Această unitate produce un sunet de tip „clic” la intervale regulate, oferind o simulare foarte bună a unui metronom mecanic obișnuit. Ritmul bătăilor este continuu variabil de la aproximativ 35 până la puțin sub 300 de bătăi pe minut. Schema electrică a metronomului apare în Figura 44.
IC1 este un amplificator operațional conectat pentru a funcționa ca o formă de trigger Schmitt. Polarizarea și reacția pozitivă necesare sunt asigurate de la R1 până la R3. Ieșirea lui IC1 va comuta în starea de jos (low) dacă tensiunea de la intrarea sa inversoare este adusă peste valoarea de 2/3 din V+, și va comuta înapoi în starea de sus (high) dacă intrarea inversoare este adusă sub valoarea de 1/3 din V+.
La pornire, C2 va fi descărcat, aducând intrarea inversoare la potențialul liniei negative de alimentare și determinând ieșirea lui IC1 să comute în starea de sus. C2 se încarcă apoi rapid la mai mult de 2/3 din V+ prin intermediul grupului R4 – D1, și al grupului R5 – VR1. Ieșirea lui IC1 trece ulterior în starea de jos, determinând descărcarea lui C2 doar prin intermediul lui R5 și VR1. Când sarcina scade sub 1/3 din V+, ieșirea lui IC1 comută înapoi în starea de sus, iar C2 începe să se încarce din nou. Astfel se produce o oscilație continuă, cu o serie de impulsuri pozitive scurte care apar la ieșirea lui IC1. Factorul de umplere al ieșirii nu este de 1 la 1 din cauza includerii componentelor R4 și D1, care oferă o cale de încărcare cu rezistență mică, dar nu asigură o cale de descărcare din cauza acțiunii de blocare a diodei D1. Acest lucru îi oferă lui C2 un timp de încărcare foarte scurt în raport cu timpul de descărcare, având ca rezultat o scurtare consecventă a timpului în care ieșirea este pozitivă.
Aceste impulsuri scurte sunt cuplate la difuzor prin intermediul unui etaj tampon repetor pe emitor echipat cu Tr1. Acesta oferă impulsuri de curent mari, dar foarte scurte prin difuzor, producând sunetul de „clic” solicitat. Diodele D2 și D3 reduc tensiunea minimă de comandă aplicată lui Tr1, care altfel ar fi destul de ridicată pentru a genera un curent relativ mare prin Tr1 și difuzor între impulsurile de ieșire. Acest lucru i-ar oferi unității un consum de curent destul de ridicat, în loc de consumul de numai aproximativ 4 mA, care este realizat prin includerea diodelor D2 și D3.
Frecvența de ieșire a unității este ajustată prin intermediul lui VR1, iar acesta ar trebui prevăzut cu o scală calibrată în funcție de ritmul bătăilor. Ritmul bătăilor este determinat pur și simplu prin numărarea „clicurilor” produse într-o perioadă de un minut (sau prin numărarea lor într-un interval de, să zicem, 20 de secunde și înmulțirea numărului cu trei pentru a găsi valoarea pe minut).
1. Detalii despre tranzistoare și alternative moderne
Deși textul nu specifică direct codul tranzistorului Tr1, din contextul montajului (alimentat la 9V, curent de vârf scurt și topologie repetor pe emitor pentru a comanda un difuzor mic) se deduce că este un tranzistor bipolar NPN de uz general sau de medie putere.
- BC547 / BC548 / BC549 (Varianta standard): Sunt cele mai accesibile tranzistoare NPN de uz general (capsulă TO-92). Pot fi folosite fără probleme dacă se utilizează un difuzor de impedanță mai mare (de exemplu, 40–80 ohmi) sau dacă volumul „clicului” nu trebuie să fie extrem de puternic.
- BC337 (Cea mai recomandată alternativă): Este tot un tranzistor NPN în capsulă mică TO-92, dar este proiectat special pentru a gestiona curenți de colector considerabil mai mari (până la 800 mA). Este alegerea ideală aici, deoarece impulsul scurt de curent trimis în difuzorul de 8 ohmi va fi mult mai viguros, generând un „clic” acustic clar și percutant fără a suprasolicita componenta.
- 2N2222 / PN2222: O altă variantă excelentă de tranzistor NPN capabil să comute impulsuri rapide de curent de până la 500 mA.
2. Descrierea detaliată a circuitului
Arhitectura acestui metronom folosește câteva trucuri electronice elegante pentru a obține bătăi percutante cu un consum de energie infim:
- Oscilatorul Trigger Schmitt: Un amplificator operațional configurat ca trigger Schmitt folosește o rețea de reacție pozitivă (la intrarea neinversoare) pentru a crea două praguri rigide de tensiune (histerezis): la o treime (1/3) și la două treimi (2/3) din tensiunea de alimentare. Această structură forțează ieșirea integratului să aibă stări digitale perfecte (comutare bruscă sus/jos), eliminând oscilațiile liniare sau incerte.
- Calea asimetrică de timp (Grupul R4-D1-VR1): Pentru ca un metronom să sune real, el nu trebuie să scoată un ton continuu, ci un sunet scurt (un impuls acustic). Acest lucru este controlat prin asimetria încărcării condensatorului C2. Când ieșirea integratului este SUS, dioda D1 se deschide (conduce), permițând curentului să ocolească rezistența mare VR1 și să încarce condensatorul C2 extrem de rapid prin rezistența mică R4. Când ieșirea trece în JOS, dioda D1 se blochează, forțând condensatorul să se descarce foarte lent prin rezistența mare a potențiometrului VR1. Din acest motiv, ieșirea integratului va sta în starea SUS doar pentru o fracțiune de milisecundă, creând impulsul scurt necesar.
- Economizorul de energie (D2 și D3): Un amplificator operațional uzual (cum ar fi bătrânul 741) nu poate coborî tensiunea de ieșire perfect până la 0V în starea JOS; de obicei, rămâne o tensiune reziduală de aproximativ 1V – 1.5V. Dacă baza lui Tr1 ar fi legată direct acolo, această tensiune reziduală ar menține tranzistorul parțial deschis între bătăi, risipind masiv energia bateriei prin difuzor. Înserierea diodelor D2 și D3 creează o barieră intenționată de potențial (cca. 2 x 0.6V = 1.2V). Această barieră anulează complet tensiunea reziduală a integratului, asigurându-se că tranzistorul Tr1 este blocat perfect (consum zero) în perioadele de liniște dintre bătăi.
