Предыдущие заметки из серии «Сделай сам» вы прочтёте, щёлкнув мышью здесь.
Органы чувств, которыми наградила нас природа, близки к совершенству, но человеку хочется большего. Читателям, желающим погрузиться в мир ультразвука, «Энергознание» предлагает изготовить электронный прибор, который позволит слышать в диапазоне от 20 до 70 кГц.
Подобный прибор поможет вам исследовать удивительный мир насекомых и животных, которые используют эхолокацию для ориентации в темноте. Он также пригодится для поисков искрящих контактов, светильников со свистящим на ультразвуковых частотах электронным балластом, мест проколов в шинах, протечек в трубах и т. д.
Основа прибора - ультразвуковой пьезоэлектрический микрофон. Рекомендуем взять советский прибор серии МУП (микрофон ультразвуковой пьезокерамический) или зарубежный TCT40-16R (40 - это значение резонансной частоты в килогерцах). Последний можно приобрести в интернет-магазинах AliExpress. Также можно применить модель MA40B8R и некоторые пьезоэлектрические зуммеры (в нашем случае - российский ЗП-5), но у них пониженная чувствительность в сравнении с микрофонами.
Для перевода ультразвука в слышимый диапазон предлагаем воспользоваться принципом приёмника с прямым преобразованием частоты. Это вариант гетеродина, у которого промежуточная частота равна нулю. Такой приёмник имеет микрофонный усилитель, генератор, смеситель и выходной усилитель. Питать устройство предлагаем от стандартного ионно-литиевого аккумулятора 18650.
Помимо пьезокерамического микрофона вам понадобятся два операционных усилителя, способных работать при однополярном напряжении питания около 4 В (мы использовали микросхему сдвоенного малошумящего ОУ К157УД2), и усилитель для наушников. В нашем случае это восьмиконтактная микросхема APA3541 (также подойдёт APA3544), извлечённая из старого накопителя CD-ROM.
Структурно устройство состоит из четырёх блоков: гетеродина на первом ОУ, микрофонного усилителя на втором ОУ, усилителя для наушников, а также смесителя на ферритовом трансформаторе и полевом транзисторе 2П103А.
Предлагаем читателю сначала собрать и отладить схему по частям на просторной макетной плате, а затем - перенести на малую макетную плату. С микрофоном можно «поколдовать», поместив его в рефлекторный «зонтик» для усиления звука или в пластмассовую трубку (удобно взять цилиндр от одноразового шприца) для получения узкой диаграммы направленности.
На схеме мы предусмотрели два переменных резистора: один - для регулировки громкости, второй - для подстройки частоты гетеродина. После сборки гетеродина вам нужно будет проверить его работу с помощью осциллографа. Подбором конденсатора и резисторов в цепи отрицательной обратной связи ОУ добейтесь, чтобы частота менялась в диапазоне от 20 до 60 кГц. Для рукоятки частотного регулятора вырежьте из картона шкалу и промаркируйте её.
Микрофонный усилитель в нашей схеме увеличивает амплитуду сигнала в 1000 раз. Микрофон к нему нужно подключить проводом минимальной длины. В смесителе мы использовали готовый ферритовый трансформатор GTS-TC612 2K540Z. Вы можете намотать аналогичный трансформатор самостоятельно на ферритовом кольце диаметром 8-10 мм, сделав две одинаковые обмотки по 15-20 витков. Подстроечный резистор в смесителе применён в связи с тем, что полевые транзисторы 2П103 имеют сильный разброс параметров. Вам нужно добиться устойчивой работы смесителя во всём диапазоне частот.
Переменный резистор 47 кОм регулятора громкости включён необычным образом для того, чтобы пользователь устройства не слышал шорохов при вращении рукоятки. В усилителе для наушников APA3541 мы задействовали лишь один канал из двух. Если вы собираетесь применять низкоомные наушники, вам лучше включить оба канала. Вся схема потребляет ток не более 12 мА.
Для проверки устройства рекомендуем воспользоваться пластмассовыми кварцевыми часами, которые имеют внутри крошечный кварцевый резонатор, работающий на ультразвуковой частоте 32768 Гц. (Это значение выбрано для упрощения конструкции делителя частоты. Он представляет собой пятнадцать последовательно включённых триггеров, каждый из которых делит частоту на два, в результате получается ровно 1 Гц.) Ультразвуковой микрофон должен уловить слабейший писк часового кварцевого резонатора.
При работе не торопитесь, соблюдайте технику безопасности.
Далее следуйте инструкциям под фотографиями.
______________________________
Спасибо за ваши комментарии и лайки. Нам важно, что вы нас читаете.