Терменвокс на транзисторах

         

Терменвокс на транзисторах


В 1921 году советский инженер Л. С. Термен на восьмом электротехническом съезде в Москве впервые в мире продемонстрировал исполнение концертной програм­мы на электронном музыкальном инструменте, который впоследствии получил наз­вание терменвокса. Принцип действия терменвокса нетрудно уяснить при рассмотре­нии структурной схемы, приведенной на рис. 1.

Генератор электрических колебаний создает высокочастотные колебания с фикси­рованной частотой 90 кГц. Управляемый генератор создает колебания с частотой 90, 016 кГц, которая может изменяться до 94 кГц из-за изменения емкости антенного контура при поднесении руки исполнителя к штыревой антенне Ан во время игры на инструменте. Колебания, создаваемые генераторами 1 я 2, поступают на контур 3 формирования тембра, в результате чего в нем возникают биения двух высокочастот­ных колебаний. После детектирования этих колебаний детектором 4 на его нагрузке выделяются низкочастотные колебания, частота которых при игре на инструменте мо­жет изменяться в пределах 16 — 4000 Гц Напряжение разностной частоты подается на манипулятор 5, управляемый устройством формирования и затухания звука 6, и да­лее через регулятор громкости 7 — на вход отдельного усилителя низкой частоты.

Высшая звуковая частота в терменвоксе, равная 4000 Гц, примерно соответствует верхнему звуку рояля, а нижняя (16 Гц) — порогу слухового восприятия. При необ­ходимости этот диапазон может быть расширен или сжат.

Использование метода биений в терменвоксе позволяет получать требуемый диа­пазон звуковых частот без каких-либо переключений. Из всех известных нам люби­тельских схем терменвоксов, пожалуй, наиболее интересна схема, разработанная ин-женепом Л. Королевым, краткое описание которой мы и приводим здесь.

Как видно из принципиальной схемы терменвокса (рис. 2), генератор фиксирован­ной частоты выполнен на транзисторе 77. Его контур ЫС1СЗС4 настраивают ферри-товым сердечником катушки Ы на частоту 90 кГц. Управляемый генератор собран на транзисторе Т2.
Контур этого генератора образован катушкой индуктивности L2 и конденсаторами С8 — С10. Оба генератора выполнены по схеме с емкостной обратной связью. Частоту управляемого генератора можно изменять в пределах 90,016 — 94 кГц путем изменения емкости антенного контура L3L4Cau. Поднося в процессе игры на инструменте руку к антенне Ан1, исполнитель изменяет емкость антенного контура L3L4Call. В результате изменяется частота управляемого генератора в пределах 90,016 — 94 кГц.

Собственная частота настройки антенного контура выбирается близкой к частоте управляемого генератора. Величина связи между катушками индуктивности L2, L.3 и частота настройки контура L3L4C3H определяют мензуру инструмента.

Высокочастотные колебания .с обоих генераторов через развязывающие цепи R5C6 и R10C12 поступают на контур формирования L5C13R11. Переменным конден­сатором С13 контур можно настроить на высшие гармоники сигналов генераторов. Причем в положении максимальной емкости на конденсаторе присутствуют только первые гармоники генераторов, я в других положениях, наряду с первыми гармони­ками, имеются вторые, третьи или четвертые. С части катушки индуктивности L5 вы­сокочастотные колебания подаются на усилитель (транзистор ТЗ), усиливаются им, а затем детектируются транзисторным детектором Т4. В результате детектирования напряжения биений между первыми, а также высшими гармониками сигналов гене­раторов на выходе детектора — нагрузке R17 — образуются основной тон (разност­ной частоты) и соответствующие обертоны.

С выхода детектора низкочастотное напряжение поступает на манипулятор, кото­рый должен обеспечить надежное закрывание канала в паузах, отсутствие щелчков при игре на инструменте и возможность регулировки атаки и затухания звука. Надеж­ное закрывание канала достигается применением двойного каскада затухания. Первая ступень выполнена на диодах ДЗ, Д4, а вторая — на транзисторе Т5. Работа диод­ной ступени основана на зависимости сопротивления кремниевых диодов по перемен­ному току от величины приложенного к ним напряжения.


В паузах между звуками, когда кнопка Кн1 разомкнута, постоянное напряжение на диодах ДЗ. Д4 отсутствует; поэтому эти диоды оказываются закрытыми и на вход транзистора Т5 переменное на­пряжение не подается. При замыкании кнопки Кн1 диоды ДЗ, Д4 открываются, и на вход транзисторной ступени поступает низкочастотное напряжение с выхода детек­тора.

Резисторы R22, R24 — R26 и сопротивление транзистора Т5 образуют мост, в одну из диагоналей которого включена первичная обмотка I трансформатора Tpl. В дру­гую диагональ этого моста через устройство формирования атаки и затухания звука подается напряжение от стабилизированного выпрямителя. При замыкании кнопки Кн1 и при сбалансированном мосте (это достигается установочным резистором R26) ток коммутации практически не проходит через обмотку I трансформатора Tpl, и пе­реходные процессы (щелчки) на выходе терменвокса не прослушиваются. Напряжение же низкой частоты с выхода диодной ступени поступает на вход транзистора Т5 и далее через вторичную обмотку трансформатора Tpl на регулятор громкости R34 и выходные гнезда Гн1, Гн2.

Атака и затухание звука формируются специальным устройством, выполненным на резисторах R28 — R33, конденсаторах С23 — С25 и диодах Д10, Д11. При замыкании контактов Кн1 напряжение с выпрямителя поступает на делитель R28 — R30. Конден­сатор С23 через переменный резистор R31 заряжается до напряжения, снимаемого с делителя. Время заряда конденсатора С23 определяет время атаки. Напряжение с этого конденсатора через диод Д11 поступает на конденсатор С24 и манипулятор. Полярность падения напряжения на резисторе R31, обусловленная током заряда кон­денсатора С23, обратна полярности включения диода Д10, а время заряда конденса­тора С24 невелико. Поэтому диод Д10 и конденсатор С24 фактически не участвуют в формировании атаки.

При отпускании кнопки Кн1 в процессе игры на инструменте конденсатор С23 (через резисторы R29, R30) и прямое сопротивление диода Д10 быстро разряжаются,, а конденсатор С24 начинает медленно разряжаться через резисторы R32, R33 и ма­нипулятор.


Характер спада напряжения на конденсаторе С24 определяет затухание сигнала, время которого можно регулировать переменным резистором R32.



Выпрямитель и стабилизатор собраны по типовым схемам. Потребляемый ток в паузе равен 13 мА, при открытом манипуляторе — 100 мА. Выход терменвокса под­ключается к высокоомному входу отдельного усилителя, в качестве которого можно, например, использовать усилитель, описанный в листовке № 94.

В конструкции применены стандартные малогабаритные детали. Все катушки ин­дуктивности и трансформаторы самодельные. Размеры каркасов катушек LI — L3 ука­заны на рис. 3. Катушки LI, L2 содержат по 450 витков провода ПЭВ-1 0,12, ка­тушка L3 намотана тем же проводом до заполнения каркаса. Индуктивность катушки L1 — 1,1 мГ, L2 — 1,1 мГ, L3 — 58 мГ. Внутри каркасов имеются ферритовые сер­дечники 600 НН диаметром 3,5 мм с напрессованной резьбовой втулкой. .Катушки L4, L5 выполнены на унифицированных каркасах, которые размещены в отдельных броневых сердечниках Б18М (с внутренним зазором 0,1 мм) из феррита 1500НМЗ. Катушка L4 содержит 350 витков провода ПЭВ-1 0,12. Катушка L5 намотана прово­дом ПЭВ-1 0,23. Секции 1 — 2 и 2 — 3 содержат соответственно 12 и 55 витков. Индук­тивность катушки L4 — 27 мГ, L5 — 1,5 мГ.

Трансформатор Tpl выполнен на унифицированном каркасе, который размещается в сердечнике Б36М из феррита 2000НМ1. Обмотка I содержит 1450 витков, обмотка II — 2320 витков провода ПЭВ-1 0,08. Трансформатор Тр2 собран на сердечнике Ш16Х31 из трансформаторной стали. Обмотка 1а содержит 1270 витков провода ПЭВ-1 0,23; 16 — 930 витков провода ПЭВ-1 0,17; II — 136 витков провода ПЭВ-1 0,64. Детали, входящие в состав колебательных контуров, и транзисторы Tl, T2 долж­ны быть идентичными. Конденсаторы С1, СЗ, С4, С8 — С10 слюдяные, с малым ТКЕ. Конденсатор С13 — фирмы «Тесла» (секции соединены между собой параллельно). Переменные резисторы R34 (педального регулятора громкости), R31, R32 — группы «В». Антенна Ан1 — телескопическая от приемника «Банга» или ему подобного.


Вы­ сота антенны при настройке может изменяться от 40 до 80 см. Стабилитроны Д1, Д2 должны быть идентичными.

Термен.вокс .смонтирован на металлическом шасси размером 220X120X33 мм. Монтаж выполнен на печатной плате из фольгиоованного гетинакса размерами 120X120X2 мм. На шасси установлены печатная плата, детали Тр2, В1. Пр1, С21, С22 и антенное гнездо. В подвале шасси находятся выпрямитель и стабилизатор. Транс­форматор Tpl размещен в подвале шасси вдали от трансформатора Тр2.

Терменвокс помещен в футляр, изготовленный из текстолита. В футляре имеются отверстия для антенны, ручки конденсатора С13 и вентиляции. Устройство формиро­вания атаки и затухания с органами управления (R31, R32. Knl, B2, ВЗ) собрано в отдельном выносном пульте размером 120X80X30 мм, который соединяют с инстру­ментом с помощью разъема.

Налаживание терменвокса начинают с проверки работоспособности выпрямителя, стабилизатора и с установки требуемых режимов работы транзисторов. Далее, убедив­шись в работоспособности генераторов, с помощью сердечников . катушек LI — L3 по общепринятой методике устанавливают частоту 90 кГц. При настройке управляемого генератора вместо антенны подключают конденсатор Сан (10 — 15 пФ), а катушку свя­зи L3 располагают на Каркасе L2 (расстояние между ними равно 3 мм).

Следующий этап налаживания — настройка трактов формирования тембра и низ-кок частоты. Для этого конденсатор С13 устанавливают в положение максимальной емкости, к коллектору транзистора Т4 подключают осциллограф и, изменяя индуктив­ность катушек L2, L3, по фигурам Лиссажу устанавливают разностную частоту 300 Гц. Затем по волномеру конденсатором С13 перестраивают контур на частоту второй гармоники одного из генераторов и подбором резистора R17 получают на вы­ходе детектора амплитуду напряжения звуковой частоты 0,3 В. После этого конденса­тор С13 снова переводят в положение максимальной емкости и сердечником катуш­ки L5 на резисторе R17 устанавливают амплитуду низкочастотного напряжения 0,3 В.



Затем резистором R26 производят балансировку манипулятора по минимуму щелчков при нажатии и отпускании кнопки Кн1. Эту операцию можно произвести на слух, подключив внешний усилитель. При нормальной работе генераторов, детектора и манипулятора на частоте 300 Гц амплитуда напряжения НЧ на резисторе R34 дости­гает 0,6 В.

Заключительным этапом налаживания являются уточнение настройки генерато­ров и подбор необходимой связи между катушками L2. L3. Для этого к терменвоксу подключают антенну (предварительно отключают ее эквивалент) и, изменяя индук­тивность катушек L2, L3 и расстояние между ними, устанавливают частотный диапа­зон 4,5 — 5 октав. Если инструмент настроен правильно, то при игре на нем звук дол­жен повышаться по мере приближения правой руки исполнителя к антенне (пальцы левой руки должны иметь контакт с. металлическими частями пульта управления). ! олебания генератора должны срываться в момент резонанса антенного контура и

контура генератора управляемой частоты при приближении плоскости ладони правой руки к антенне на расстояние нескольких миллиметров

Заканчивая краткое описание терменвокса, отметим, что игра на нем требует не только хорошего музыкального слуха, но и специальных технических знаний. Радио­любителям, которые заинтересуются вопросами конструирования и постройки тер-мсивоксов, рекомендуем ознакомиться со следующей литературой:

Бондаренко Е. Терменвокс на транзисторах. — «Радио», 1965, № 10, с. 33.

Королев Л. И снова терменвокс. — «Радио», 1972., № 9, с. 17 — 19 и вкладка.

Корсунский С. и Симонов И. Электромузыкальные инструменты (МРБ, вып 271). М. — Л., «Энергия», с. 13 — 21.

Симонов И. и Шиванов А. Терменвокс. — «Радио», 1964, № 10, с. 36, 37.



Москва, Издательство ДОСААФ СССР, 1976 г. Г-80685 от 18/Ш-1976 г. Изд. № 2/760з Зак. 793