Digitalni termin: brezstopenjski glasbeni instrument: 4 koraki

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

V tem poskusu z digitalno elektroniko vam bom pokazal, kako ustvarjati glasbo (blizu nje: P), ne da bi se dotaknili glasbila, z uporabo Oscilatorjev in Op-ojačevalnika. V bistvu se ta instrument imenuje Theremin, ki ga je prvotno z analognimi napravami izdelal ruski znanstvenik Léon Theremin. Toda to bomo zasnovali z uporabo IC -jev, ki ustvarjajo digitalne signale, kasneje pa jih bomo pretvorili v analogne za glasbo. Poskusil bom razložiti tudi vsako stopnjo vezja. Upam, da vam bo ta praktična izvedba tega, kar ste študirali na fakulteti, všeč.

To vezje sem tudi zasnoval na www.tinkercad.com in izvedel simulacijo komponent. Vidite lahko, da poskusite in z njo manipulirate, kot želite, saj tam ni nič za izgubiti, samo učenje in zabava!

1. korak: Komponente

Tu je seznam vseh bistvenih komponent, potrebnih za izdelavo tega vezja:

1) OpCamper MCP602 (diferencialni ojačevalnik) x1

2) CD4093 IC (4 vrata NAND IC) x1

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

4) Potenciometer: 2x 10k lonec

5) Kondenzatorji: 2x 100pF, 1x 1nF & 1x 4.7µF Kondenzator (elektrolitični)

6) Deska/PCB plošča

7) Teleskopska antena (najmanjša zahteva: premer 6 mm in dolžina 40 cm+) ALI je za boljšo občutljivost bolje uporabiti bakreno cev z danimi dimenzijami

8) Napajalni enosmerni priključek (5,5 mm x 2,1 mm) in avdio priključek (3,5 mm)

9) Druge komponente, kot so žica in spajkalni deli

Opomba: Vse te komponente lahko preprosto najdete v radijski kolibi ali na spletu na amazon/ebay. Upoštevajte tudi, da so v vezju tinkercad vrata op-amp in Nand drugačna, vendar bodo tudi delovala. Če pa imate težave pri pridobivanju katere koli komponente, mi to sporočite.

2. korak: Razumejmo delovanje vezja

Zgoraj lahko najdete referenčno sliko postavitve vezja.

Delovanje: V bistvu tammin deluje po načelu, da iz dveh različnih oscilatorjev generiramo dva nihajoča (analogno sinusni val)- 1) Eden je fiksni oscilator 2) Drugi je spremenljiv oscilator. In v bistvu vzamemo razliko teh dveh frekvenčnih signalov, da dobimo izhodne signale v zvočnem frekvenčnem območju (2Hz-20kHz).

* Kako nam gre?

Kot lahko vidite, je pod vezjem vrat NAND (U2B) pritrjen oscilator, zgornje vezje vrat NAND (U1B) pa je spremenljivo vezje oscilatorja, katerega skupna frekvenca se nekoliko spreminja glede na gibanje roke okoli antene, ki je nanj povezana! (Kako?)

* Kako gibanje roke okoli antene spreminja frekvenco oscilatorja?

Pojasnilo: Pravzaprav je tukaj antena priključena vzporedno s kondenzatorjem C1. Antena deluje kot ena od plošč kondenzatorja, naša roka pa kot druga stran kondenzatorske plošče (ki je ozemljena skozi naše telo). Tako v bistvu zaključujemo dodatno (vzporedno) kapacitivno vezje in s tem vezju dodajamo celotno kapacitivnost. (Ker se dodajo kondenzatorji vzporedno).

* Kako nastajajo nihanja z uporabo NAND Gate?

Pojasnilo: Sprva je eden od vhodov vrat NAND (na primer U2B) na VISOKI ravni (1), drugi vhod pa je ozemljen prek C2 (tj. 0). In za kombinacijo (1 & 0) v NAND GATE dobimo izhod HIGH (1).

Ko je izhod HIGH, potem preko povratne mreže iz izhoda (prek R3 in R10) dobimo HIGH vrednost na predhodno ozemljena vhodna vrata. Torej, tukaj je dejanska stvar. Po povratnem signalu se kondenzator C2 napolni prek R3, nato pa dobimo oba vhoda NAND Gate na VISOKI RAVNI (1 in 1), izhod za oba VISOKA logični vhod pa je NIZK (0). Torej, zdaj se kondenzator C2 izprazni nazaj in spet ena od vhodov vrat NAND postane NIZKA. Zato se ta cikel ponovi in dobimo nihanja. Frekvenco oscilatorja lahko nadzorujemo s spreminjanjem vrednosti upora in kondenzatorja (C2), ker se bo čas polnjenja kondenzatorja spreminjal z različno kapacitivnostjo, zato se bo spreminjala tudi frekvenca nihanja. Tako dobimo oscilator.

* Kako dobimo glasbeno (zvočno) frekvenco iz visokofrekvenčnih signalov?

Da bi dobili zvočno frekvenčno območje, odštejemo dva frekvenčna signala drug od drugega, da dobimo nižjefrekvenčne signale, ki so v slišnem območju. Tukaj uporabljamo Op-amp kot stopnjo diferencialnega ojačevalnika. V bistvu na tej stopnji odšteje dva vhodna signala, da dobi signal ojačane razlike (f1 - f2). Tako dobimo zvočno frekvenco. Še vedno za filtriranje neželenih signalov uporabljamo nizki prehodni filter za filtriranje hrupa.

Opomba: Izhodni signal, ki ga dobimo tukaj, je zelo šibek, zato za ojačanje signala potrebujemo dodaten ojačevalnik. Lahko oblikujete lastno ojačevalno vezje ali pa signal tega vezja napajate na kateri koli ojačevalnik.

Upam, da ste razumeli delovanje tega vezja. Še vedno obstajajo dvomi? Vprašajte kadar koli.

3. korak: Oblikujte vezje

Najprej najprej oblikujte celotno vezje na plošči in ga preverite. Nato ga le oblikujte na tiskanem vezju z ustreznim spajkanjem.

Opomba 1: To je visokofrekvenčno vezje, zato je priporočljivo, da so komponente čim bližje.

Opomba 2: Uporabite samo napajanje +5V DC (ne višje) zaradi omejitev napetosti IC.

Opomba 3: Antena je v tem vezju zelo pomembna, zato dosledno upoštevajte vsa navedena navodila.

4. korak: Delovanje vezja in simulacija programske opreme

Oglejte si simulacijo vezja in njen video.

Dodal sem datoteko vezimskega vezja, s katero lahko neposredno zaženete vezje in sami oblikujete ter izvajate manipulacije.

Hej, dodal sem tudi povezavo do Tinkercada (www.tinkercad.com/), kjer lahko oblikujete svoje vezje ALI manipulirate tudi z mojim vezjem in izvedete tudi simulacijo vezja. Vse dobro pri učenju in igranju z njim.

Povezava Tinkercad Circuit:

Upam, da vam je bilo to všeč. Poskusil ga bom še izboljšati in kmalu dodati analogno različico in mikrokontroler (z uporabo VCO), ki bo imel boljši linearni odziv na premike roke z anteno. Do takrat pa uživajte v igranju s tem terminom.

Posodobitev: Fantje, tudi tega sem oblikoval s pomočjo LDR & 555