Костер… Без пламени

Почти в каждом пионерском лагере устраивают пионерский костер. Правда, не всегда удается собрать столько дров, чтобы пламя было высоким, а костер громко потрескивал.

А как быть, если дров поблизости вообще нет? Или вы хо­тите соорудить незабываемый пионерский костер в школе? В этом случае поможет предлагаемый электронный имитатор, создаю­щий характерный звук потрескивания горящего костра. Останет­ся лишь изобразить «пламя» из красных лоскутов ткани, раз­веваемых скрытым на полу вентилятором. Имитатор может быть также использован для озвучивания 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. Так же случайно изменяется и период следования щелчков.

Рис. 39. Форма сигналов имитатора звука костра: а — на выходе генератора шума; б — на входе по­рогового устройства; в — на выходе порогового устройства

Такие особенности звука костра и воспроизводятся предла­гаемым имитатором. Взгляните на рис. 39, на котором приведена форма сигналов в различных узлах имитатора. Основа имита­тора — генератор шума, вырабатывающий изменяющийся во времени по случайному закону сигнал (рис. 39, а). Из такого сигнала формируется низкочастотная огибающая (рис. 39, б), подаваемая на пороговое устройство с достаточно большим порогом срабатывания. В результате получаются короткие им­пульсы с нужными характеристиками (рис. 39, в).

Схема имитатора приведена на рис. 40. Как и в предыдущем имитаторе, исходным сигналом служит дробовой шум р-n пере­вода стабилитрона VD1, обладающий широким частотным спект­ром — от единиц до миллионов герц. В нашем случае исполь­зуются низкочастотные составляющие спектра. А чтобы генератор был экономичным, ток через стабилитрон выбран весьма неболь­шим — приблизительно 40 мкА (он определяется сопротивлением резистора R1).

Рис. 40. Схема имитатора звука костра

На стабилитроне получается небольшое шумовое напря­жение — около 3 мВ, и для усиления его используется опера­ционный усилитель (ОУ) DA1. Коэффициент его передачи за­висит от отношения (R4+R5)/R2 и емкости конденсатора С2 и при указанных на схеме номиналах составляет 250…300. Конденсатор С1 — разделительный, он пропускает на ОУ лишь переменную составляющую напряжения. Резистор R3 компен­сирует действие входного тока инвертирующего входа ОУ.

В итоге на выходе усилителя будет напряжение, соответст­вующее по форме рис. 39, а. Сразу подавать его на пороговое устройство нельзя — выходные импульсы будут слишком корот­кие из-за наличия в шумовом сигнале высокочастотных составля­ющих. Поэтому перед пороговым устройством включен активный фильтр нижних частот (ФНЧ), выполненный на операцион­ном усилителе DA2. Он пропускает сигналы частотой ниже 400 Гц — это зависит от сопротивления резисторов R7 — R9 и емкости конденсаторов С 4 — Сб.

Конденсаторы СЗ, С7 — разделительные, резисторы RIO, R11 образуют делитель напряжения, которым задается коэффициент передачи ФНЧ. Резистор R6 обеспечивает связь по постоян­ному току неинвентирующего входа ОУ А2 с общим проводом. Вид выходного напряжения ФНЧ показан на рис. 39, б.

Выходное напряжение ФНЧ через конденсатор С7 подается на пороговое устройство, выполненное на транзисторе VT1. На­пряжение смещения (оно задается резисторами R12, R13) выбра­но таким, что транзистор насыщен. Сигнал на выход устройства почти не проходит. Если на вход каскада подать отрицатель­ное напряжение, превышающее некоторое значение, устанавли­ваемое подстроечным резистором R13, транзистор выйдет из на­сыщения, и каскад перейдет в усилительный режим, пропуская надпороговую часть входного сигнала (см. рис. 39, в).

Если к выходу порогового устройства подключить усилитель с динамической головкой, в ней будут слышны громкие сухие щелчки. А в интервалах между щелчками будет прослушиваться негромкий шум, напоминающий гудение пламени костра. Это ослабленный низкочастотный сигнал, прошедший через насы­щенный транзистор VT1. Желаемую громкость шума устанав­ливают подбором резистора R14.

На транзисторе VT2 собран усилительный каскад, увеличи­вающий амплитуду выходного сигнала имитатора и исключа­ющий влияние выносного усилителя звуковой частоты на работу имитатора.

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

Рис. 41. Схема блока питания имитатора

Питается имитатор двуполярным напряжением 12…14 В, которое может быть получено от блока, собранного по схеме на рис. 41. Блок состоит из понижающего трансформатора Т1, двухполупериодного выпрямителя на диодах VD2 — VD5, кон­денсаторов фильтра СП, С12 и двух параметрических стабили­заторов — R21VD6 и R22VD7. Конденсатор С13 на выходе блока питания сглаживает кратковременные броски тока в цепи на­грузки.

Постоянные резисторы могут быть МЛТ-0,25 или МЛТ-0,125, подстроечный и переменный — СПО-0,5, СПЗ или другие. Ок­сидные конденсаторы — К50-12; конденсатор С1 должен быть с малым током утечки, например К52-1; конденсатор С10 — 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 подойдет Д808, вместо Д814Д — Д813, вместо диодов КД10ЗА — любые другие диоды, рассчитанные на выпрямленный ток не менее 50 мА и об­ратное напряжение не ниже 50 В.

Детали собственно имитатора монтируют на одной печатной плате (рис. 42), а выпрямителя со стабилизаторами — на другой (рис. 43). Монтаж на плате имитатора сравнительно плотный, поэтому резисторы на ней монтируют вертикально (рис. 44, б), надевая на короткий вывод резистора отрезок поливинилхло-ридной трубки длиной 2…3 мм. Выводы операционных усили­телей перед подпайкой формуют (рис. 44, в), соблюдая пока­занное на рис. 42 расположение ключа. Платы скрепляют друг с другом (печатными проводниками наружу) и с корпусом устройства четырьмя шпильками (рис. 44, а) с резьбой М4 на концах. На каждую шпильку между платами надевают втулку.

 

Рис. 42. Печатная плата ими­татора  Рис. 43. Печатная плата выпрямителя со стабили­заторами

Внутри корпуса (любой конструкции) устанавливают транс­форматор питания и соединяют его с выпрямителем с помощью разъема ХТ1. 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 I должна содер­жать 5000 витков провода ПЭВ-1 0,07, обмотка II — 2X320 витков 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 подстроен­ный 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.

Рис. 44. Примеры монтажа деталей и соединения плат:

а — крепежная шпилька;

б — монтаж резисторов;

а — формовка выводов операционных усилителей

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 шума стабилитрона от нужного значения. Дело в том, что уровень шума стабилитронов не нормируется и может значительно отличаться даже у приборов одной серии. В таком случае надо поменять несколько однотипных стабилитро­нов.

При необходимости тональность сигналов-щелчков можно немного изменить подбором конденсатора С9.

Теперь настала очередь познакомиться с имитаторами звуков птиц и животных.