Digital Theremin: Berøringsfrit musikinstrument: 4 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

I dette eksperiment med digital elektronik viser jeg dig, hvordan du genererer musik (tæt på det: P) uden at røre ved musikinstrumentet ved hjælp af oscillatorer og op-amp. Grundlæggende kaldes dette instrument som Theremin, oprindeligt konstrueret ved hjælp af analoge enheder af en russisk videnskabsmand Léon Theremin. Men vi vil designe dette ved hjælp af IC'er, der genererer digitale signaler, og senere konverterer vi dem til analog til musik. Jeg vil også forsøge at forklare alle trin i kredsløbet. Jeg håber, at du vil elske denne praktiske implementering af det, du har studeret på dit college.

Jeg har også designet dette kredsløb på www.tinkercad.com og udført dets simulering af komponenter. Du kan se prøve det og manipulere det som du vil, for der er ikke noget at miste der, kun Learning & Fun!

Trin 1: Komponenter

Her er listen over alle de væsentlige komponenter, der er nødvendige for at bygge dette kredsløb:

1) MCP602 OpAmp (differentialforstærker) x1

2) CD4093 IC (4 NAND Gates IC) x1

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

4) Potentiometer: 2x 10k Pot

5) Kondensatorer: 2x 100pF, 1x 1nF & 1x 4,7µF kondensator (elektrolytisk)

6) Breadboard/PCB board

7) Teleskopisk antenne (minimumskrav: 6 mm diameter og 40 cm+ længde) ELLER det er bedre at bruge kobberrør med de givne dimensioner for bedre følsomhed

8) Power DC -stik (5,5 mm x 2,1 mm) og lydstik (3,5 mm)

9) Andre komponenter som tråd og loddedele

Bemærk: Du kan nemt finde alle disse komponenter på en radiohytte eller online på amazon/ebay. Bemærk også, at i tinkercad-kredsløb er op-amp & Nand-portene forskellige, men de fungerer også. Stadig, hvis du finder problemer med at få en komponent, lad mig det vide.

Trin 2: Lad os forstå kredsarbejde

Ovenfor kan du finde kredsløbslayoutbilledet til reference.

Arbejde: Grundlæggende fungerer theremin ud fra princippet om, at vi genererer to oscillatoriske (sinusbølge i analoge) signaler fra to forskellige oscillatorer- 1) Den ene er Fixed oscillator 2) Den anden er variabel oscillator. Og vi tager dybest set forskellen mellem de to frekvenssignaler for at få udgangssignalerne i hørbart frekvensområde (2Hz-20kHz).

* Hvordan har vi det?

Som du kan se, er der under NAND gate (U2B) kredsløb en a Fast oscillator, og ovenstående NAND gate kredsløb (U1B) er et variabelt oscillator kredsløb, hvis samlede frekvens varierer lidt med håndbevægelsen omkring antennen forbundet til den! (Hvordan ?)

* Hvordan ændrer håndbevægelse omkring antennen oscillatorens frekvens?

Forklaring: Faktisk er antennen forbundet parallelt med C1 -kondensatoren her. Antennen fungerer som en af kondensatorpladen, og vores hånd fungerer som den anden side af kondensatorpladen (som er jordforbundet gennem vores krop). Så grundlæggende er vi ved at fuldføre det ekstra (parallelle) kapacitive kredsløb og tilføjer dermed den samlede kapacitans til kredsløbet. (Fordi kondensatorer parallelt tilføjes).

* Hvordan genereres svingninger ved hjælp af NAND Gate?

Forklaring: I første omgang er en af indgangene på NAND -porten (f.eks. U2B) på HØJT niveau (1), og anden indgang er jordet via C2 (dvs. 0). Og for (1 & 0) kombination i NAND GATE får vi output HIGH (1).

Når outputtet nu bliver HIGH, får vi via feedbacknetværket fra output (gennem R3 & R10) HIGH -værdi til den tidligere jordede inputport. Så her er den faktiske ting. Efter tilbagemeldingssignal oplades kondensatoren C2 via R3, og derefter får vi begge input af NAND Gate på HIGH LEVEL (1 & 1), og output for begge HIGH logic input er LOW (0). Så nu aflades kondensatoren C2 igen og igen bliver indgangen til NAND Gate lav. Derfor gentages denne cyklus, og vi får Oscillationerne. Vi kan styre oscillatorfrekvensen ved at ændre værdien af modstand og kondensator (C2), fordi kondensatorens opladningstid vil variere med forskellige kapacitanser, og derfor vil oscillationsfrekvensen variere. Sådan får vi oscillator.

* Hvordan får vi musikalsk (hørbar) frekvens fra højfrekvente signaler?

For at få hørbart frekvensområde trækker vi de to frekvenssignaler fra hinanden for at få lavere frekvenssignaler, som er inden for hørbar rækkevidde. Her bruger vi Op-amp som i differentialforstærkerfasen. Grundlæggende i dette trin trækker det de to indgangssignaler fra for at give signalet Amplified difference (f1 - f2). Sådan får vi hørbar frekvens. Stadig for at filtrere de uønskede signaler bruger vi LOW pass filter til at filtrere støj.

Bemærk: Udgangssignalet vi får her er meget svagt, derfor har vi brug for en ekstra forstærker for at forstærke signalet. Du kan designe dit eget forstærkerkredsløb eller bare føde signalet fra dette kredsløb til enhver forstærker.

Håber, du forstod funktionen af dette kredsløb. Stadig tvivl? Spørg gerne når som helst.

Trin 3: Design kredsløbet

Først skal du først designe hele kredsløbet på brødbrættet og kontrollere det. Design derefter kun det på printkort med korrekt lodning.

Note1: Dette er et højfrekvent kredsløb, derfor er det tilrådeligt at holde komponenterne så tæt som muligt.

Note2: Brug kun +5V DC strømforsyning (ikke højere) på grund af IC -spændingsbegrænsninger.

Note3: Antenne er meget afgørende i dette kredsløb, følg derfor alle instruktionerne nøje.

Trin 4: Kredsløb og softwaresimulering

Se venligst kredsløbssimuleringen og dens video.

Jeg har tilføjet Multisim Circuit File, du kan direkte køre kredsløbet ved hjælp af det og designe dit eget og foretage manipulationer.

Hej, jeg har også tilføjet Tinkercad (www.tinkercad.com/) Circuit link også, der kan du designe dit kredsløb ELLER manipulere mit kredsløb også og udføre kredsløbssimuleringer også. Alt godt med at lære og lege med det.

Link til Tinkercad Circuit:

Håber du kunne lide dette. Jeg vil prøve at forbedre det yderligere og tilføje dens analoge version og Microcontroller -baseret (ved hjælp af VCO) snart, hvilket vil have et bedre lineært svar på håndbevægelser om antenne. Indtil da, nyd at lege med denne theremin.

Opdatering: Guys, jeg har også designet denne anden theremin ved hjælp af LDR & 555