Еще раз о тональных декодерах – микросхемах 567

В своей области применения (проводная и радио — телефония, дистанционные мониторинг и управление, пейджинговые системы и т.д.) микросхема тонального декодера 567 также популярна, как интегральный таймер 555 в своей. Удачно спроектированная и требующая минимального числа элементов обвязки, с успехом используется радиолюбителями. С некоторых пор микросхемы 567 стали применять в качестве узкополосных активных фильтров в схемах ЦМУ или СДУ, например, схемы публиковались в журналах «Радио» и «Радиоконструктор».

Как-то, собирая в интернете информацию о применении микросхем тональных декодеров 567, наткнулся на французский сайт  [лит. 1], в разделе «Electronique» которого размещена статья «Décodeur tonalité 001» [лит. 2] об этих микросхемах. Сделал перевод на русский с помощью он-лайн переводчика. Информация в теме дается просто и понятно, с примерами схем включения. Понравилось то, что автор приводит данные применительно к конкретным частотам и даже к нотам музыкального ряда. Думаю, перевод статьи будет не лишним на сайте Lightportal и пригодится его участникам в случае использования тональных декодеров 567 в своих конструкциях. 

Описываемый здесь декодер тона позволяет управлять устройством при приеме в сигнале BF (Примечание: сигнал BF — группа из нескольких частот) определенной частоты. Он основан на использовании проверенной и испытанной схемы типа PLL (Примечание: схема типа PLL – ФАПЧ) с обозначением 567 (например, LM567, NE567 или XR567). При параллельном включении нескольких схем можно создать многоканальную систему дистанционного управления с одной передающей средой для управляющих сигналов. Здесь предлагается несколько схем, некоторые для обнаружения одного тона, другие для изолированного обнаружения нескольких тонов. Также обсуждается обнаружение тона в микрофонном звуке.

decodeur_tonalite_001

Общая операция:

Микросхема 567 представляет собой интегрированный декодер тона, который требует только нескольких внешних компонентов для его реализации. Можно точно отрегулировать центральную частоту обнаружения (F0) и полосу пропускания, и ее работа останется надежной даже тогда, когда сигнал, подлежащий обнаружению, загрязнен довольно высоким уровнем шума. Декодер имеет выход, который переключается в 0V (выход с открытым коллектором, выв.8), когда сигнал BF, подаваемый на его вход (выв.3), имеет частоту, равную или близкую к центральной частоте F0, которая задана двумя простыми компонентами (конденсатором и резистором, подключенными к выв.6 и выв.5). Обратите внимание, что схема реагирует на частотный диапазон, а не на одну фиксированную частоту, это называется диапазоном захвата или полосой пропускания.

Входная чувствительность:

Уровень входного сигнала имеет большое значение для обнаружения. Слишком высокое значение делает схему менее селективной и может вызвать ложное срабатывание. Идеальным является атака на вход 567 с амплитудой в несколько десятков милливольт, между 20mV (минимум требуется) и 200mV (максимально рекомендуется). На практике применяется амплитуда сигнала от 30mV до 50mV, когда реализована одна схема 567 (как для схемы выше) и увеличивается до значения от 100mV до 200mV, когда несколько 567 подключены параллельно (как для схемы, описанной ниже).

Установка центральной частоты обнаружения:

Центральная частота F0, соответствующая максимальной чувствительности, и на которой цепь «зависает», определяется величиной компонентов R1 и C1 и соответствует следующей формуле: F0 = 1 / (R1 * C1).

Элементы R1 и C1 образуют так называемый петлевой фильтр, который позволяет получить постоянное напряжение ошибки, значение которого пропорционально циклическому отношению подаваемого к нему сигнала (здесь, на выводе 5 интегральной схемы). Диапазон захвата (окно обнаружения, создающее центральную частоту F0), составляет несколько десятков Герц (от 50Гц до 70Гц) и зависит, с одной стороны, от емкости конденсатора С2, а с другой стороны от амплитуды входного сигнала Vin, который должен быть между 25 мВ и 200 мВ для правильной работы схемы. Формула для точного определения значения приведена ниже:

B = 1070 * √ (Ve / (F0 * C2)),

где B выражается в Герцах, Ve – эффективное входное напряжение, а C2 — конденсатор, подключенный к выводу 2. Тот факт, что полоса пропускания связана с амплитудой входного сигнала, всегда должна учитываться, особенно при использовании нескольких детекторов параллельно с очень близкими частотами. Если сигнал, который должен быть обнаружен, слишком велик, установите резистивный разделительный мост на входе сборки или еще лучше потенциометр, который будет регулировать входной уровень до идеального значения. Конденсатор C3 не является существенным во всех случаях, но очень сильно влияет на отсутствие реакции цепи, когда сигнал на входе зашумлен или с небольшой амплитудой. По этой причине настоятельно рекомендуется поставить его, зная, что его значение всегда будет немного выше, чем у конденсатора C2. Подводя итог, можно сказать, что ответ (время реакции) схемы все длиннее, так как C2 и C3 высоки (с C3 по меньшей мере вдвое выше C2), но, в свою очередь, надежность системы увеличивается. Если время реакции кажется слишком длинным (оно может достигать 0,5 секунды или даже 1 секунду), вам придется снизить их значение, выполнив несколько тестов на разных частотах и ​​различных шумах (например, белый шум), чтобы увидеть реакцию схемы. В следующей таблице приведены некоторые примерные значения, позволяющие обнаружить некоторые фиксированные частоты.

F0 C1 R1 C2 C3
400 Hz 0,1 uF 22 k 2,2 uF 10 uF
600 Hz 0,1 uF 15 k 1,5 uF 10 uF
800 Hz 0,1 uF 12 k 1 uF 4,7 uF
1000 Hz 0,1 uF 10 k 1 uF 4,7 uF
1700 Hz 0,47 uF 15 k 680 nF 4,7 uF
2000 Hz 0,047 uF 10 k 470 nF 2,2 uF
2500 Hz 0,022 uF 18 k 330 nF 1,5 uF

Другие значения могут быть приняты для обнаружения заданных частот, поскольку это постоянная времени крутящего момента R1 / C1, определяющие центральную частоту ГУН, которая осциллирует внутри, когда на вход не подается сигнал BF.

Примечание: когда на входе декодера нет входного сигнала, то внутренний генератор работает на частоте свободных колебаний F0, определяемой номиналами R1 и С1.

Хотя это и не обязательно, но для удобства, можно использовать фиксированный резистор, связанный с переменным резистором для R1. В следующей таблице приведены некоторые другие рассчитанные значения компонентов для реакции на музыкальные ноты.

F0 Note C1 R1 C2 C3
370 Hz Fa# 3 0,1 uF 22 K + 10 k Ajust 4,7 uF 10 uF
440 Hz La 3 0,1 uF 18 K+ 10 k Ajust 4,7 uF 10 uF
554 Hz Do# 4 0,1 uF 15 K + 10 k Ajust 4,7 uF 10 uF
698 Hz Fa 4 0,1 uF 10 K + 10 k Ajust 4,7 uF 10 uF

Наличие резистора Ajust (регулируемого потенциометра, включенного последовательно с постоянным резистором) позволяет точно задать нужное значение ноты. Вам может быть интересно попробовать несколько детекторов, центральные частоты которых соответствуют смежным нотам (например, Do3, Do#3, Ré3 и т.д.). Если у вас есть частотомер, вам нужно только измерить частоту колебаний внутреннего VCO на выводе 5 микросхемы и при необходимости отрегулировать его во время отсутствия сигнала BF на входе (выв.3).

Контроль энергетического оборудования.

Выходной сигнал 567 является открытым коллектором и не может обеспечивать ток, превышающий 100 мА. Этого достаточно для питания катушки реле или триггера, или для управления симистором, но недостаточно для включения лампы накаливания средней или большой мощности. Если вам нужен коммутируемый ток более 100 мА, вы должны добавить усилитель тока, который можно суммировать как простой транзистор, выбранный в соответствии с вашими потребностями. Следующая упрощенная диаграмма показывает пример использования дополнительного транзисторного усилителя тока типа 2N2907 для переключения тока до 500mA или транзисторного усилителя типа TIP127 для тока с несколькими амперами.

decodeur_tonalite_001cb

С помощью этой настройки поведение выходного Util идентично прямому выходу, а именно, что элемент, подключенный к J1, будет включаться при обнаружении тона     Примечание: между базой Q1 и R2 следует добавить резистор R=5…10К.

Если вам нужна обратная команда, то есть активация командного элемента при отсутствии обнаружения тона (и, таким образом, в состоянии покоя), вы можете принять следующую схему.

decodeur_tonalite_001ca

Дополнительный транзистор типа 2N2222 для переключения тока до 500mA или транзисторный тип TIP122 для тока с несколькими амперами (макс. 4А). Для сетевого контроля 230V вы должны использовать интерфейс, обеспечивающий полную изоляцию от сети, как показано в следующем примере.

decodeur_tonalite_001cc

Вполне возможно иметь несколько идентичных схем параллельно, чтобы иметь систему обнаружения с несколькими выходами, каждая из которых активирована для заданной входной частоты. Обратите внимание, что поскольку диапазон захвата составляет несколько десятков Герц, лучше использовать довольно отдаленные частоты при работе в нижнем звуковом спектре. Помимо трех схем, соединенных параллельно, рекомендуется размещать на входе повторитель напряжения на транзисторе, чтобы атаковать каждую ступень в хороших условиях. Входной импеданс 567 на самом деле порядка 20К, а для ввода четырех параллельно эквивалентен входному импедансу 5К. Это не будет проблемой, если выходное значение источника очень низкое, но подумайте об этом, если это не так. Ниже приведен пример схемы, реализующей два параллельных декодера.

decodeur_tonalite_001b

В этой компоновке к входу был добавлен транзисторный повторитель напряжения, и можно параллельно подключить до 4 или 5 NE567 декодеров.

Форма входного сигнала:

В этом типе применения настоятельно рекомендуется вводить синусоидальные сигналы, так как 567 чувствителен к гармоникам. Было бы очень рискованно хотеть обнаруживать частоты прямоугольного сигнала с частотой 1кГц, 2кГц и 4кГц, поскольку прямоугольный сигнал 1кГц содержит гармоники с частотой 2кГц и 4кГц. Это означает, что декодер, установленный на частоте 4кГц, вполне способен реагировать на квадратную волну 1кГц или 2кГц. В свою очередь, декодер, установленный на 1кГц, не будет чувствителен к сигналам 2кГц или 4кГц. Таким образом, два решения:

— или мы работаем с синусоидальными сигналами, и в этом случае нет проблем для выбора центральных частот обнаружения;

— или один работает с квадратными сигналами, но в диапазоне частот, который ограничен одной октавой (например, между 1кГц и 2кГц).

На следующей схеме показано, как определить четыре разных тона 200Гц, 400Гц, 600Гц и 800Гц, которые можно подавать на вход схемы отдельно или одновременно.

decodeur_tonalite_001d

Регулируемые потенциометры RV1-RV4 должны быть отрегулированы так, чтобы каждая ячейка 567 реагировала на свою собственную частоту:

— RV1 для обнаружения сигнала 200Гц

— RV2 для обнаружения сигнала 400Гц

— RV3 для обнаружения сигнала 600Гц

— RV4 для обнаружения сигнала 800Гц

Вы заметите, что значения, заданные компонентам, определяющим центральную частоту схем, не совсем соответствуют значениям, предложенным в таблице в начале статьи. Такой способ работы здесь позволяет изменять центральную частоту каждого из схем в несколько большем диапазоне. Цепь, предназначенная для обнаружения 800Гц, может также использоваться для обнаружения 200Гц без изменения схемы (если это, конечно, не регулировка соответствующего потенциометра).

Как и в предыдущей сборке, входной транзистор Q1 является установленным эмиттерным повторителем (общим коллектором), который находится на входном сигнале потенциометра RV5, центрированном на половину напряжения питания. RV5 должен быть настроен для надежного переключения, его положение зависит от амплитуды входного сигнала Vin, подаваемого на вход In. Для конденсаторов 1мкФ и 2,2мкФ вы можете взять tantals конденсаторы. Но в этих слабых значениях также обнаруживаются радиальные электрохимические конденсаторы (вертикальный монтаж), которые могут быть действительно очень маленькими (например, миниатюрные модели Panasonic).

Напоминание: выход 567, представляющих собой выходы с открытым коллектором Out1 to Out4, активен в низком состоянии, то есть они находятся в состоянии высокой логики в состоянии покоя, при отсутствии сигнала на входах.

Обнаружение звука, воспринимаемого микрофоном, возможно, но требует небольшого усиления сигнала. Для этого вполне подойдут электретный микрофон, который по своей природе в целом довольно чувствителен, и следующая за ним предусилительная ступень, состоящая из усилителя напряжения на транзисторе. На схеме показан один из нескольких способов:

decodeur_tonalite_001e

Электретный микрофон M1 должен быть запитан, что объясняет наличие сопротивления R2. Напряжение питания микрофона останавливается подключающим конденсатором C6, который пропускает только сигнал переменного тока и, следовательно, принятую звуковую модуляцию. Усиление напряжения обеспечивается транзистором Q1, его скорость зависит от значения, заданного резистору R3. Потенциометр RV2 является сопротивлением нагрузки транзистора и позволяет одновременно дозировать количество электрического сигнала, отправленного в декодер тона 567. Если вы дадите этой схеме реагировать на частоту 440 Гц, вы сможете сделать его хорошим индикатором тона «LA», пойте перед микрофоном. Калибровку можно выполнить, поместив микрофон на динамик телефонной трубки сразу после того, как линия занята. Сигнал ожидания АТС (длинный гудок после снятия трубки) составляет точно 440 Гц. Очевидно, что эта схема не может претендовать на то, чтобы указать значение 440 Гц, так как она также реагирует на очень похожие частоты. Выход всегда открыт, вы можете заменить сопротивление R1 светодиодом с последовательным сопротивлением (например, красным светодиодом и сопротивлением R=180 Ом).

Источник питания цепи должен быть очень стабильным, поскольку он влияет на центральную частоту F0. Вот почему здесь был добавлен регулятор напряжения +5V (U2, LM7805 в TO220 или LM78L05 в TO92). Этот стабилизатор требует входного напряжения от +8V до +15V, чтобы обеспечить работу номинальной цепи. Если вы подключаете несколько тоновых детекторов параллельно, для каждого достаточно одного регулятора напряжения 7805.

Примечание: В этом же разделе есть статья «Décodeur tonalité 002» [лит.3], в которой приводится схема аналога тонального декодера (активного узкополосного фильтра), выполненного на основе двух ОУ в составе микросхемы LM358.

Литература:

  1. Ссылка на сайт
  2. Ссылка на статью 1
  3. Ссылка на статью 2

С уважением, Александр Борисов.

0 0 vote
Article Rating

Автор публикации

не в сети 5 дней

Radan

0
Комментарии: 954Публикации: 190Регистрация: 30-11--0001
Поделиться
Войти с помощью: 
Подписаться
Подписаться на
0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments