Digitaalinen Theremin: Kosketukseton soitin: 4 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Tässä Digital Electronicsin kokeilussa näytän sinulle, miten voit luoda musiikkia (lähellä sitä: P) koskettamatta soitinta käyttämällä oskillaattoreita ja op-vahvistimia. Pohjimmiltaan tätä instrumenttia kutsutaan nimellä Theremin, jonka venäläinen tiedemies Léon Theremin rakensi alun perin analogisilla laitteilla. Mutta suunnittelemme tämän käyttämällä IC: itä, jotka tuottavat digitaalisia signaaleja, ja myöhemmin muunnamme ne analogisiksi musiikkia varten. Yritän selittää myös piirin jokaisen vaiheen. Toivottavasti pidät tästä käytännön toteutuksesta yliopistossasi opiskelemastasi.

Olen myös suunnitellut tämän piirin osoitteessa www.tinkercad.com ja suorittanut sen komponenttien simuloinnin. Voit kokeilla sitä ja muokata sitä haluamallasi tavalla, koska siellä ei ole mitään menetettävää, vain oppimista ja hauskaa!

Vaihe 1: Komponentit

Tässä on luettelo kaikista tämän piirin rakentamiseen tarvittavista olennaisista komponenteista:

1) MCP602 OpAmp (differentiaalivahvistin) x1

2) CD4093 IC (4 NAND Gates IC) x1

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

4) Potentiometri: 2x 10k potti

5) Kondensaattorit: 2x 100pF, 1x 1nF ja 1x 4,7µF kondensaattori (elektrolyyttinen)

6) Leipälevy/PCB -levy

7) Teleskooppiantenni (vähimmäisvaatimus: halkaisija 6 mm ja 40 cm+ pituus) TAI on parempi käyttää kupariputkea, jolla on annetut mitat paremman herkkyyden saavuttamiseksi

8) Virtalähteen liitin (5,5 mm x 2,1 mm) ja ääniliitäntä (3,5 mm)

9) Muut komponentit, kuten lanka- ja juotososat

Huomautus: Löydät kaikki nämä komponentit helposti Radio -hytistä tai verkossa Amazonista/ebaysta. Huomaa myös, että tinkercad-piirissä op-amp & Nand -portit ovat erilaisia, mutta ne toimivat myös. Silti jos sinulla on vaikeuksia saada mitään osaa, ilmoita siitä minulle.

Vaihe 2: Ymmärrä piirin toiminta

Yllä on piirin asettelukuva viitteeksi.

Toimiminen: Pohjimmiltaan theremin toimii periaatteella, että tuotamme kaksi värähtelevää (siniaalto analogisessa) signaalia kahdesta eri oskillaattorista- 1) Yksi on kiinteä oskillaattori 2) Toinen on muuttuva oskillaattori. Ja periaatteessa otamme näiden kahden taajuussignaalin eron saadaksemme lähtösignaalit äänitaajuusalueelle (2 Hz-20 kHz).

* Miten meillä menee?

Kuten näette, NAND -portin (U2B) alla on kiinteä oskillaattori ja yllä oleva NAND -porttipiiri (U1B) on muuttuva oskillaattoripiiri, jonka kokonaistaajuus vaihtelee hieman käden liikkeen mukaan siihen liitetyn antennin ympärillä! (Miten ?)

* Miten käden liike antennin ympärillä muuttaa oskillaattorin taajuutta?

Selitys: Itse asiassa antenni on kytketty rinnakkain C1 -kondensaattorin kanssa. Antenni toimii yhtenä kondensaattorilevystä ja kätemme toimii kondensaattorilevyn toisella puolella (joka on maadoitettu kehomme läpi). Joten pohjimmiltaan olemme täydentämässä ylimääräistä (rinnakkaista) kapasitiivista piiriä ja lisäämällä siten kokonaiskapasitanssia piiriin. (Koska rinnakkaisia kondensaattoreita lisätään).

* Miten värähtelyt syntyvät NAND Gate -tekniikan avulla?

Selitys: Aluksi yksi NAND -portin tuloista (esimerkiksi U2B) on korkealla (1) ja muu tulo on maadoitettu C2: n kautta (eli 0). Ja (1 & 0) -yhdistelmälle NAND GATE: ssa saamme tuloksen HIGH (1).

Nyt kun ulostulo saa HIGH, niin palauteverkon kautta ulostulosta (R3 & R10: n kautta) saamme HIGH -arvon aiemmin maadoitettuun tuloporttiin. Joten tässä on todellinen asia. Takaisinkytkentäsignaalin jälkeen kondensaattori C2 latautuu R3: n kautta ja sen jälkeen saamme molemmat NAND -portin tulot HIGH LEVEL (1 & 1), ja molempien HIGH -logiikkatulojen lähtö on LOW (0). Joten nyt kondensaattori C2 purkautuu takaisin ja taas yksi NAND Gaten tulosta laskee. Siksi tämä sykli toistuu ja saamme värähtelyt. Voimme ohjata oskillaattorin taajuutta muuttamalla vastuksen ja kondensaattorin (C2) arvoa, koska kondensaattorin latausaika vaihtelee eri kapasitanssin mukaan ja täten värähtelytaajuus vaihtelee. Näin saamme oskillaattorin.

* Miten saamme musiikkitaajuuden (audible) taajuuden korkeataajuisista signaaleista?

Kuuluvan taajuusalueen saamiseksi vähennämme kaksi taajuussignaalia toisistaan saadaksemme alemman taajuuden signaalit, jotka ovat kuuluvuusalueella. Tässä käytämme Op-vahvistinta kuten differentiaalivahvistimen vaiheessa. Pohjimmiltaan tässä vaiheessa se vähentää kaksi tulosignaalia antaakseen vahvistetun erosignaalin (f1 - f2). Näin saamme äänitaajuuden. Suodataksemme edelleen ei -toivotut signaalit, käytämme LOW pass -suodatinta melun suodattamiseen.

Huomautus: Täällä saatu lähtösignaali on erittäin heikko, joten tarvitsemme lisävahvistimen signaalin vahvistamiseksi. Voit suunnitella oman vahvistinpiirin tai vain syöttää tämän piirin signaalin mille tahansa vahvistimelle.

Toivottavasti ymmärsit tämän piirin toiminnan. Onko vielä epäilyksiä? Kysy rohkeasti milloin vain.

Vaihe 3: Suunnittele piiri

Suunnittele ensin koko piiri leipälevylle ja tarkista se. Suunnittele se sitten vain piirilevylle asianmukaisella juotoksella.

Huomautus 1: Tämä on suurtaajuuspiiri, joten on suositeltavaa pitää komponentit mahdollisimman lähellä.

Huomautus 2: Käytä vain +5 V tasavirtalähdettä (ei korkeampi) IC -jänniterajoitusten vuoksi.

Huomautus 3: Antenni on erittäin tärkeä tässä piirissä, joten noudata kaikkia annettuja ohjeita.

Vaihe 4: Piirityö ja ohjelmistosimulointi

Katso piirisimulaatio ja sen video.

Olen lisännyt Multisim -piiritiedoston, voit suorittaa piirin suoraan käyttämällä sitä ja suunnitella oman ja tehdä manipulointeja.

Hei, olen lisännyt myös Tinkercadin (www.tinkercad.com/) Circuit -linkin, siellä voit suunnitella piirisi TAI manipuloida myös piiriäni ja suorittaa myös piirisimulaatioita. Kaikkea hyvää sen kanssa oppimiseen ja pelaamiseen.

Linkki Tinkercad-piiriin:

Toivottavasti pidit tästä. Yritän parantaa sitä edelleen ja lisätä sen analogisen version ja mikrokontrolleriin perustuvan (käyttäen VCO: ta) pian, mikä antaa paremman lineaarisen vasteen antenniin liittyville eleiden liikkeille. Siihen asti nauti pelaamisesta tällä thereminillä.

Päivitys: Kaverit, olen myös suunnitellut tämän toisen siellä olevan LDR: n ja 555: n avulla