Э. БОРНОВОЛОКОВ, Радио №2/1969, ст.45
Почти в каждом доме есть самые различные детские игрушки. Среди них плюшевые и синтетические медведи и тигры, всевозможные куклы, собаки, кошки. Но, пожалуй, наибольший интерес для ребят представляют такие игрушки, которые не только хорошо оформлены внешне, но и могут двигаться или издавать какие-либо звуки. Механические «пищалки», устанавливаемые в современных игрушках, недостаточно правдоподобно имитируют голоса животных или людей и звучат по сути дела на один голос. Кроме того, многие механические системы озвучивания, как правило, быстро выходят из строя. Недостатком таких систем является и то, что для извлечения из них звука требуются определенные усилия (переворачивание куклы, нажим на «меха» и т. п.).
В последнее время появились электромеханические озвученные игрушки, где необходимые усилия создаются микродвигателем постоянного тока, питающегося от батареи и встроенного в игрушку. Однако такие системы обладают недостаточной надежностью и очень неэкономичны.
Есть еще один путь создания звучащей игрушки. Были, например, предложены «говорящие» куклы, внутри которых размещался простейший магнитофон. Однако кукла с таким магнитофоном, даже самым простейшим, работающим только на воспроизведение готовых записей, стоит дорого и пока, очевидно, не сможет стать массовой игрушкой. Поэтому лучше пойти по другому пути получения достаточного естественного звучания игрушек. Причем предлагаемый метод при относительно небольших затратах позволяет создать экономичную по питанию, надежную, управляемую непосредственно или дистанционно, озвученную игрушку.
Если взять два генератора низкой частоты, один из которых работает на частоте порядка 0,2-0,3 Гц, а второй генерирует напряжение частотой 600-800 Гц, и соединить их так, как показано на блок-схеме (рис. 1), то, изменяя номиналы некоторых деталей, можно получить различные звуковые эффекты.
Первый генератор (более низкочастотный) работает на RC-цепочку с определенной постоянной времени. После включения питания он начнет генерировать прямоугольные импульсы. В момент начала первого импульса второй генератор не работает, так как транзистор этого генератора заперт соответствующим напряжением смещения.
На рис. 2 показаны временные диаграммы работы устройства. Конденсатор C заряжается и разряжается по закону, характеризующемуся кривой 2. С началом импульса (момент времени t1) первого генератора напряжение на конденсаторе C начинает возрастать. В момент времени t2 отрицательное напряжение на конденсаторе C достигает значения, достаточного для создания условий генерации второго генератора, который до этого не работал. С момента времени t2 начинает работать второй генератор, выдавая синусоидальное напряжение с частотой порядка 600-800 Гц. Амплитуда колебаний второго генератора возрастает по мере роста отрицательного напряжения на конденсаторе C. Это продолжается до момента времени t3, то есть до тех пор, пока длится импульс, поступающий от первого генератора.
По окончании импульса конденсатор C разряжается, и отрицательное напряжение на нем уменьшается (кривая 2 на рис. 2). Это приводит к тому, что амплитуда колебаний второго генератора с момента времени t3 тоже становится меньше. Так продолжается до тех пор, пока напряжение на конденсаторе C не достигнет значения, при котором второй генератор прекращает работу (момент t4 на рис. 2).
Как только с первого генератора на конденсатор C поступит очередной прямоугольный импульс (момент t1′ на рис. 2), все описанное выше повторится.
Принципиальная схема генератора, имитирующего мяуканье кошки, изображена на рис. 3. Первый генератор, дающий частоту 0,2 Гц, собран на транзисторах T1 и T2 по схеме несимметричного мультивибратора. Несимметричным этот мультивибратор назван потому, что время пауз между импульсами, развиваемыми генератором, не равно длительности импульса. Генерируемые мультивибратором прямоугольные импульсы отрицательного напряжения через резистор R1 поступают на конденсатор C3 и заряжают его, причем рост напряжения на нем происходит по закону, изображенному кривой 2 на рис. 2. Напряжение, сформированное на конденсаторе C3, через резистор R2 в отрицательной полярности поступает на базу транзистора T3 на котором собран второй генератор, работающий с частотой 800 Гц. При отсутствии напряжения на конденсаторе C3 от первого генератора смещение на базе транзистора T3 настолько мало, что генерация второго генератора невозможна.
Второй генератор собран по схеме RC-генератора. Фазовращающей цепью, необходимой для создания условий возникновения колебаний, служат конденсаторы C4, C5 и C6 и резисторы R6 и R7.
Напряжение, развиваемое вторым генератором, недостаточно для отчетливой работы громкоговорителя («кошка» мяукает очень тихо). Для повышения громкости служит усилитель низкой частоты, собранный на транзисторе T4. С вторичной обмотки трансформатора Tр1, являющегося нагрузкой второго генератора, напряжение сигнала подается на базу транзистора T4. Усиленное напряжение преобразуется в звуки «мяу» с помощью капсюля типа ДЭМ-4М или ДЭМШ-1, включенного в коллекторную цепь транзистора T4.
Оба генератора смонтированы на гетинаксовой плате размерами 120 × 55 мм. Расположение деталей на плате показано на рис. 4. Все транзисторы, используемые для генераторов и усилителя низкой частоты, могут быть любыми маломощными, низкочастотными. Желательно, чтобы статический коэффициент усиления Bст у них был порядка 30-60, а транзисторы T1 и T2 имели бы эти коэффициенты по возможности близкими друг к другу.
В конструкции желательно использовать малогабаритные детали: резисторы типа УЛМ, конденсаторы МБМ, электролитические конденсаторы типов ЭМ или ЭМИ.
Схемы генераторов несложны и, если при монтаже не было допущено ошибок и использовались исправные детали, оба генератора сразу же начинают работать. Однако желаемой имитации звуков, как правило, после включения питания не получится.
Необходимо выбрать сопротивление резистора R5 цепи заряда так, чтобы время заряда конденсатора C3 соответствовало правильной имитации звука «мяу», а паузы между ними следует подбирать, изменяя емкости конденсаторов C1 и C2. Характер звучания, его тембровая окраска определяется сопротивлениями резисторов R5 и R8 и емкостью конденсатора C3. На высоту тона звучания влияют емкости конденсаторов C4 и C5, а также сопротивление резисторов R6 и R7.
Следует заметить, что при подборе желаемой частоты и тона звучания величины указанных деталей могут быть изменены в очень значительных пределах.
Если от игрушки не требуется громкого звучания, можно исключить оконечный усилитель, собранный на транзисторе T4. В этом случае нагрузку оконечного каскада, капсюль ДЭМ-4М, можно включить вместо первичной обмотки трансформатора Tр1.
В качестве трансформатора Tр1 можно использовать согласующий трансформатор от любого транзисторного приемника. Самодельный трансформатор имеет следующие данные: первичная обмотка содержит 450 × 2 витков провода ПЭЛ 0,09, сопротивление постоянному току порядка 70 Ом. Вторичная обмотка имеет 100 витков провода ПЭЛ 0,23, сопротивление постоянному току 2,3 Ом. Сердечник Ш4 × 8.
Оба генератора питаются от одной батареи типа «Крона», запаса энергии которой достаточно для 50 часов непрерывной работы устройства.
Смонтированную и налаженную плату генераторов помещают в пластмассовый корпус по размерам платы и вместе с источником питания и капсюлем располагают внутри мягкой игрушки, частично удалив набивку.
Выключатель Вк1 может быть выполнен в виде двух гибких пластин, например от контактов реле. Этот выключатель можно разместить в различных частях игрушки и, незаметно нажимая на него, включать генераторы. Включать игрушку можно и дистанционно, используя любой тумблер или кнопку, соединенную с платой генераторов тонкими гибкими проводами.
В заключение следует сказать, что, подбирая величины деталей обоих генераторов, можно добиться совершенно иных звуков, напоминающих, например, плач грудного ребенка или какие-либо другие звуки.
