Частотозадающими элементами в генераторах незатухающих колебаний могут быть колебательные контуры, RC-цепочки, кварцевые и керамические резонаторы, а также камертоны. Одно время камертонные генераторы пробовали применять в часах (наберите в Яндексе "камертонные часы", узнаете много интересного), так как они работают на звуковых частотах и не требуют делителей. Но затем удалось сделать делитель частоты миниатюрным и недорогим, отчего кварцевые часы получили широкое распространение, а камертонные оказались забыты. Автор Instructables под ником WilkoL решил изготовить камертонный генератор и почувствовать себя часовщиком-экспериментатором в шестидесятых. Камертон мастер берёт современный, он показан на фото ниже:
От его ручки мастер отпиливает шарик, а на оставшейся части нарезает наружную резьбу, зачем - увидите позже. Чтобы получить незатухающие колебания, нужно обеспечить поступление энергии в камертон извне. Но не как попало, а синхронно с уже имеющимися колебаниями, для чего нужен датчик обратной связи. Мастер экспериментировал с обмотками, датчиками Холла, но всякий раз получал паразитное влияние магнитного поля от электромагнита, раскачивающего камертон. Наконец, он остановил свой выбор на оптопаре с открытым каналом. Выглядит она так:
Теперь необходимо связать воедино все составные части генератора: датчик обратной связи, усилитель напряжения, усилитель мощности и электромагнит:
ИК-светодиод оптопары запитан через резистор на 470 Ом. Нагрузкой фототранзистора той же оптопары служит резистор на 2,2 кОм. Через конденсатор, пропускающий только переменную составляющую, и резистор сигнал с датчика поступает на усилитель напряжения. Мастер решил применить в нём микросхему MCP602 - сдвоенный ОУ с однополяоным питанием. Несмотря на то, что он сдвоенный, корпус у него восьмивыводный. Каждый из двух ОУ занимает по три вывода, ещё два - плюс питания и общий провод, удалось уложиться ровно в восемь выводов. Первый из ОУ включён как инвертирующий усилитель, второй - как триггер Шмитта.
После усилителя напряжения необходим усилитель мощности, он двухкаскадный, с непосредственной связью, и выполнен на дискретных транзисторах. Его нагрузкой служит электромагнит, моточные данные которого не приведены, указано только активное сопротивление - 22 Ома. Параллельно электромагниту необходим диод в обратной полярности, который мастер решил не ставить.
Расположенная между усилителями напряжения и мощности цепочка из двух диодов представляет собой пороговый элемент, не пропускающий сигналы с напряжением менее 1 В. Резистор после неё ограничивает ток базы первого транзистора. В принципе, после триггера Шмитта пороговый элемент необязателен, он поставлен на всякий случай. Всё это позволило сделать усилитель мощности ключевым, обойдясь без теплоотвода на втором транзисторе.
Генератор мастер собирает на макетной плате типа perfboard, оптопару и электромагнит располагает на кусках такой же платы, расположенных перпендикулярно основной. Для крепления камертона прикручивает к плате металлический уголок, а к нему - камертон за предварительно нарезанную на его ручке резьбу.
Наладка генератора сводится к подбору такого положения оптопары, чтобы в одном из максимумов амплитуды колебаний камертона её оптический канал открывался, а в другом - закрывался. Форма генерируемых колебаний на выходе триггера Шмитта показана на скриншоте с осциллографа:
Камертон оказался настроенным на 1,5 Гц ниже стандартной частоты в 440 Гц. Это можно исправить при помощи напильника. Автора заинтересовал только камертонный генератор в чистом виде, строить часы он не стал. Наиболее распространённым способом сопряжения генератора с часами является применение зубчатого колеса с очень большим числом крошечных зубьев. Его располагают так, чтобы при каждом колебании камертон нажимал на ближайший к нему зуб и проворачивал колесо на малый угол, подводя тем самым к камертону следующий зуб. Камертонные часы бывают только с плавным ходом, они не тикают, а, в зависимости от резонансной частоты камертона, гудят или пищат.