Схема. СДУ на тональных декодерах

В технике связи [1, 2] и в некоторых радиолюбительских конструкциях [3, 4] применяются микросхемы с числом 567 в названии. Разные производители ставят перед ним различные префиксы, но, увидев это число, можно с большой вероятностью утверждать, что перед нами тональный декодер — полосовой фильтр на основе петли фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с пороговым устройством и выходным усилителем. Структурная схема такой микросхемы с внешними элементами показана на рис. 1.

Петлю ФАПЧ в ней образуют управляемый генератор, фазовый детектор, фильтр R2C2 и усилитель сигнала ошибки А1. В отсутствие сигнала на входе IN (вывод 3) генератор работает на частоте свободных колебаний f₀, которую задают резистором R1 (2…20 кОм) и конденсатором С1 (5000 ПФ…1100 мкФ), подключёнными к выводам 5 и 6. Эту частоту можно определить по формуле

Напряжение на выходе квадратурного фазового детектора (сигнал генератора поступает на него сдвинутым по фазе на 90 град.) тоже близко к нулю — меньше порога срабатывания компаратора А2, заданного напряжением Uпор на его инвертирующем входе. Транзистор VT1 закрыт, и напряжение на выходе (выводе 8) микросхемы благодаря резистору нагрузки R_H близко к U_пит.

При наличии на входе (выводе 3) колебания с частотой, лежащей в полосе захвата петли ФАПЧ, фазовый детектор вырабатывает сигнал ошибки, который после усиления и фильтрации управляет частотой генератора таким образом, что она становится равной частоте входного сигнала (наступает режим захвата). Центр полосы захвата находится на частоте f₀, а её ширина в процентах от f₀ равна

где U_BX — эффективное значение входного напряжения в вольтах. Ёмкость конденсатора С2 подставляют в эту формулу в микрофарадах, а частоту — в герцах. Постоянная составляющая напряжения на выходе квадратурного фазового детектора в режиме захвата максимальна и пропорциональна U_BX. Если она превышает Uпор, транзистор VT1 открывается и на выводе 8 устанавливается напряжение, близкое к нулевому. Производители тональных декодеров рекомендуют выбирать:
C2 = 260/f₀; C3 = 130/f₀.

Для более чёткого срабатывания декодера можно ввести в характеристику переключения компаратора А2 гистерезис, добавив внешний резистор R_r (100…180 кОм).
Основные параметры микросхем серии 567: напряжение питания — 4,5…9 В; потребляемый ток в отсутствие входного сигнала — 7 и 12 мА в режиме захвата; входное напряжение — 20…200 мВ; входное сопротивление — 20 кОм; максимальная ширина полосы захвата — 14% центральной частоты; напряжение на выходе (выводе 8) в отсутствие входного сигнала — не более 15В, ток нагрузки, втекающий в вывод 8 в режиме захвата, — не более 100 мА. Более подробные сведения об этих микросхемах можно найти, например, в [5—7].

Схема светодинамической установки

Показана на рис. 2. Источник питания микросхем DA1—DA4 выполнен по бестрансформаторной схеме с балластным конденсатором С16. Через него напряжение сети поступает на однополупериодный выпрямитель-стабилизатор на диоде VD1 и стабилитроне VD5. Конденсатор С7 сглаживает пульсации.
Нагрузкой электретного микрофона ВМ1 служит резистор R1. ОУ DA4 усиливает сигнал микрофона. Коэффициент усиления зависит от сопротивления резистора R8. Весь узел микрофонного усилителя получает напряжение питания через фильтр R7C4. Напряжение, равное его половине, установлено на неинвертирующем входе ОУ с помощью резистивного делителя R2R3. Конденсатор С6 дополнительно подавляет пульсации и наводки.

С выхода ОУ усиленный сигнал через разделительный конденсатор С8 поступает на входы тональных декодеров DA1—DA3. За счёт объединения этих входов сопротивление нагрузки ОУ не превышает 7 кОм, что вполне допустимо.
Значения центральной частоты полос захвата каждого из декодеров установлены внешними резисторами и конденсаторами, подключёнными к их выводам 5 и 6. Конденсаторы, подключённые к выводам 1, задают ширину полосы захвата каждого декодера, а к выводам 2 — определяют постоянную времени декодирования.

Если, изготавливая СДУ с классическими фильтрами, приходится прикладывать немало усилий, чтобы сузить их полосы пропускания и добиться четкого разделения каналов, то здесь полосы фильтров пришлось расширять. Поэтому значения ёмкости конденсаторов С9, С11 и С13 выбраны небольшими. Ёмкости С10, С12 и С14 соответствуют рекомендациям изготовителя микросхем. Недостаточная ёмкость этих конденсаторов проявляется как мерцание ламп СДУ вместо включения их на полную мощность. Превышение оптимальной ёмкости ведёт к тому, что лампы достигают максимальной яркости лишь при значительной длительности входного сигнала соответствующей частоты.

Выходы декодеров соединены с управляющими электродами симисторов VS1—VS3 через резисторы R12— R14, ограничивающие открывающий симисторы ток на уровне около 16 мА.
Симистором VS4 в канале фоновой подсветки управляет полевой транзистор с изолированным затвором VT1. На затвор поступает напряжение с узла на диодах VD2—VD4 и резисторе R10, реализующего логическую функцию «И». Напряжение на его выходе имеет высокий логический уровень только в случае, когда такие же уровни установлены на выходах всех трёх декодеров — и DA1, и DA2, и DA3. Это значит, что только в паузах музыки транзистор VT1 и симистор VS4 будут открыты, а лампа EL4 включена. Конденсатор С15 образует с резистором R10 интегрирующую цепь, предотвращающую включение фоновой подсветки в слишком коротких паузах.

Внешний вид электронного блока изготовленной СДУ показан на рис. 3. Чтобы не тратить время на изготовление корпуса, все детали размещены внутри сетевого удлинителя.
Возможности микросхем-тональных декодеров позволяют, в принципе, увеличив их число и сузив полосы захвата, построить установку, каждый канал которой будет соответствовать одной ноте звукоряда. Сомнения вызывает лишь оправданность затрат на её создание в сравнении с ожидаемым эстетическим воздействием на публику.

ЛИТЕРАТУРА
1. Брускин В. Схемотехника автоответчиков. — С.-Пб.: Наука и техника, 1999, с. 67, 68, 70.71
2. Каменецкий М. Радиотелефоны. -С.-Пб.: Наука и техника, 2000, с. 69, 70.
3. Хорн Д. Усовершенствуй свой телефон. — М.: Бином, 1995.
4. Шелестов И. Радиолюбителям: полезные схемы, книга 4. — М.: СОЛОН-Р, 2001.
5. LM567/LM567C   Tone   Decoder.   —      www.national.com/ds/LM/LM567.pdf
6. IL567CN. IL567CD — микросхема декодера   тонального   сигнала.   —       www.integral.by/download/2951/1L567CN-TSr.pdf

А. БОРИСОВ, г. Озёрск Челябинской обл.
«Радио» № 11 2011г.