

³êzienia tworz¹ maksymaln¹ d³u-

goæ sekwencji dla danej wiel-

koci rejestru. W tym przypad-

ku rejestr ma 33 stopnie, od-

ga³êzienie nastêpuje na 20 stop-

niu, wiêc przy taktowaniu czês-

totliwoci¹ 1MHz ca³kowita sek-

wencja zajmuje ponad dwie go-

dziny!

Elektronika Praktyczna 4/97

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

Rys. 3. Schemat generatora zegarowego, stopnia sterowania tonem i generatora losowoci uk³adu fal Pacyfiku.

Elektronika Praktyczna 4/97

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

Rys. 4. Schemat stopnia regulacji barwy tonu i stopnia wyjciowego uk³adu fal Pacyfiku.

kondensatorze C8 jest w przybli-

¿eniu trójk¹tny, przerzucaj¹cy

siê pomiêdzy 3V a 6V. Jest on

przesy³any przez rezystor R9 na

kondensator C4, wskutek czego

czas pomiêdzy sygna³em zegaro-

wym a startem fali jest nieco

zmieniany. Równoczenie sygna³

fali prostok¹tnej z wyjcia 7 IC3b

jest wyg³adzany przez obwód

R24-C10 i u¿yty do wywo³ywa-

nia ma³ych zmian amplitudy

i tonu w kanale za porednict-

wem rezystora R26.

W drugim kanale tak¿e zna-

jduje siê uk³ad wprowadzaj¹cy

losowoæ IC3a, ale w nim opor-

noæ rezystora R19 jest mniejsza

ni¿ rezystora R20, i nadaje prze-

rzutnikowi nieco wy¿sz¹ czês-

totliwoæ. Dwa te przerzutniki

nadaj¹ wskutek tego niewielkie

ró¿nice czasom startu, amplitu-

dom i tonom dwiêku ka¿dego

z kana³ów. Celem dalszego

zwiêkszenia realizmu stworzono

pewien przes³uch pomiêdzy syg-

na³ami steruj¹cymi przez rezys-

tory R12 i R25.

Reszta uk³adu fal Pacyfiku,

jak regulacja barwy tonu,

wzmacniacze wyjciowe i zasi-

lacz jest pokazana na rys. 4 i 5 .

W dolnym kanale sygna³ jest

buforowany i wzmacniany

przez IC7a, przechodzi przez

stopieñ sterowania barw¹ tonu

z potencjometrem VR1b dla

niskich tonów i VR2b dla wy-

sokich.

Sprzê¿enia zwrotnego w tej

czêci uk³adu dostarcza IC8a,

buforuj¹cy równoczenie wyjcie

do regulatora g³onoci VR3b.

Regulacja barwy zapewnia tylko

uwydatnianie tonów niskich

i obcinanie tonów wysokich,

a przy obu pokrêt³ach w pozycji

Elektronika Praktyczna 4/97

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

minimalnej charakterystyka uk³a-

du jest ca³kowicie p³aska.

Próby dowiod³y, ¿e regulator

tonów niskich VR1 powinien

byæ logarytmiczny z uwydatnie-

niem od strony maksimum.

W tym przypadku dzia³a on od-

wrotnie, ale w praktyce wydaje

siê dobry, poniewa¿ fale

staj¹ siê g³êbsze, gdy oba

pokrêt³a s¹ przekrêcone w kie-

runku przeciwnym ruchowi

wskazówek zegara.

Autor nie umia³ zdecydowaæ,

czy kondensator C39 powinien

byæ pojemnoci 4,7nF, czy 15nF.

Obie pojemnoci mia³y swoje

zalety, zdecydowano wiêc

wmontowaæ 4,7nF z prze³¹czni-

kiem do przy³¹czania równoleg-

le 10nF. Prze³¹cznik otrzyma³

napisy bliski i daleki, bo

taki w³anie jest subiektywny

efekt.

W stopniu wyjciowym u¿yto

podwójnego wzmacniacza opera-

cyjnego NE5532. Pobiera on nie-

co wiêcej pr¹du ni¿ z 1458

w poprzedniej wersji, ale mo¿e

dostarczyæ wiêcej mocy dla s³u-

chawek. Tak jak i 1458 jest

praktycznie wolny od zniekszta³-

ceñ skronych. W stopniu tym

zwiêkszono moc wyjciow¹ do

poziomu wymaganego przez li-

niowe wejcia audio. Prototyp

wyposa¿ono w gniazdko stereo

3,5mm. Mo¿na u¿ywaæ go ze

s³uchawkami stereo.

Uk³ad jest zasilany przez za-

silacz 9V, pokazany na rys. 5.

Transformator sieciowy 12V-0V-

12V z diodami D11 i D12 oraz

kondensatorem wyg³adzaj¹cym

C55 dostarcza niestabilizowane-

go napiêcia i zasila LED D13,

sygnalizuj¹c¹ dzia³anie uk³adu.

Zastosowano w tym miejscu zie-

lon¹ LED, jest to bowiem kolor

oddzia³ywaj¹cy uspokajaj¹co.

Stabilizator 100mA LM317LZ,

IC10 z dzielnikiem R73-R75,

R74, dostarcza napiêcia +9V.

Andy Flint, EwPE

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

0,6W, 1%, metalizowane

R1, R3: 10M

C32, C33, C48, C49: 47pF,

ceramiczny

C35, C37: 10nF, ceramiczny

C50, C51: 470µF/16V, stoj¹cy

C55: 470µF/35V, stoj¹cy

Pó³przewodniki

D1...D10: 1N4148, detekcyjna

D11, D12: 1N4001, 50V/1A,

prostownicza

D13: zielona LED,

R4, R5, R23...R25, R51, R52, R59,

R60, R69, R70: 100k

R6, R7, R26, R27: 4,7M

R10, R11, R65, R66: 220k

R13, R14, R41, R43: 22k

5mm, 10mA

IC1: 4011B CMOS, 4 dwuwejcio-

we NAND

IC2: 4093B CMOS, 4 dwuwejcio-

we NAND Schmitta

IC3: LM358, 2 wzmacniacze

operacyjne

IC4: 4070B CMOS, 4 XOR

IC5, IC6: 4006B CMOS, 18-bitowy

rejestr przesuwny

IC7, IC8: TL072 2 niskoszumowe

wzmacniacze operacyjne

IC9: NE5532 2 niskoszumowe

wzmacniacze operacyjne

IC10: LM317LZ stabilizator nap.

dodatniego 100mA

Ró¿ne

L1: 100µH d³awik miniaturowy

T1: transformator sieciowy 12V-0V-

12V/100mA

JK1: gniazdko stereo 3,5mm

S1: suwakowy wy³¹cznik

dwuobwodowy

S2: submin. dwuobwodowy

wy³¹cznik sieciowy (230V , 2A)

p³ytka drukowana kod 136

dwuczêciowa obudowa

plastykowa 180mm x 120mm

x 40mm

4 8-stykowe podstawki uk³adów

scalonych

5 14-stykowych podstawek

uk³adów scalonych

3 pokrêt³a

oprawka LED

zgiêtka gumowa

szpilkowe koñcówki lutownicze

wkrêty z nakrêtkami

R15...R18, R212, R22, R29...R32,

R38, R40, R47...R50, R53..R56,

R61...R64: 10k

R19: 120k

R28, R35, R36, R45, R46: 1M

R42, R44: 560k

R57, R58: 2,7k

R67, R68: 12k

R71, R72: 47

R74: 1,5k

R76: 1,2k

VR1, VR3: 100k

, miniat.

podwójny wêglowy log.

potencjometr obrotowy

VR2: 10k

, miniat. podwójny

wêglowy log. potencjometr

obrotowy

Kondensatory

C1: 1µF, poliestrowy

C2, C11, C14, C23, C24, C42,

C43, C53, C54: 100nF, ceramiczny

C3, C4: 22µF/25V, stoj¹cy

C5, C6, C19, C20: 470nF,

ceramiczny

C7, C8, C52: 100µF/10V, stoj¹cy

C9, C10, C21, C22, C25, C26,

C29...C31, C44...C47: 10µF/10V,

stoj¹cy

C12, C13: 470pF, ceramiczny

C15, C16: 1nF, ceramiczny

C17, C18, C27, C28, C38, C39:

4,7nF

Artyku³ publikujemy na pod-

stawie umowy z redakcj¹ mie-

siêcznika Everyday with Prac-

tical Electronics.

Rys. 5. Schemat zasilacza uk³adu fal Pacyfiku

Elektronika Praktyczna 4/97

R2: 5,6M

R8, R9: 330k

R12, R37, R39: 47k

R20: 150k

R33, R34: 1k

R73: 220

R75: 15k

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: