Семиоктавный ГУН с линейной зависимостью высоты тона

Постоянный автор Ник Корнфорд недавно поделился идеями конструкций, содержащих крутые схемы для управляемых напряжением генераторов с линейной зависимостью высоты тона (LPVCO, Linear-in-Pitch Voltage-Controlled Oscillator):

• Недорогая демонстрация потустороннего мира инфразвука: Часть 1 [1] и Часть 2 [2].
• ГУН с линейной зависимостью высоты тона: Часть 1 [3] и Часть 2 [4].

Линейная по высоте тона функция, которая делает выходную частоту пропорциональной антилогарифму напряжения, интересна тем, что она обеспечивает лучшее субъективное восприятие для изначально логарифмического человеческого уха, чем линейная зависимость частоты.

Одним из критериев характеристик LPVCO является его октавный диапазон. Это отношение наибольшей частоты к наименьшей частоте его полного выходного диапазона, выраженное в виде двоичного логарифма (по основанию 2). Две октавы (2² = 4:1) – это хорошо. Три октавы (2³ = 8:1) – еще лучше. LPVCO на Рисунке 1 обеспечивает семь октав (2⁷ = 128:1).

Рисунок 1.

Семиоктавный LPVCO состоит из антилогарифмической пары транзисторов Q1-Q2, которая преобразует входное напряжение VIN от 0 В до 5 В в ток IC2 от 1 мкА до 128 мкА для изменения скорости нарастания напряжения на конденсаторе C1 и частоты колебаний таймера U1, пропорционального 27 = 128:1. Затем счетчик U2 делит частоту колебаний таймера U1 на 4 и преобразует импульсы в трехуровневый, очень условно «синусоидальный», выходной сигнал.

Вот как это работает.

Управляющее напряжение V_IN масштабируется делителем напряжения

и подается на токовое зеркало Q1-Q2 с экспоненциальным усилением. Там транзистор Q1 смещает его по уровню и компенсирует по температуре, а затем Q2 формирует антилогарифм, чтобы получить

Результирующе время нарастания напряжения на конденсаторе C1 составляет от 5 мс (для V_IN = 0) до 40 мкс (для V_IN = 5 В). Нарастание напряжения заканчивается, когда оно пересекает уровень срабатывания аналогового таймера U1 1.67 В и сбрасывается через резистор R5 и диод D1 до порогового уровня U1 3.33 В, начиная новый цикл колебаний. Таким образом, результирующие пилообразные импульсы будут повторяться с частотой

Прекрасные проекты Ника показывают, что, если мы хотим получить приемлемый для прослушивания выходной аудиосигнал, короткие импульсы, такие как пики на выходе таймера U1, требуют преобразования в импульсы с менее интенсивным содержанием гармоник. Поэтому счетчик Джонсона U2 делит частоту колебаний таймера U1 на 4. В результате на выходе получается едва ли синусоидальный, но, по крайней мере, несколько менее раздражающий трехуровневый сигнал с конечный частотой от 50 до 6400 Гц.

Ссылки

1. Nick Cornford. Недорогая демонстрация потустороннего мира инфразвука. Часть 1 – Ищем решение
2. Nick Cornford. Недорогая демонстрация потустороннего мира инфразвука. Часть 2 – Слушаем инфразвук
3. Nick Cornford. ГУН с линейной зависимостью высоты тона. Часть 1 - Начинаем
4. Nick Cornford. ГУН с линейной зависимостью высоты тона. Часть 2 - Идем дальше

Материалы по теме

1. Datasheet Texas Instruments LMC555
2. Datasheet Texas Instruments SN74HCT74
3. Datasheet Central Semiconductor 2N5087
4. Datasheet ON Semiconductor 2N5089