Шаг за шагом. Транзисторы

Основа этого музыкального инструмента — два высокочастотных генератора и преобразователь частоты. Частоты генераторов f₁ и f₂ выбираются таким образом, чтобы разностная частота f_разн лежала в звуковом диапазоне. Так, например, если f₁ = 100 кгц, а f₂ = 101 кгц, то разностная частота как раз и составит 1 кгц, то есть попадет в область звуковых частот.

В дальнейшем электрические колебания разностной частоты усиливаются и превращаются в звук с помощью громкоговорителя. Один из генераторов терменвокса всегда дает постоянную частоту, а частоту второго генератора можно в небольших пределах менять. При этом меняется и разностная частота, то есть меняется высота звука. А именно это прежде всего и требуется от музыкального инструмента.

Необходимое изменение частоты одного из генераторов терменвокса осуществляется следующим образом. К контуру этого генератора подключают металлический штырь и приближают к нему руку. При этом создается некий конденсатор, одной обкладкой которого является штырь, а второй — рука. В контур вносится дополнительная емкость С_вн, которая зависит от расстояния между рукой и штырем. Перемещая руку относительно штыря, мы меняем емкость контура, а значит, и частоту генератора. Вместе с ней меняется разностная частота, меняется высота звука.

Практическая схема простого транзисторного терменвокса приведена на рис. 112.

Рис. 112. Схема электрическая принципиальная терменвокса.

Генератор фиксированной частоты (Т₁) собран по трехточечной схеме с емкостной обратной связью. В колебательный контур входят не только катушка L₁ и конденсатор С₃, но еще и емкостный делитель С₄С₅, подключенный параллельно контуру (один конец делителя соединен с контуром непосредственно, а второй — через «землю» и конденсатор С₁). Транзистор подключен к контуру так, чтобы выполнялось условие фаз: эмиттер соединен со средней точкой емкостного делителя, а к крайним точкам контура присоединены коллектор (непосредственно) и база (через конденсатор С₂). Остальные элементы генератора нам известны по предыдущим схемам — это резисторы термостабилизации и развязывающий фильтр.

Точно по такой же схеме собран и второй генератор (Т₂), частота которого должна меняться. Связь контурной катушки со штырем осуществляется с помощью катушки связи L₃.

Следующий каскад — усилитель высокой частоты, на который с обоих генераторов (с эмиттеров Т₁Т₂) подаются два высокочастотных напряжения с частотами f₁ и f₂. Генераторы соединены с входом усилителя ВЧ (Т₃) через RС-цепочки (R₁₉C₁₂ и R₁₀C₁₁), которые ослабляют взаимное влияние генераторов, препятствуют «затягиванию» частоты. Это явление состоит в том, что при небольшой разности между частотами f₁ и f₂ один генератор «навязывает» свою частоту другому, и в итоге оба они дают одну и ту же частоту. При этом разностная частота становится равной нулю, то есть звук просто исчезает. «Затягивание» препятствует приближению частоты f₂ к частоте f₁, то есть препятствует получению достаточно низких звуков (50–80 гц). Чтобы предотвратить «затягивание», для каждого генератора часто делают собственный, так называемый буферный, усилитель ВЧ и уже с этих усилителей подают сигналы на детектор.

В данной схеме оба сигнала с общего усилителя ВЧ также подаются на триодный детектор (Т₄), где в результате одновременного искажения этих сигналов и появляется разностная частота f_разн = f₂ — f₁. Детектор терменвокса называют так потому, что он работает с отсечкой тока во входной цепи. Отрицательное смещение, поступающее через R₁₅, почти полностью компенсируется положительным смещением, возникающим на Rn, и таким образом каскад оказывается почти без смещения. Однако этот явный детектор все же правильнее было бы назвать преобразователем частоты, так как именно этот процесс лежит в основе получения звука.

Сигнал разностной частоты выделяется на нагрузке детектора-преобразователя (R₁₆), в то время как высокочастотные составляющие с частотами f₁ и f₂ и их гармоники замыкаются накоротко через конденсатор С₁₈. Потенциометр R₂₁ служит для регулировки громкости. На его оси можно закрепить длинный тонкий стержень и во время исполнения мелодий менять уровень громкости, слегка перемещая этот стержень свободной рукой.

Данные деталей: катушки L₁ и L₂ одинаковые и содержат по 240 витков провода ЛЭШО 5x0,05 (ПЭ 0,1). Они намотаны на стандартных четырехсекционных каркасах (рис. 45, ж) с небольшими ферритовыми сердечниками. Непосредственно к катушке L₂ примыкает катушка связи L₃, которая намотана на трехсекционном каркасе и содержит три тысячи витков провода ПЭ 0,06. Катушки L₂ и L₃ могут размещаться на одной оси или на небольшом расстоянии закрепляться на общей монтажной плате.

Катушки могут быть намотаны на других каркасах и другим проводом. При изготовлении катушек главное — сделать одинаковыми L₁ и L₂, обеспечить достаточно сильную связь между L₂ и L₃, а также предусмотреть возможность подгонки частоты с помощью сердечников. Такая подгонка необходима для того, чтобы установить минимально возможную разностную частоту при наибольшем приближении руки к штырю. При удалении руки на большое расстояние разностная частота должна быть настолько большой, чтобы ее совсем не было слышно. Если нет возможности изготовить катушки с сердечниками, то для подгонки частоты генераторов можно подключить параллельно С₃ и С₈ подстроечные конденсаторы. В качестве штыря удобно использовать телескопическую антенну.

Низкочастотный сигнал с выхода терменвокса можно подать на любой усилитель НЧ и, в частности, на вход «звукосниматель» любого приемника.

Налаживание терменвокса нужно начинать с проверки генераторов. Прежде всего следует убедиться, что генераторы дают незатухающие колебания. А для этого нужно включить вольтметр постоянного напряжения параллельно конденсатору С₁ (а затем С₆) и периодически замыкать контур накоротко. Если генерация была, то при замыкании контура она прекратится и постоянное напряжение на коллекторе (а именно его, по сути дела, измеряет вольтметр) несколько понизится.

Если окажется, что генератор не работает, то можно предположить, что не выполняется условие связи, так как условие фаз в трехточечных схемах при правильной их сборке выполняется всегда. Чтобы повысить напряжение положительной обратной связи, нужно увеличить емкостное сопротивление той части емкостного делителя, с которой это напряжение снимается. Практически нужно несколько уменьшить емкость конденсатора С₅ (или С₁₀), имея, конечно, в виду, что подобная мера приведет к некоторому увеличению генерируемой частоты. Усилить обратную связь можно и иначе — уменьшая емкостное сопротивление верхней части делителя, то есть увеличивая емкость С₁₄ (С₉).

Если оба генератора работают, то дальнейшая накладка сводится к подгонке частот f₁ и f₂, и в случае необходимости к подбору режимов усилителя ВЧ и детектора.

На том же принципе, что и «музыкальный супер» — терменвокс, — может работать другой распространенный прибор — металлоискатель (рис. 120). Контурная катушка одного из его генераторов выполняется в виде большой многовитковой «рамки» или «кольца». Если вблизи этой катушки оказывается стальной предмет, то ее индуктивность изменяется и одновременно, так же как в терменвоксе, изменяется разностная частота на выходе преобразователя. По этому изменению частоты и можно судить о приближении «рамки» к стальному предмету.