Digitális Theremin: érintés nélküli hangszer: 4 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Ebben a kísérletben a Digital Electronics segítségével megmutatom, hogyan lehet zenét generálni (közel hozzá: P) a hangszer megérintése nélkül, az oszcillátorok és az op-amp segítségével. Ezt a műszert alapvetően Theremin -nek hívják, eredetileg egy orosz tudós, Léon Theremin készítette analóg eszközök segítségével. De ezt úgy tervezzük meg, hogy digitális jeleket generáló IC -ket használunk, majd később analóg zenévé alakítjuk őket. Megpróbálom elmagyarázni az áramkör minden szakaszát is. Remélem, tetszeni fog ez a gyakorlati megvalósítása annak, amit az egyetemen tanult.

Ezt az áramkört a www.tinkercad.com webhelyen is megterveztem, és elvégeztem az alkatrészek szimulációját. Láthatod, hogy próbáld ki és manipuláld tetszésed szerint, mert nincs mit veszíteni, csak tanulás és szórakozás!

1. lépés: Alkatrészek

Itt található az áramkör felépítéséhez szükséges összes alapvető összetevő listája:

1) MCP602 OpAmp (differenciálerősítő) x1

2) CD4093 IC (4 NAND Gates IC) x1

3) Ellenállások: 6x 10k, 1x 5.1k, 1x6.8k & 1x 1.5k

4) Potenciométer: 2x 10k pot

5) Kondenzátorok: 2x 100pF, 1x 1nF és 1x 4,7µF kondenzátor (elektrolitikus)

6) Kenyeretábla/NYÁK -tábla

7) Teleszkópos antenna (minimális követelmény: 6 mm átmérő és 40 cm+ hossz) VAGY jobb, ha a megadott érzékenységű rézcsövet használja a jobb érzékenység érdekében

8) Tápellátás DC jack (5,5 mm x 2,1 mm) és audio jack (3,5 mm)

9) Egyéb alkatrészek, például huzal és forrasztó alkatrészek

Megjegyzés: Mindezeket az alkatrészeket könnyen megtalálhatja a rádióházban vagy az Amazonon/ebayen. Vegye figyelembe azt is, hogy a Tinkercad áramkörben az op-amp & Nand kapuk eltérőek, de működnek is. Mégis, ha bármilyen nehézséget tapasztal az összetevő beszerzésében, tudassa velem.

2. lépés: Ismerjük meg az áramkör működését

Fent megtalálható az áramkör elrendezésének képe referenciaként.

Működés: A theremin alapvetően azon az elven működik, hogy két oszcillátor (szinusz hullám analóg) jelet állítunk elő két különböző oszcillátorból- 1) Az egyik fix oszcillátor 2) A második a változó oszcillátor. És alapvetően e két frekvenciajel különbségét vesszük, hogy a kimeneti jeleket hallható frekvenciatartományban (2 Hz-20 kHz) kapjuk.

* Hogy állunk?

Amint láthatja, a NAND kapu (U2B) áramköre alatt rögzített oszcillátor található, a fenti NAND kapuáramkör (U1B) pedig egy változó oszcillátor áramkör, amelynek teljes frekvenciája kissé változik a hozzá csatlakoztatott antenna körüli kézmozgással! (Hogyan ?)

* Hogyan változtatja meg az antenna körüli kézmozgás az oszcillátor frekvenciáját?

Magyarázat: Valójában az antenna itt párhuzamosan van csatlakoztatva a C1 kondenzátorral. Az antenna a kondenzátor egyik lemeze, a kezünk pedig a kondenzátorlemez másik oldala (amely testünkön keresztül van földelve). Tehát alapvetően befejezzük a kiegészítő (párhuzamos) kapacitív áramkört, és így hozzáadjuk az általános kapacitást az áramkörhöz. (Mivel párhuzamos kondenzátorokat adnak hozzá).

* Hogyan jönnek létre rezgések a NAND Gate segítségével?

Magyarázat: Kezdetben a NAND kapu egyik bemenete (például az U2B) HIGH szinten (1) van, a többi bemenet pedig a C2 -n keresztül földel (azaz 0). És a (1 és 0) kombinációhoz a NAND GATE -ben HIGH (1) kimenetet kapunk.

Most, amikor a kimenet HIGH lesz, akkor a kimeneti visszacsatolási hálózaton keresztül (R3 és R10) HIGH értéket kapunk a korábban földelt bemeneti porthoz. Szóval, itt van az igazi. A visszacsatolási jel után a C2 kondenzátor feltöltődik az R3 -on keresztül, majd a NAND Gate mindkét bemenetét HIGH LEVEL (1 és 1) szinten kapjuk, és mindkét HIGH logikai bemenet kimenete LOW (0). Tehát most a C2 kondenzátor lemerül, és a NAND Gate egyik bemenete alacsony lesz. Ezért ez a ciklus megismétlődik, és megkapjuk az oszcillációkat. Az oszcillátor frekvenciáját az ellenállás és a kondenzátor (C2) értékének változtatásával szabályozhatjuk, mivel a kondenzátor töltési ideje eltérő kapacitással változik, és ezért az oszcillációs frekvencia is változik. Így kapunk oszcillátort.

* Hogyan kaphatunk zenei (hallható) frekvenciát a nagyfrekvenciás jelekből?

Ahhoz, hogy hallható frekvenciatartományt kapjunk, kivonjuk egymástól a két frekvencia jelet, hogy alacsonyabb frekvenciájú jeleket kapjunk, amelyek a hallható tartományon belül vannak. Itt az Op-amp-et használjuk, mint a differenciális erősítő szakaszában. Alapvetően ebben a szakaszban kivonja a két bemeneti jelet, hogy megadja az Erősített különbség (f1 - f2) jelet. Így kapunk hallható frekvenciát. A nem kívánt jelek szűrésére továbbra is LOW pass szűrőt használunk a zaj szűrésére.

Megjegyzés: Az itt kapott kimeneti jel nagyon gyenge, ezért további erősítőre van szükségünk a jel erősítéséhez. Tervezhet saját erősítő áramkört, vagy csak átadhatja ennek az áramkörnek a jelét bármely erősítőhöz.

Remélem, megértette ennek az áramkörnek a működését. Még mindig vannak kétségei? Kérdezzen bátran bármikor.

3. lépés: Tervezze meg az áramkört

Kérjük, először tervezze meg az egész áramkört a kenyérlapon, és ellenőrizze. Ezután csak megfelelő forrasztással tervezze NYÁK -ra.

Megjegyzés 1: Ez egy nagyfrekvenciás áramkör, ezért tanácsos a komponenseket a lehető legközelebb tartani.

2. megjegyzés: Kérjük, csak +5V egyenáramú tápegységet használjon (nem magasabb), az IC feszültségkorlátozásai miatt.

3. megjegyzés: Az antenna nagyon fontos ebben az áramkörben, ezért kérjük, szigorúan kövesse az utasításokat.

4. lépés: Áramkör -munka és szoftver -szimuláció

Kérjük, tekintse meg az áramkör szimulációját és annak videóját.

Hozzáadtam a Multisim áramkör fájlt, ezzel közvetlenül futtathatja az áramkört, és saját tervezhet, és manipulálhat.

Hé, hozzáadtam a Tinkercad (www.tinkercad.com/) áramkör linkjét is, ott megtervezheti az áramkörét, VAGY manipulálhatja az áramköremet, és elvégezheti az áramkör szimulációit is. Minden jót a tanuláshoz és a játékhoz.

Tinkercad áramkör link:

Remélem tetszett ez. Megpróbálom tovább fejleszteni, és hamarosan hozzáadom az analóg verzióját és a mikrokontroller alapú (VCO -t használó) változatát, amely jobb lineáris választ ad az antennával kapcsolatos kézmozdulatokra. Addig is élvezze a játékot ezzel a játékkal.

Frissítés: Srácok, én is terveztem ezt az újabbat, LDR és 555 használatával