Digitaalne Theremin: puutevaba muusikainstrument: 4 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Selles digitaalse elektroonikaga tehtud katses näitan teile, kuidas muusikat genereerida (selle lähedane: P) ilma muusikariista puudutamata, kasutades ostsillaatoreid ja op-amp. Põhimõtteliselt nimetatakse seda instrumenti Thereminiks, mille algselt ehitas vene teadlane Léon Theremin analoogseadmete abil. Kuid me kujundame selle, kasutades digitaalseid signaale genereerivaid IC -sid ja hiljem teisendame need muusika analoogiks. Püüan selgitada ka vooluahela kõiki etappe. Loodan, et teile meeldib see kolledžis õpitu praktiline rakendamine.

Olen selle vooluahela kujundanud ka saidil www.tinkercad.com ja teinud selle komponentide simulatsiooni. Näete, kuidas seda proovida ja manipuleerida, nagu soovite, sest seal pole midagi kaotada, ainult õppimine ja lõbus!

Samm: komponendid

Siin on kõigi selle vooluahela ehitamiseks vajalike oluliste komponentide loend:

1) MCP602 OpAmp (diferentsiaalvõimendi) x1

2) CD4093 IC (4 NAND Gates IC) x1

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

4) Potentsiomeeter: 2x 10k pott

5) Kondensaatorid: 2x 100pF, 1x 1nF ja 1x 4,7 µF kondensaator (elektrolüütiline)

6) Leivaplaat/trükkplaat

7) teleskoopantenn (minimaalne nõue: 6 mm läbimõõt ja 40 cm+ pikkus) VÕI parema tundlikkuse saavutamiseks on parem kasutada antud mõõtudega vasest toru

8) Toite alalisvoolu pistik (5,5 mm x 2,1 mm) ja helipistik (3,5 mm)

9) Muud komponendid, nagu traat ja jootmisosad

Märkus. Kõik need komponendid leiate hõlpsalt raadiosalvest või veebist Amazon/ebay. Pange tähele ka seda, et Tinkercadi ahelas on op-amp & Nand väravad erinevad, kuid need töötavad ka. Siiski, kui leiate mõne komponendi hankimisel raskusi, andke mulle sellest teada.

2. samm: mõistame vooluringi tööd

Eespool leiate võrdluseks skeemi paigutuse pildi.

Töötamine: Põhimõtteliselt töötab sealmin põhimõttel, et genereerime kahest ostsillaatorist kaks võnkuvat (siinuslaine analoog) signaali- 1) Üks on fikseeritud ostsillaator 2) Teine on muutuv ostsillaator. Ja me võtame põhimõtteliselt nende kahe sagedussignaali erinevuse, et saada väljundsignaalid kuuldavale sagedusvahemikule (2 Hz-20 kHz).

* Kuidas meil läheb?

Nagu näete, on NAND -värava (U2B) ahela all fikseeritud ostsillaator ja ülaltoodud NAND -värava ahel (U1B) on muutuva ostsillaatori ahel, mille üldsagedus varieerub pisut sõltuvalt käe liikumisest sellega ühendatud antenni ümber! (Kuidas?)

* Kuidas muudab käe liikumine antenni ümber ostsillaatori sagedust?

Selgitus: Tegelikult on antenn siin paralleelselt ühendatud C1 kondensaatoriga. Antenn toimib ühe kondensaatoriplaadina ja meie käsi toimib kondensaatoriplaadi (mis on meie keha kaudu maandatud) teisel poolel. Põhimõtteliselt lõpetame täiendava (paralleelse) mahtuvusliku ahela ja lisame seega ahelale üldise mahtuvuse. (Kuna lisatakse paralleelselt kondensaatoreid).

* Kuidas tekivad võnkumised NAND Gate'i abil?

Selgitus: Esialgu on üks NAND -värava sisenditest (näiteks U2B) kõrgel tasemel (1) ja muu sisend on maandatud C2 kaudu (st 0). Ja (1 & 0) kombinatsiooni jaoks NAND GATE'is saame väljundi HIGH (1).

Nüüd, kui väljund saab HIGH, siis tagasisidevõrgu kaudu väljundist (R3 ja R10 kaudu) saame HIGH väärtuse varem maandatud sisendporti. Niisiis, siin on tegelik asi. Pärast tagasisidesignaali laetakse kondensaator C2 R3 kaudu ja pärast seda saame mõlemad NAND Gate'i sisendid kõrgel tasemel (1 ja 1) ning mõlema HIGH loogikasisendi väljund on LOW (0). Niisiis, nüüd tühjeneb kondensaator C2 tagasi ja NAND Gate'i sisend muutub madalaks. Seetõttu kordub see tsükkel ja saame võnkumised. Võime ostsillaatori sagedust juhtida, muutes takisti ja kondensaatori (C2) väärtust, kuna kondensaatori laadimisaeg varieerub erineva mahtuvuse korral ja seega ka võnkesagedus. Nii saame ostsillaatori.

* Kuidas saada kõrgsageduslikest signaalidest muusikalist (kuuldavat) sagedust?

Kuuldava sagedusvahemiku saamiseks lahutame need kaks sagedussignaali üksteisest, et saada madalama sagedusega signaale, mis jäävad kuuldavasse vahemikku. Siin kasutame Op-amp nagu diferentsiaalvõimendi etapis. Põhimõtteliselt lahutab see selles etapis kaks sisendsignaali, et saada võimendatud erinevuse (f1 - f2) signaal. Nii saame kuuldava sageduse. Soovimatute signaalide filtreerimiseks kasutame müra filtreerimiseks LOW pass filtrit.

Märkus. Siin saadud väljundsignaal on väga nõrk, seetõttu vajame signaali võimendamiseks täiendavat võimendit. Saate kujundada oma võimendusahela või lihtsalt edastada selle vooluahela signaali mis tahes võimendile.

Loodetavasti said sellest vooluringist aru. Kas on veel kahtlusi? Küsige julgelt igal ajal.

Samm: kujundage vooluring

Palun kujundage kõigepealt kogu vooluahel leivaplaadile ja kontrollige seda. Seejärel kujundage see ainult nõuetekohase jootmisega trükkplaadile.

Märkus 1: see on kõrgsageduslik vooluahel, seetõttu on soovitatav hoida komponendid võimalikult lähedal.

Märkus 2: IC pingepiirangute tõttu kasutage ainult +5 V alalisvoolu toiteallikat (mitte kõrgemat).

Märkus 3: Antenn on selles vooluringis väga oluline, seega järgige rangelt kõiki juhiseid.

4. samm: ahelate töötamine ja tarkvara simulatsioon

Palun vaadake vooluahela simulatsiooni ja selle videot.

Olen lisanud multisim -ahelafaili, saate seda otse vooluringi käivitada, kujundada oma ja teha manipuleerimisi.

Hei, olen lisanud ka Tinkercadi (www.tinkercad.com/) ahela lingi, seal saate oma vooluringi kujundada VÕI manipuleerida ka minu vooluahelaga ja teha ka vooluahela simulatsioone. Kõike head õppimisel ja sellega mängimisel.

Tinkercad Circuit Link:

Loodan, et teile meeldis see. Püüan seda veelgi täiustada ja lisada varsti selle analoogversiooni ja mikrokontrolleri baasil (kasutades VCO -d), millel on parem lineaarne reaktsioon antenniga seotud käeliigutuste liigutustele. Seniks nautige selle mänguga mängimist.

Värskendus: poisid, olen LDR & 555 abil ka selle teise seal kujundanud