Моделирование речи автоматов

Как мы уже видели из рис. 41, "речь" автомата-сирены выглядит значительно проще речи человека. Чтобы получить искусственный сигнал сирены, нужно сформировать звуковой сигнал, частота которого в течение времени нарастала бы по линейному закону. Это сделать нетрудно.

Функциональная схема электронной сирены приведена на рис. 45. Отрицательные прямоугольные импульсы с выхода 1-го задающего мультивибратора через диод Д, пропускающий только отрицательную часть импульса, поступают на зарядно-разрядную цепочку, состоящую из зарядного резистора R_зар, конденсатора С1 и резистора цепи разряда R_разр. Зарядно-разрядная цепочка превращает прямоугольный импульс инфранизкого генератора в пилообразный импульс, спад и нарастание которого и будут определять характер спада и нарастания тревожных сигналов сирены. Второй мультивибратор "завывает" под воздействием импульсов пилообразной формы.

Рис. 45. Функциональная схема электронной сирены

Регулируя величину R_зар (обычно это резистор 5-20 кОм) и R_разр (50-100 кОм), добиваются нужного качества звучания сирены. Как видно из рисунка, работа сирены определяется подбором параметров зарядно-разрядной цепочки и выходного (второго) мультивибратора. Их можно собрать из кубиков электронного конструктора и терпеливо на слух подбирать параметры схем. С кубиками конструктора, в комплекте которого имеются разные детали, при достаточном терпении экспериментатора можно добиться идеального звучания сирены и продемонстрировать влияние на работу схемы зарядно-разрядной цепочки и параметров второго мультивибратора.

Рис. 46. Схема

Рис. 47. Схема, имитирующая сигналы спутника

В целом схема электронной сирены приведена на рис. 46. Слева показан задающий мультивибратор, а справа - 2-й мультивибратор, генерирующий завывающие сигналы. С его коллекторной нагрузки сигналы поступают на блок УНЧ.

На рис. 47 приведена схема устройства, вырабатывающего сигналы спутника (схема "бип-бип"). В нем уже три мультивибратора: 1) левый, включающий питание на два последующих мультивибратотора по заданной программе, 2) средний, генерирующий сигналы порядка 1800 Гц, и 3) правый, являющийся как бы телеграфным ключом. В схему включен специальный транзистор, чтобы одновременно со звуковыми сигналами мигала лампочка Л₁. Звуковой генератор и сигнальная лампочка вместе потребляют ток около 150-200 мА, поэтому в левое плечо ключевого генератора включен дополнительный транзистор средней мощности. Если не использовать лампочку и обойтись только звуковыми сигналами, то специальный транзистор можно исключить. При этом эмиттер Т₆ подключается непосредственно к проводу положительного источника питания).

Рис. 48. Низкочастотный мультивибратор

В обычных мультивибраторах для получения низких частот приходится использовать конденсаторы очень большой емкости - до 50 мкФ. Это неудобно, так как такие конденсаторы и дефицитны и имеют большие размеры. Гораздо удобнее в качестве генератора низкочастотных импульсов использовать другой мультивибратор (рис. 48). Его принципиальной особенностью является наличие диода Д₁ в цепи базы транзистора Т₂. Благодаря этому диоду резко уменьшается шунтирующее действие транзистора Т₂ на цепь заряда конденсатора С₁, что позволяет значительно увеличить сопротивление резистора R₃, через который происходит разряд С₁. Именно поэтому оказалось возможным получить колебания очень низких частот при относительно малых емкостях конденсаторов С₁ и С₂. Емкость С₁ при заданном периоде колебаний Т можно определить по формуле C₁[мкФ]=1,8 Т[с]/R₃[мОм].

Емкость конденсатора С₂ должна быть равна 0,2 С₁. Номиналы других детален выбирают следующим образом. Сопротивление резистора R1 берут как можно меньше (обычно R₁ = l кОм), а сопротивление R₂ и R₄ вычисляют по формулам R₂[кОм] =βR[кОм], где β - минимальное паспортное значение коэффициента усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером; R₄[кОм] = 1,8 R₁ [кОм]. Резистор R5 (10 кОм) является ограничительным.

Если указанные соотношения между номиналами деталей соблюдены, то при изменении сопротивления резистора R3 от 0 до 2,7 мОм частота колебаний мультивибратора изменяется в 150 раз, а форма и длительность отрицательного импульса на коллекторе Т1 и положительного импульса на коллекторе Т2 остаются неизменными. В этом случае минимальная частота генерируемых импульсов составляет 0,1 Гц, а максимальная - 15 Гц. Для получения более высоких частот необходимо только уменьшить емкости конденсаторов С1 и С2, не изменяя номиналов других деталей.

Мультивибратор питается от источника постоянного тока с напряжением 4,5 или 6 В. При этом амплитуды напряжения импульсов на коллекторах транзисторов почти равны величине напряжения питания, а потребляемый ток не превышает 6 мА. Если напряжение источника питания составляет 9 или 12 В, сопротивление резисторов R1, R2, R4 увеличивают во СТОЛЬКО раз, во сколько раз повышено питающее напряжение по сравнению с 6 В.

Генераторы инфранизких частот, у которых минимальная частота составляет 0,1 Гц, а максимальная 10-15 Гц, очень широко используются для управления другими мультивибраторами и совместно с ними могут вырабатывать сложные звуковые сигналы.