Projekty AVT
Nowy, ulepszony
N
o
w
y
,
u
l
e
p
s
z
o
n
y
Nowy, ulepszony
N
o
w
y
,
u
l
e
p
s
z
o
n
y
Transofon Hi-Fi
T
r
a
n
s
o
f
o
n
H
i
F
i
Transofon Hi-Fi
T
r
a
n
s
o
f
o
n
H
i
F
i
dwa moduły przeznaczone
d
w
a
m
o
d
u
ł
y
p
r
z
e
z
n
a
c
z
o
n
e
dwa moduły przeznaczone
d
w
a
m
o
d
u
ł
y
p
r
z
e
z
n
a
c
z
o
n
e
2619
2
6
1
9
2619
2
6
1
9
nie tylko dla rozrywki
n
i
e
t
y
l
k
o
d
l
a
r
o
z
r
y
w
k
i
nie tylko dla rozrywki
n
i
e
t
y
l
k
o
d
l
a
r
o
z
r
y
w
k
i
Transofon Hi-Fi
Precyzyjny szerokopasmowy przesuwnik fazy
Podwójny ekonomiczny układ mnożący
część 1
Projektem głównym w EdW 3/1997 był intermodulacji. Jakość przetworzonego ani klasyczny mieszacz, ani nawet mieszacz
Transofon - układ do zmiany wysokości gło- dz
więku pozostaje znakomita. zrównoważony. Potrzebny jest bardziej
su. Zaprezentowany transofon wzbudził wiel- Nie trzeba chyba dodawać, iż transofon skomplikowany układ, zawierający kilka blo-
kie zainteresowanie, co objawiło się także może być wykorzystany dla rozrywki i in- ków, w tym dwa mieszacze i dwa filtry. Trzy
wielką liczbą sprzedanych kitów. Nazwę nych niezbyt poważnych celów - niedawno sposoby przesuwania widma częstotliwości
transofon zaproponował jeden z naszych Czy- do Redakcji zadzwonił Czytelnik z Białego- opisano we wspomnianym numerze EdW
telników. Układ, zgodnie z nazwą, służy do stoku z niecodzienną prośbą. Z powodów, (3/97) na stronie 62 w artykule Zabawy
zmiany wysokości głosu - przesuwa w górę które u wielu mogą wywołać uśmiech zdzi- z dz
więkiem. W Transofonie, zaprezentowa-
lub w dół sygnały pasma akustycznego. wienia, chce dołączyć porządny transofon do nym w EdW 3/97 na stronie 7 wykorzystano
Zmiana częstotliwości już o 40...50Hz po- telefonu, żeby go nie rozpoznano po głosie pierwszą z metod przesuwania częstotliwości.
woduje, że nie można rozpoznać osoby po z drugiej strony linii. W prezentowanym teraz układzie wyko-
głosie. Nieco większa zmiana powoduje, że Zaprezentowany układ znajdzie także in- rzystano opisany tamże sposób trzeci.
mężczyzna będzie mówił głosem kobiety ne, znacznie poważniejsze zastosowania. Podobny sposób jest wykorzystywany od
(podwyższenie częstotliwości), a kobieta - Krótkofalowcy wykorzystujący technikę dawna przez krótkofalowców do wytwarza-
głosem męskim (obniżenie częstotliwości). SSB z pewnością zainteresują się modułem nia sygnału pojedynczej wstęgi bocznej
Przesunięcie o kilkaset herców daje wręcz precyzyjnego, szerokopasmowego przesuw- w transceiverach SSB.
kosmiczne efekty. nika fazy. Z projektem zapoznają się też oso- Z grubsza rzecz biorąc polega on na zastoso-
Znane są różne, analogowe i cyfrowe by zajmujące się nagłaśnianiem obiektów - waniu dwóch modulatorów, do których dopro-
układy realizujące takie zadanie. Zazwyczaj układ pierwotnie projektowany był jako wadza się sygnał fali nośnej i sygnał akustyczny,
jednak jakość dz
więku jest mizerna, pasmo układ antywzbudzeniowy, zmniejszający po- z tym że wymagane są po dwa sygnały: jeden
wąskie, a ubocznymi efektami są szumy, datność systemu na samowzbudzenie na dro-  normalny , drugi przesunięty w fazie o 90o.
zniekształcenia i inne niepożądane produkty. dze głośniki-mikrofon. Działanie układu opiera się na znanym ze
Opisywany w artykule układ to transofon szkoły wzorze na sinus sumy kątów:
o rewelacyjnych parametrach. Zakres często- Zasada działania sin (x + y) = sinx*cosy + cosx*siny
tliwości pracy (50Hz...15kHz) jest znacznie Przedstawiony układ przesuwa widmo czę- Ze wzorów redukcyjnych wynika że:
szerszy, niż zakres widmowy mowy ludzkiej. stotliwości w górę lub w dół. Powszechnie sin (90o ą x) = cos x
Układ przesuwa częstotliwość nie dając od- stosowanym sposobem przesuwania pasma co oznacza, że różnica między przebiegami
czuwalnych szkodliwych efektów ubocz- częstotliwości jest użycie mieszacza. Do rea- sinusoidalnym i kosinusoidalnym polega tyl-
nych, takich jak gwizdy czy inne produkty lizacji postawionego zadania nie wystarczy ko na przesunięciu w fazie o 90o.
Elektronika dla Wszystkich
Luty 2002
13
Projekty AVT
Opisane operacje matematyczne można który ze swej natury jest z
ródłem sygnałów biegu ma pozostać niezmieniona. Na rysun-
przeprowadzić w układzie elektronicznym. przesuniętych w fazie dokładnie o 90o. ku 3 pokazany jest układ, który umożliwi zre-
Można to zrealizować cyfrowo, wykorzystując Prezentowany układ transofonu, czyli alizowanie postawionego celu. Jest to rodzaj
specjalizowane procesory DSP, można też wy- przesuwnika widma częstotliwości składa filtru. Nazywany jest filtrem wszechprzepu-
korzystać sposób analogowy. Ogólną ideę prze- się z dwóch modułów. Jeden jest przesuw- stowym. Rysunek 4 pokazuje, że amplituda
suwania częstotliwości w sposób analogowy nikiem fazy, drugi zawiera układ mnożący przebiegu pozostaje niezmieniona w całym
przedstawia rysunek 1. Wykorzystuje się tu i generator kwadraturowy. Uproszczony paśmie akustycznym. Na rysunku 5 pokaza-
dwa układy mnożące, przy czym, zgodnie z po- schemat blokowy proponowanego  analo- na jest charakterystyka fazowa układu z ry-
danymi właśnie wzorami, mnożeniu podlegają gowego rozwiązania pokazany jest na sunku 3. Elementy układu (C1, R3) zostały
sygnały przesunięte w fazie o 90o (Ą/2). rysunku 2. tak dobrane, że przesunięcie fazy dla często-
tliwości 1kHz wynosi dokładnie 90o, co poka-
zuje też rysunek 6. Niestety, jak widać na ry-
sunku 5, przesunięcie fazy nie jest stałe, tylko
zależy od częstotliwości. Na pewno jeden ta-
ki filtr nie zrealizuje postawionego zadania.
Rys. 1 Zasada działania
Rys. 2 Schemat blokowy Rys. 4
Rys. 5
Przesunięcie o 90o przebiegu o ustalonej
częstotliwości fs nie przedstawia większe-
go problemu. Dużo trudniej przesunąć
o jednakowy kąt sygnały z szerokiego pa-
sma częstotliwości akustycznych. W krót-
kofalarstwie pasmo użyteczne nie przekra- Rys. 6
cza 2,5kHz, więc wykorzystywane układy
przesuwników fazowych nie są zbyt skom- Wystarczy jednak zbudować dwa nieza-
plikowane. Podczas projektowania prezen- leżne tory zbudowane z kilku takich ogniw
towanego układu postawiono cel znacznie o precyzyjnie dobranych parametrach, by
trudniejszy - zakres użyteczny co najmniej Rys. 3 różnica fazy na ich wyjściach była równa
od 100Hz...10kHz. Składowe sygnału mo- 90o w szerokim zakresie częstotliwości.
wy ludzkiej mieszczą się właśnie w takim Okazało się, że potrzebne są dwa tory,
paśmie. Ponadto, aby w sposób stosunkowo Przesuwnik fazy z których każdy będzie zawierał po cztery
prosty zapewnić wymaganą różnicę faz Założono, że układ przesuwnika fazowego odpowiednio dobrane ogniwa filtru wszech-
przebiegu dla różnych częstotliwości fs, za- ma przesunąć dokładnie o 90o fazę sygnałów przepustowego.
miast generatora i przesuwnika zastosowa- co najmniej w zakresie 100Hz...10kHz. Fazę Pełny schemat ideowy precyzyjnego prze-
no tak zwany generator kwadraturowy, trzeba przesunąć, natomiast amplituda prze- suwnika fazy pokazany jest na rysunku 7.
Elektronika dla Wszystkich
Luty 2002
14
Projekty AVT
Moduł może być zasilany napięciem syme- czasowe C1R3, C2R6, C3R9, ... C8R24 są wanie identycznych kondensatorów (6,8nF)
trycznym ą4,5...ą18V albo napięciem poje- tak dobrane, że różnica fazy przebiegów na oraz rezystorów o wartości dokładnie takiej
dynczym w zakresie 9...25V (do 36V przy za- wyjściach A, B wynosi 90o. jak podano na schemacie. Przy zastosowaniu
stosowaniu C11 o wyższym napięciu pracy). Rysunek 8 pokazuje charakterystyki fa- elementów o tolerancji 1% należy liczyć się
Zależnie od rodzaju zasilania, należy wykonać zowe. Linie niebieska i czerwona pokazują z błędem fazy dochodzącym do 1,5 stopnia,
połączenie oznaczone X-Y (zasilanie syme- przesunięcie fazy obu torów, zmierzone na co i tak będzie znakomitym wynikiem. Oczy-
tryczne) albo X-Z (zasilanie niesymetryczne). wyjściach A i B. Jak widać, dla najwyższych wiście można też zastosować rezystory i kon-
Działanie układu jest oczywiste. Każdy częstotliwości akustycznych przekracza ono densatory o tolerancji 5% - wtedy błąd fazy
moduł filtru wszechprzepustowego przesuwa 360o! Przesunięcie o 360o oznacza po prostu może przekroczyć 5 stopni, ale do mniej wy-
fazę sygnału. W rezultacie sygnały o więk- opóz
nienie sygnału o jeden okres, ale nie jest magających zastosowań taka dokładność
szych częstotliwościach pojawiające się na to istotne w tym przypadku. Linia zielona na z powodzeniem wystarczy.
wyjściach A, B są przesunięte o kąt dużo rysunku 8 pokazuje różnicę fazy między
większy niż 90o. Istotny jest fakt, że stałe sygnałami wyjściowymi. Już ten rysunek po- Moduł mnożący
kazuje, że uzyskany wynik jest dobry. W urządzeniu pracują analogowe układy
Rys. 7 Przesuwnik fazy mnożące. Obecnie układy
takie są łatwo dostępne,
ale jak wiadomo, są dość
drogie. Pierwszy próbny
model (z innym przesuw-
nikiem fazowym) został
wykonany prawie dzie-
sięć lat temu i zawierał
układy mnożące Motoroli
MC1495, kupione oka-
zyjnie na warszawskim
Wolumenie. Potem oka-
zało się, że zakup dal-
szych egzemplarzy kostek
MC1495 lub MC1494
okazałby się zbyt
kosztowny, więc przepro-
jektowano układ. Prze-
prowadzono próby nawet
z krajową kostką
UL1042. W proponowa-
nej wersji wykorzystywa-
ne są znane od dawna,
popularne i tanie kostki
Motoroli MC1496. Układ
MC1496 jest modulato-
rem zrównoważonym
i przy niezbyt dużych sy-
gnałach podawanych na
 górne piętro z powo-
dzeniem pełni rolę ukła-
MC1496
du mnożącego. Schemat
wewnętrzny kostki
MC1496 i wyprowadze-
nia są pokazane na ry-
sunku 10. Sygnały wej-
ściowe (napięciowe) po-
Rys. 8 Charakterystyki fazowe dawane są na bazy tran-
zystorów  dolnych
Rys. 9 Charakterystyki wypadkowe i  górnych . Po ich ana-
logowym pomnożeniu
sygnałem wyjściowym
jest prąd kolektorów
Rys. 10 Układ MC1496  górnych tranzystorów.
Pełny schemat modułu mnożącego poka-
Jak pokazuje w zbliżeniu rysunek 9, zany jest na rysunku 11. Układ może być za-
dokładność przesuwnika jest wręcz rewe- silany napięciem symetrycznym albo poje-
lacyjna. W zakresie częstotliwości dynczym. W większości przypadków układ
78,3Hz...12,2kHz błąd przesunięcia fazy jest będzie zasilany pojedynczym napięciem rzę-
mniejszy niż pół stopnia! Oczywiście warun- du 12V i wtedy nie trzeba montować elemen-
kiem uzyskania takiej precyzji jest zastoso- tów C8, C9, C12, U5.
Elektronika dla Wszystkich
Luty 2002
15
Projekty AVT
Rezystory R1, R32,
R2, R3 tworzą dzielnik
napięcia, polaryzujący
układy mnożące i gene-
rator.
Wzmacniacze opera-
cyjne kostki U3 pracują
w układzie generatora
kwadraturowego. Ele-
menty C5, C5,
R24...R29 wyznaczają
częstotliwość. Dodatko-
wy rezystor R30 jest po-
trzebny, żeby generator
rozpoczął pracę po włą-
czeniu zasilania. Rezy-
stor R31 i dwie diody
LED ograniczają ampli-
tudę generowanego
przebiegu, zapobiegając
nasyceniu wzmacniaczy.
Sygnały z wyjść wzmac-
niaczy kostki U3, wzaje-
mnie przesunięte o 90o,
są doprowadzone do
wejścia  dolnego piętra
układów mnożących U1,
U2 (nóżki nr 1).
Do wejścia  górnego
piętra kostek U1, U2
(nóżki nr 8) przez wej-
ścia A, B są doprowa-
dzone przesunięte w fa-
zie sygnały audio z prze-
suwnika fazy. Warto zau-
ważyć, że sygnały te są stłumione przez dziel- Sygnały prądowe z wyjść kostek U1, U2 Rys. 11
niki R6,R8 oraz RP5+R7,R9 ze względu na (nóżki 6) są sumowane bezpośrednio  na
dużą czułość  górnego piętra kostek U1, U2. drucie . Obciążeniem nie jest jednak poje- C14, R23 usuwają składową stałą i na wyj-
Potencjometry montażowe PR1...PR4 dynczy rezystor, tylko lustro prądowe z tran- ściu, w punkcie D uzyskuje się przesunięty
umożliwiają symetryzację wszystkich stopni zystorami T1, T2 i rezystorami R20, R21. w dziedzinie częstotliwości sygnał audio.
układów mnożących. Potencjometr PR5 po- Dzięki obecności tego lustra, sygnał wyjścio-
zwala dodatkowo wyeliminować rozrzut war- wy uzyskuje się na rezystorze R22, dołączo- Ciąg dalszy za miesiąc.
tości elementów w obu układach mnożących. nym jednym końcem do masy. Elementy Piotr Górecki
Elektronika dla Wszystkich
Luty 2002
16