простые и интересные  РАДИОСХЕМЫ сделанные своими руками

» ДАТАШИТ
Например: TDA2050


» РАДИОБЛОГИ
Цветомузыка на микросхеме индикаторе уровня
Генератор импульсов на микросхеме К174ХА11
Реставрация лабораторного БП
Зарубежные схемы FM трансмиттеров
Почему светодиоды надо питать током?
Последнее интервью Никола Теслы
Керамические конденсаторы К10-83
Использование старых спутниковых тюнеров
Шуруповёрт: вторая жизнь
Генератор импульсов с независимой регулировкой длительности и скважности

Радиосхемы » Усилители и звук

ТОНАЛЬНЫЙ ДЕКОДЕР

      

   Недавно на почту прислали один интересный материал, с просьбой разместить его на нашем сайте. И хотя он ранее уже был опубликован на авторской страничке, на этот раз мы отошли от традиции не копировать другие статьи и решили ознакомить вас с ним, учитывая действительно серьёзную и полезную работу. Тут речь идёт о микросхеме LMC567 – экономичный тональный декодер, выполненный по КМОП-технологии, которая предназначена для обнаружения в многочастотных сигналах сигнала с заданной частотой. При обнаружении определённой частоты во входном сигнале выход м/с дискретно изменяет своё состояние. Структура микросхемы показана на рисунке:

   При подаче питания на выв.4, начинает работать ГУН (VCO, Voltage-Controlled-Oscillator) на частоте свободных колебаний (это центральная или опорная частота генератора), при этом на выв.5 импульсы имеют прямоугольную форму, а на выв.6 – треугольную. От ГУН импульсы поступают на амплитудный (AMPL DET.) и фазовый (PHASE DET.) детекторы через делители частоты на два. Поэтому, для правильного декодирования, ГУН должен быть настроен для работы с удвоенной частотой входного сигнала. Центральная частота ГУН задаётся резистором Rt (TIMING RESISTOR) и конденсатором Ct (TIMING CAPACITOR), которые подключаются к выводам 5 и 6. Центральную частоту Fosc в зависимости от Ct и Rt рассчитывают по формуле:

Fosc = 1 / 1,4 * Rt * Ct  Hz (1),

   тогда частота входного декодируемого сигнала Finput будет определяться из выражения:

Finput = Fosc / 2 = 1 / 2,8 * Rt * Ct  Hz (2) .

   На структурной схеме резистор Rt составлен из постоянного и подстроечного резистора. Обозначим постоянный резистор как Rt1, а подстроечный как Rt2 и для примера рассчитаем центральную частоту ГУН при максимальном и минимальном сопротивлении подстроечного резистора Rt2. В этом примере выберем сопротивления резисторов: Rt1=33К, Rt2=100К, а ёмкость конденсатора Ct=10nF. В формулу (1) значение номиналов Rt будем подставлять в килоомах, а Ct – в микрофарадах, поэтому результат получим в килогерцах. Для Rt2 = 100К (сопротивление Rt2 максимально):

   Fosc =1 / 1,4 * (Rt1 + Rt2) * Сt = 1 / 1,4 * (33К + 100К) * 0,01мкФ = 1 / 1,862 = 0,537 кГц, Результат после округления: Fosc = 540 Гц.

   Для Rt2 = 0 (сопротивление Rt2 минимально):

   Fosc = 1 / 1,4 * Rt1 * Сt = 1 / 1,4 * 33К * 0,01мкФ = 1 / 0,462 = 2,164 кГц, Результат после округления: Fosc = 2160 Гц.

   Следовательно, частота декодируемого сигнала (Finput = Fosc/2) с выбранными номиналами Rt и Ct регулируется в полосе 270 – 1080 Гц.

   Задав в выражениях (1) или (2) требуемую частоту в килогерцах при известном номинале Rt, можно найти ёмкость Ct или наоборот, имея в наличии известный Ct, можно вычислить необходимый для требуемой частоты номинал Rt:

  • Ct = 1 / 1,4 * Fosc * Rt  = 1 / 2,8 * Finput * Rt мкФ (3),
  • Rt = 1 / 1,4 * Fosc * Ct  = 1 / 2,8 * Finput * Ct КОм (4).

   Кроме того, на полосу пропускания декодера влияет ёмкость конденсатора С1, который подключается к выводу 1 (OUTPUT FILTER). Этот конденсатор вместе с внутренним сопротивлением Rвыв.1 = 40КОм формирует выходной фильтр. Чем больше ёмкость С1, тем уже диапазон частот лежит в полосе захвата декодера. При выборе ёмкости С1 надо учитывать скорость нарастания выходного напряжения амплитудного детектора и передачу пульсаций на выход компаратора. Говоря проще, при большой ёмкости С1 выход «OUTPUT» (выв.8) будет переключаться «редко», то есть тогда, когда частота входного сигнала будет соответствовать выражению «Finput=Fosc/2». Выход «OUTPUT» будет переключаться «часто», если конденсатор С1 имеет малую ёмкость, то есть полоса пропускания будет широкой, и декодироваться будут также сигналы с близкими к «Fosc/2» частотами.

   Вывод 2 (LOOP FILTER) является комбинированным – выходным для фазового детектора и входным для управления петлёй ФАПЧ (PLL). Конденсатор С2 вместе с внутренним сопротивлением Rвыв.2 = 80Ком образует циклический фильтр. Если входная частота лежит в полосе захвата петли ФАПЧ, то фазовый детектор вырабатывает сигнал, фильтруемый конденсатором С2 и поступающий в ГУН, из-за чего частота ГУН приводится в соответствие с выражением «Fosc=Finput*2» (обнаружение сигнала). Происходит режим захвата. Конденсатор С2 определяет пропускную способность во всём диапазоне обнаруженных частот (LDBW). При недостаточной ёмкости С2 режим захвата неустойчив, т.к. петля ФАПЧ имеет малое время захвата – выход декодера может переключаться из одного состояния в другое. Увеличение ёмкости С2 повышает помехоустойчивость за счёт более длительного времени захвата и сужения его полосы по сравнению с полосой, лежащей в диапазоне обнаружения. 

   Конденсатор С4 (см. структурную схему), подключаемый к выводу 4 (Vs) – блокировочный. Конденсатор на плате должен размещаться как можно ближе к выводу питания, и необходим на частотах выше F = 50 кГц. В нашем случае декодеры будут работать с речевым или музыкальным частотным диапазоном, поэтому конденсатором можно пренебречь.

   Напряжение питания микросхемы находится в границах от 2V до 9V. Типовой ток потребления составляет: при Uпит=2V – 0,3mA, при Uпит=5V – 0,5mA, при Uпит=9V – 0,8mA (эти показатели не меняются при наличии или отсутствии входного декодируемого сигнала). Номинальный втекающий ток выхода «OUTPUT» (выв.8 – открытый сток) - 20mA. Сопротивление входа «INPUT» (выв.3) – 40K. Работа с входными частотами до 500 кГц. Высокая стабильность генератора ФАПЧ. В теме рассмотрены два варианта практического применения тонального декодера LMC567. В первом варианте приводятся несколько экспериментальных схем, позволяющих управлять нагрузкой голосовыми командами. Во втором варианте приводится схема несложной четырёх канальной ЦМУ.

Звуки и частоты

   Как известно, звуки речи делятся на две группы: гласные и согласные. Для обозначения этих звуков придуманы буквы, которые также называются гласные и согласные. В нашем случае остановимся только на гласных. В русском языке их десять:  А, О, У, И, Ы, Э, Е, Ё, Ю, Я.  Буквы Е, Ё, Ю, Я  могут давать два звука:

  • Е – { Й”Э } под ударением, { Й”И } без ударения;
  • Ё – { Й”О } всегда стоит под ударением;
  • Ю – { Й”У };
  • Я – { Й”А } под ударением, { Й”И } без ударения.

   Следовательно, в русском языке только шесть гласных звуков:  А, О, У, И, Ы, Э. Каждый звук при произношении его в словах характеризуется частотой и длительностью, причем частота будет зависеть от особенностей строения речевого аппарата конкретного человека. Если произносить команды, в которых имеются указанные звуки, то, после соответствующей обработки, можно управлять некоторыми домашними объектами. Голосовые управляющие устройства интереснее обычных звуковых, например, выключателей «хлопкового» типа (клапперов). Схемы устройств подобного назначения ранее публиковались, в частности в 1981 году была напечатана статья «Машина, слушай мою команду!» в журнале «Юный техник» №1 в рубрике «Заочная школа радиоэлектроники». Модель машины управлялась двумя командами «ИДИ» и «СТОЙ»:

   Здесь дешифратор команд – это два активных фильтра, выделяющих частоты звуков «И» и «О» и управляющие каждый своим исполнительным реле. Работа частотного фильтра  основана на эффекте резонанса. Чтобы обеспечить высокую избирательность, фильтр построен на LC-контуре, а так как контур работает на голосовой (сотни герц) частоте, то число витков катушки в каждом контуре составляет две и более тысяч. 

   Применение тональных декодеров позволяет избавиться от утомительной намотки проводов и настройки контуров, в составе которых работают катушки индуктивности, а сами устройства становятся экономичнее и миниатюрнее. Следует затронуть ещё один немаловажный вопрос – это помехи. Одно дело, если объект управления - детская игрушка и совсем другое, если это освещение в квартире или какой-нибудь бытовой прибор. При появлении звуковой помехи, частота которой совпадает с частотой гласного звука в командном слове, нагрузка может несанкционировано включиться, что приведет к нежелательным последствиям. Схемы голосовых управляющих устройств должны «уметь» не реагировать на такие помехи. В следующей части от теории переходим к практическим схемам на базе LMC567.

   Форум

   Обсудить статью ТОНАЛЬНЫЙ ДЕКОДЕР


Схемы наши, лайки ваши - всё по честному :)


ТЕСТЕР НАПРЯЖЕНИЯ

ТЕСТЕР НАПРЯЖЕНИЯ     Простой оригинальный тестер высокого напряжения, позволяющий различать 220 или 380В.

СВЕТОДИОДНЫЕ ЛАМПЫ ДЛЯ ДОМА

СВЕТОДИОДНЫЕ ЛАМПЫ ДЛЯ ДОМА     В скором времени в продаже появятся новые светодиодные лампы для дома, на основе мощных светодиодов 50-100 ватт.

FM МОДУЛЯТОР С УСИЛИТЕЛЕМ ЗВУКА

     Делаем простой музыкальный центр на основе ФМ-модулятора и стереофонического УНЧ.

ТИРИСТОРНЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ

     Схема несложного универсального регулятора напряжения на мощном тиристоре.


» ПОИСК СХЕМ



» РАДИОЭЛЕМЕНТЫ

» МИКРОНАУШНИКИ

Группа вконтакте Канал ютуб Группа в фэйсбук Мобильная версия © 2010-2016, "Радиосхемы". Все права защищены. Почта