Необычное применение ИМС LM3909

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: опыт радиолюбителей

Опубликовано: 26.03.2017 16:23

Просмотров: 2884

А.Л. Одинец, г. Минск PA12’ 2009
В последнее время все более популярными становятся устройства с низким питающим напряжением - 1... 1,5 В. Это обеспечивает высокую экономичность подобных устройств и очень большой срок их автономной работы без замены источника питания. Специально для работы от гальванических элементов напряжением 1,5 В разработана ИМС LM3909. О некоторых ее применениях рассказано в этой статье.

Генератор кода Морзе и музыкальный инструмент

Схема генератора кода Морзе минимальной стоимости, простоты и с минимальным потребляемым током показана на
рис.1, где пунктиром обведены внутренние элементы ИМС LM3909, квадратики на пересечении с пунктирной линией
обозначают выводы ИМС. Один генератор одновременно управляет динамиками на приемной и передающей сторонах.
Расчеты и практические тесты показывают продолжительность работы от одного алкалинового элемента от трех
месяцев до года, в зависимости от частоты использования. Другие подобные зуммеры используют две и более
батареи и работают значительно меньше.
Общедоступные дешевые восьмиомные динамики эффективны в последовательном включении, чтобы лучше
соответствовать характеристикам LM3909. Трехпроводные системы и параллельные телеграфные ключи позволяют
начинающим связистам использовать устройство, не вдаваясь в понимание принципа работы приемно-передающих
ключей.
Всего два резистора добавляются, чтобы получить подходящую среднюю выходную мощность и заставить генератор
формировать выходные импульсы с коэффициентом заполнения 50%. Акустически оба динамика работают на частоте
резонанса (примерно 400 Гц в прототипе) для наиболее приятного тона с минимальным энергопотреблением.
Держатели каждого из двух динамиков имеют дополнительные отверстия, чтобы усилить резонанс. Для каждого
определенного типа динамика и размера корпуса, размеры отверстий и емкость конденсатора должны определяться
экспериментально для наиболее стабильного резонансного тона в пределах предполагаемого изменения напряжения
питающей батареи.
Эксперименты с вышеприведенной схемой привели к разработке устройства, показанного на рис.2.

Оно оптимизировано, чтобы генерировать на любой частоте акустического резонанса нагрузки. При использовании
отдельно взятого динамика генерация происходит на частоте «свободного» резонанса. Если динамик помещен в
корпус с более высокой резонансной частотой, то она становится основной частотой генерации схемы.
Такой демонстрационный аудиоприбор был изготовлен следующим образом. Корпус прямоугольной формы объемом
примерно один кубический дециметр был изготовлен из тонкой фанеры с одной открывающейся гранью в виде
заслонки. Схема и батарея питания были смонтированы на выдвижной стороне корпуса, а динамик располагался под
отверстием размером 5 см. Для стравливания воздуха при открывании заслонки была сделана трубка длиной 6 см и
шириной 0,8 см, чтобы не было влияния на резонансную частоту.
Проигрывание мелодии или изменяющихся тонов производят точным позиционированием заслонки и нажатием кнопки.
Положение и направление сдвига заслонки выбирается интуитивно, поэтому нетрудно проиграть разумное подобие
мелодии после нескольких попыток.
Резистор R13 (12 Ом), включенный последовательно с выводом 2 (коллектором транзистора VT3) и динамиком,
развязывает напряжения, генерируемые резонирующей системой динамика, от шунтирующего действия низкого
импеданса VT3. Конденсатор С1 емкостью 100 мкФ обеспечивает низкую или подтональную частоту генерации. Поэтому
основное напряжение ПОС на выводе 8 генерируется резонирующим движением звуковой катушки динамика.
Следовательно, LM3909 будет продолжать управлять динамиком на частоте резонанса с максимальной амплитудой.
Как было отмечено ранее, LM3909, управляя динамиком напрямую, выполняет функции, которые было труднее
реализовать с помощью таймера или однопереходного транзистора. Два окончательных варианта схем звуковых
эффектов показаны на рис.3,а, б.
Сирена, показанная на рис.3,а, генерирует быстро нарастающее завывание при нажатии кнопки и более медленный
спад при отпускании. При желании останавливать звучание спустя некоторое время после отпускания кнопки, между
выводами 8 и 6 ИМС следует включить резистор сопротивлением 18 кОм. В таком случае, звук становится похожим на
сирену, управляемую двигателем.
В этой схеме акустический резонанс не должен влиять на частоту. Конденсатор С1 емкостью 1 мкФ и резистор R12
сопротивлением 200 Ом определяют длительность импульсов. Частота импульсов динамика определяется резистором
R11 (2,7 кОм) и зарядом конденсатора С2 емкостью 470 мкФ. Разряд этого конденсатора при нажатии кнопки
увеличивает ток в резисторе R11 (2,7 кОм), вызывая быстрое нарастание тона.


«Завыватель», показанный на рис.3,б, звучит подобно милицейской или пожарной электронной сирене. Быстрая
модуляция заставляет звук казаться громче при одной и той же выходной мощности. Тональный генератор тот же,
что и в предыдущей сирене. Вместо нажимной кнопки, быстро нарастающее и спадающее модулирующее напряжение
формируется второй LM3909 и связанным с ней конденсатором С2 емкостью 470 мкФ. Транзистор типа 2N1304
используется как низковольтный (германиевый) диод. Этот транзистор вместе с большим резистором в цепи обратной
связи (5,1 кОм на выводе 8) заставляет генератор пилообразного напряжения на основе LM3909 работать в
необычном
режиме, обеспечивая более длинные включенные состояния и более короткие выключенные. Это приводит к нарастанию
среднего тона генератора и заставляет модуляцию казаться более ровной.
Калибратор для УМЗЧ
Полезным прибором для электронной аудиолаборатории является прецизионный генератор/калибратор прямоугольных
импульсов. Если на выходе поддерживается напряжение на уровне десятков процентов от
1 В, от пика до пика, он может быть полезен при калибровке осциллографов или юстировке щупов. Многие недорогие
или портативные осциллографы не имеют такой встроенной функции. Такой калибратор может быть полезен для снятия
коэффициента усиления или передаточной характеристики различных усилителей класса Hi-Fi.
Оборудование, питающееся от батарей, свободно от неудобства использования сетевого шнура, а также шумовых и
фоновых эффектов оборудования, подключаемого к сети. Работа в течение свыше пятисот часов от одного элемента
от ручного электрического фонаря -- это преимущество схемы, показанной на рис.4.

Доступный регулятор с наиболее низким опорным напряжением типа LM113 используется совместно с источником тока
и свойством вольтодобавки LM3909.
На выходе формируются строго прямоугольные импульсы, амплитуда которых может быть подстроена точно на уровне 1
В. Прямоугольные импульсы длительностью 1,5 мс высокого уровня и 5,5 мс низкого уровня были выбраны для
простоты схемы и минимального энергопотребления. Ограничение формы импульсов практически ровное, благодаря
практически полному выключению токового ключа VT2 и типичному импедансу включенного состояния LM113 равному
0,2 Ом. Температурный коэффициент LM113 равный 0,01% при комнатной температуре создает незначительный дрейф
амплитуды импульсов в лабораторных условиях. Щупы прибора также создают незначительную нагрузку. Схема хорошо
работает при снижении напряжения питания до 1,2 В. Это происходит по той причине, что электролитический
конденсатор С1 емкостью 100 мкФ снижает потенциал эмиттера VT2 ниже потенциала «общего» провода. При
напряжении батареи 1,2 В коллектор VT2 все еще способен обеспечить размах сигнала более чем 1,6 В. Транзистор
VT1 использует «выключенные» состояния LM3909, чтобы гарантировать зарядку конденсатора емкостью 100 мкФ почти
до напряжения источника питания. Таким образом, когда LM3909 включается и напряжение на выводе 2 снижается
почти до нуля, напряжение на минусовой обкладке конденсатора снижается до значения 0,9...1,2 В ниже нуля.
Снижение напряжения источника питания не может привести к неопределяемой ошибке прямоугольных импульсов
амплитудой 1 В. Это происходит потому, что форма искажается больше, чем снижается амплитуда, когда из-за
разряда напряжение батареи становится слишком низким.
ВЧ генератор и радиоприемник на ИМС LM3909


Обе схемы, показанные на рис.5 и рис.6, используют стандартные ферритовые катушки с ответвлением от 40% витков
с одного конца. Генератор работает на частотах до 800 кГц или чуть выше, поэтому приемник работает в
стандартном вещательном диапазоне с амплитудной модуляцией. Обе схемы также используют стандартные (30 пф)
подстроечные конденсаторы. Генератор имеет обычную емкостную цепь ПОС, используемую для LM3909, но с частотой,
определяемой перестраиваемой схемой, нагруженной на выходной каскад. Детальное описание работы этих
экспериментальных схем не приводится для уменьшения объема статьи. В завершении рассмотрены общие
теоретические вопросы функционирования ИМС, которые полезны в понимании принципа работы отдельных схем.
В схеме радиоприемника, показанной на рис.6, LM3909 работает как детектирующий усилитель. Она не генерирует,
поскольку не существует ПОС от вывода 2 к выводу 8. Настройка схемы так же проста, как и обычного детекторного
радиоприемника, но местная радиостанция может обеспечить достаточную громкость при работе на шестидюймовый
громкоговоритель. Чрезвычайно низкое энергопотребление обеспечивает непрерывную работу от одного элемента
питания в течение одного месяца.
Антенна для такого радиоприемника может быть короткой (от 3 до 6 м, обозначена на схеме как WA2) и
подключаться непосредственно к выводу катушки, как показано на рис.6. Более длинная антенна WA1 (от 9 до 15 м)
работает лучше, если ее подключить к отводу катушки, упомянутому ранее, как показано на рис.6.
Микрофонный усилитель
Вновь игнорируя конденсатор цепи ПОС, LM3909 может стать маломощным усилителем, показанным на рис.7.

Этот небольшой аудиоусилитель может использоваться в системе односторонней связи или подслушивания в различных
ситуациях. Потребляемый ток составляет всего 12... 15 мА. Он может усиливать едва слышимые звуки, а прямой
разговор в микрофон генерирует полный размах сигнала 1,4 В.
Литература
1. National Semiconductor Cor Trigger or Alarm. AN-154.pdf.poration. 1,3V 1C Flasher, Oscillator,
www.national.com