МУЗЫКАЛЬНЫЙ БРЕЛОК

Большая интегральная микросхема (БИС) КБ1004ХЛ7-4 предназначена для воспроизведения музыкальных фрагментов, звона колокольчиков, звука сирены; применяется она в электронных часах, играх и различных музыкальных устройствах со звуковой сигнализацией. К примеру, музыкальный сувенир — подарочная открытка, при открывании которой играет мелодия (выпускает брестский завод «Цветотрон»). Такую открытку легко превратить в музыкальный брелок или игрушку, которая в ответ на достаточно громкий звук (например, свист, хлопок в ладоши) воспроизводит определенную мелодию.

Устройство и принцип работы БИС КБ1004ХЛ7-4 достаточно сложны. Вывод 1 (рис. 1) — общий. К нему подключают «плюс» источника питания и входы «выбор режима» (вывод 11), через контакты выключателя БА1 «выбор мелодии» (вывод 2), «возбуждение сигнала» (вывод 7), «прерывание сигнала» (вывод 6). Выводы: 9 — выход «звуковой сигнал», 10 — «минус» источника питания, к нему подключен вывод 12 — «выбор программы». К «ножкам» 3 и 4 подключен кварцевый резонатор на 32 768 Гц. В состав сувенира входит источник питания БИС (элемент СЦ-21) и пьезокерамический излучатель звука типа ЗП-З.

Кроме БИС, в музыкальном брелоке имеются микрофон и усилитель. Подав звуковой сигнал на вход «возбуждение сигнала» БИС (этот вывод отключают от ножки 2, перерезав проводник печатной платы), можно запустить установленную мелодию, например, хлопком.

В качестве микрофона используется пьезокерамический излучатель сувенира. Он может работать и как излучатель звука, и как микрофон достаточно высокой чувствительности.

Усилитель, повышающий сигнал микрофона до уровня срабатывания БИС, содержит три каскада (рис. 2). Он собран по схеме с непосредственной связью каскадов по постоянному току и имеет глубокую отрицательную обратную связь: с выхода усилителя через резистор R1 на вход. Для получения максимального усиления при минимальном потребляемом токе (приблизительно 2 мкА) все три транзистора работают в режиме микротоков.

Налаживание усилителя несложно и сводится к подбору величины резистора R1 для получения постоянного напряжения на выходе, равного половине напряжения питания (0,75 В). Выход усилителя (точка соединения коллектора VТ1.3, R4) подключают к выводу 7 БИС, а его вход через конденсатор С1— с выходом (вывод 9) этой микросхемы.

Чтобы брелок имел небольшие размеры, применены малогабаритные детали: транзисторная сборка VТ1.1—УТ1.3 К198НТ4 (К198НТ1) с любым буквенным индексом или кремниевые n-p-n транзисторы, например, серий КТ315, КТ312 с коэффициентом усиления больше 50. Резисторы — МЛТ-0,125 или КИМ, конденсатор С1 — КМ4.

Усилитель собирают на отдельной плате размером 28Х12 мм, а после настройки крепят с помощью проволочных стоек к плате музыкального сувенира. Причем «плюс» источника питания подключают к положительным выводам усилителя и БИС, минуя выключатель. Поскольку потребляемый ток брелока не превышает 34÷4 мкА, он работает в течение 1 года, без замены источника питания.

Брелок, «откликающийся» на каждый достаточно громкий звук, не всегда удобен в повседневном пользовании. Сделать его избирательным к определенным звуковым сигналам можно, включив в тракт усиления частотоизбирательную цепь, например, полосовой фильтр. Тогда брелок будет реагировать только на звуки определенной частоты, например, свист. Другой способ — «узнавание» звуковых сигналов по их количеству за ограниченное время. Схема логического устройства, реализующего такой способ (3 сигнала-хлопка за интервал 2 с), показана на рисунке 3. В качестве активных элементов в устройстве работают микросхемы КМОП структуры серии 564. Несмотря на то, что минимальное гарантированное напряжение питания у этих ИМС составляет 3 В, они выполняют с успехом свои логические функции и при питании от источника 1,5 В.

Из усиленных электрических сигналов формируется короткий импульс, длительность которого превышает продолжительность одного сигнала-хлопка. Короткий импульс запускает формирователь длинного импульса. В свою очередь, он определяет время, за которое производится счет коротких импульсов.

Первый формирователь выполнен на элементах DD1.1, DD1.2, R1, С1 по схеме RS-триггера с самовосстановлением. В исходном состоянии на входах R (вывод 13 DD1.1) и S (вывод 8 DD1.2) присутствует высокий уровень напряжения. Конденсатор С3 заряжен до уровня логической 1 напряжением, поступающим с выхода DD1.2 через резистор R5. В таком состоянии триггер может находиться сколь угодно долго, но при первом же изменении уровня на входе И он переключится в противоположное положение. На выходе DD1.2 (вывод 10) возникает логический 0. Начнется разряд конденсатора С3 через высокоомный резистор R5. Время, в течение которого конденсатор разрядится до напряжения переключения логического элемента DD1.2 (примерно половина напряжения питания), будет соответствовать длительности короткого импульса. Триггер переключится в исходное состояние до прихода очередной серии электрических сигналов.

Второй формирователь — формирователь длинного импульса, выполнен по аналогичной схеме и работает так же, как и первый, но поскольку постоянная времени цепи разрядка конденсатора у второго значительно больше, чем у первого, то и формируемый импульс будет длиннее. Выходные сигналы обоих формирователей поступают на счетчик DD2: на счетный вход С (вывод 15) — короткие импульсы, на вход установки счетчика в 0 и разрешение счета R (вывод 9) — длинные.

Работа логического устройства происходит так. Первый короткий импульс запускает формирователь длинного импульса. Его выходной сигнал (логический 0) разрешит счет микросхеме DD2. На первый короткий импульс счетчик не отреагирует, поскольку счет происходит только в момент перепада уровня напряжения на входе С от низкого до высокого (по фронту), а время срабатывания второго формирователя больше, чем длительность этого перепада. Второй, третий и последующие короткие импульсы будут переключать счетчик, пока на его входе И присутствует логический 0 (RS-триггер DD1.3, DD1.4 не переключится в исходное состояние).

При появлении на выходе 2 счетчика (вывод 6) логической 1 сработает БИС музыкального сувенира, не реагируя на последующие изменения логического уровня на входе «возбуждение сигнала» до окончания звучания мелодии. Если же звуковых сигналов-хлопков будет только два или один, или время между тремя хлопками превысит время длительности импульса второго формирователя, брелок не «услышит» таких сигналов (кстати, расстояние «слышимости» брелока зависит от коэффициента усиления применяемых транзисторов и составляет 6—10 м).

При подключении логической части к выходу усилителя (см. рис. 2) необходимо установить дополнительный конденсатор С (показан штриховой линией) параллельно резистору обратной связи. Его емкость подбирается минимально возможной, при которой сохраняется устойчивая работа триггера DD1.1, DD1.2. Затем с помощью резистора R4 добиваются максимальной чувствительности устройства. Поскольку в точной установке длительности импульсов формирователей нет необходимости, можно оставить указанные на схеме номиналы без подбора.

Микросхемы 564-й серии заменимы на К561-Ю, счетчик может быть К564 (К561) ИЕ8, ИЕ9. Расположение на плате Ø 32 мм деталей логической части совместно с усилителем показано на рисунке 4. На ней высверливаются отверстия под выводы деталей, которые соединяют между собой с помощью отрезков проводов. Собранную плату припаивают к плате сувенира, сняв с нее предварительно источник питания и его элементы крепления. Затем к платам припаивают пьезокерамический излучатель (к «плюсовому» проводнику) на выводах, изогнутых под прямым углом.

Собранную конструкцию помещают в корпус подходящих размеров (в авторском варианте — Ø 39Х 15 мм) или в готовый от слухового аппарата. Несомненно, такой брелок — прекрасный подарок как взрослым, так и детям.

А. РОМАНЧУК