תרמין דיגיטלי: כלי נגינה ללא מגע: 4 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

בניסוי זה עם אלקטרוניקה דיגיטלית, אראה לך כיצד לייצר מוזיקה (קרוב לה: P) מבלי לגעת בכלי הנגינה, באמצעות מתנדים ומגבר אופ. ביסודו של דבר מכשיר זה נקרא תרמין, שנבנה במקור באמצעות מכשירים אנלוגיים על ידי מדען רוסי לאון תרמין. אבל אנו נעצב זאת באמצעות IC שיוצרים אותות דיגיטליים ובהמשך נהפוך אותם לאנלוגיות למוסיקה. אנסה להסביר גם את כל שלבי המעגל. אני מקווה שתאהב את היישום המעשי הזה של מה שלמדת במכללה שלך.

תכננתי גם מעגל זה באתר www.tinkercad.com וביצעתי את סימולציית הרכיבים שלו. אתה יכול לראות לנסות ולתפעל אותו כרצונך, כי אין מה להפסיד שם, רק למידה וכיף!

שלב 1: רכיבים

להלן רשימת כל המרכיבים החיוניים הדרושים לבניית מעגל זה:

1) MCP602 OpAmp (מגבר דיפרנציאלי) x1

2) CD4093 IC (4 NAND Gates IC) x1

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

4) פוטנציומטר: 2x 10k סיר

5) קבלים: 2x 100pF, 1x 1nF & 1x 4.7µF קבלים (אלקטרוליטי)

6) לוח/לוח לוח

7) אנטנה טלסקופית (דרישת מינימום: קוטר 6 מ"מ ו 40 ס"מ+ אורך) או שעדיף להשתמש בצינור נחושת במידות הנתונות לרגישות טובה יותר

8) שקע חשמל DC (5.5 מ"מ x 2.1 מ"מ) ושקע שמע (3.5 מ"מ)

9) רכיבים אחרים כמו חוט וחלקי הלחמה

הערה: אתה יכול למצוא את כל הרכיבים האלה בקלות בבקתה רדיו או באינטרנט ב- amazon/ebay. שים לב גם שבמעגל tinkercad, שערי op-amp ו- Nand שונים, אך הם גם יעבדו. ובכל זאת, אם אתה מוצא קושי להשיג רכיב כלשהו, הודע לי על כך.

שלב 2: בואו להבין את פעולת המעגלים

למעלה תוכל למצוא את תמונת פריסת המעגל לעיון.

עבודה: בעיקרון theremin עובד על העיקרון שאנו מייצרים שני אותות תנודה (גל סינוס באנלוגי) משני מתנדים שונים- 1) האחד מתנד קבוע 2) השני הוא מתנד משתנה. ואנחנו בעצם לוקחים את ההבדל בין שני אותות התדרים האלה כדי לקבל את אותות הפלט בטווח תדרים נשמע (2Hz-20kHz).

* מה שלומנו?

כפי שאתה יכול לראות, מתחת למעגל שער NAND (U2B) נמצא מתנד קבוע ומעגל שער NAND לעיל (U1B) הוא מעגל מתנד משתנה, שתדירותו הכוללת משתנה מעט עם תנועת היד סביב האנטנה המחוברת אליו! (איך?)

* כיצד תנועת הידיים סביב האנטנה משנה את תדירות המתנד?

הסבר: למעשה, האנטנה מחוברת במקביל לקבל C1 כאן. האנטנה משמשת כאחת מצלחת הקבלים וידנו פועלת כצידה השני של לוח הקבלים (אשר מקורקע דרך גופנו). אז בעצם אנו משלימים את המעגל הקיבולי הנוסף (המקביל) ומכאן שמוסיפים קיבולת כוללת למעגל. (מכיוון שמתווספים קבלים במקביל).

* כיצד נוצרות תנודות באמצעות NAND Gate?

הסבר: בתחילה, אחת הכניסות של שער NAND (קח למשל U2B) היא ברמה גבוהה (1) וקלט אחר מקורקע דרך C2 (כלומר 0). ובשילוב (1 & 0) ב- NAND GATE, אנו מקבלים פלט גבוה (1).

עכשיו כשהפלט מקבל HIGH, אז דרך רשת המשוב מהפלט (דרך R3 & R10) נקבל ערך גבוה ליציאת הקלט המונחתת בעבר. אז הנה הדבר האמיתי. לאחר אות משוב, הקבל C2 נטען דרך R3 ולאחר מכן אנו מקבלים את שתי הכניסות של שער NAND ברמת HIGH LEVEL (1 & 1), והפלט עבור שני קלט ההיגיון HIGH הוא נמוך (0). אז, עכשיו קבל C2 משתחרר שוב ושוב אחד הכניסה של שער NAND נהיה נמוך. מכאן שמחזור זה חוזר ואנו מקבלים את התנודות. אנו יכולים לשלוט על תדר המתנד על ידי שינוי ערך הנגד והקבל (C2) מכיוון שזמן הטעינה של הקבל ישתנה עם קיבול שונה ולכן תדירות התנודה תשתנה. כך אנו מקבלים מתנד.

* כיצד אנו מקבלים תדר מוזיקלי (נשמע) מאותות בתדר גבוה?

כדי לקבל טווח תדרים נשמעים, אנו מפחיתים את שני אותות התדרים זה מזה כדי לקבל אותות תדר נמוכים יותר הנמצאים בטווח קולי. כאן אנו משתמשים במגבר אופ כמו בשלב מגבר דיפרנציאלי. בעיקרון בשלב זה, הוא מפחית את שני אותות הכניסה כדי לתת את האות ההבדל המוגבר (f1 - f2). כך אנו מקבלים תדר קולי. עדיין כדי לסנן את האותות הלא רצויים, אנו משתמשים במסנן מעבר נמוך כדי לסנן רעש.

הערה: אות הפלט שאנו מקבלים כאן הוא חלש מאוד, ולכן אנו זקוקים למגבר נוסף כדי להעצים את האות. אתה יכול לעצב מעגל מגבר משלך או פשוט להזין את האות של מעגל זה לכל מגבר.

מקווה שהבנת את פעולתו של המעגל הזה. עדיין יש ספקות? אתה מוזמן לשאול בכל עת.

שלב 3: עיצוב המעגל

אנא תכנן קודם כל את כל המעגל על לוח הלחם ובדוק אותו. אז רק תכנן אותו על PCB עם הלחמה מתאימה.

הערה 1: זהו מעגל בתדר גבוה, ולכן מומלץ לשמור על הרכיבים קרובים ככל האפשר.

הערה 2: אנא השתמש רק +5V DC אספקת חשמל (לא גבוה יותר), בשל מגבלות מתח IC.

הערה 3: האנטנה היא קריטית מאוד במעגל זה, לכן אנא עקוב אחר כל ההוראות שניתנו בקפדנות.

שלב 4: עבודה במעגלים והדמיית תוכנה

אנא עיין בסימולציית המעגל ובסרטון שלה.

הוספתי את קובץ מעגל Multisim, אתה יכול להריץ את המעגל ישירות באמצעותו ולעצב משלך ולעשות מניפולציות.

היי, הוספתי גם את קישור המעגל (www.tinkercad.com/), שם תוכל לעצב את המעגל שלך או לתפעל את המעגל שלי גם ולבצע סימולציות מעגל. כל הכבוד עם הלמידה והמשחק עם זה.

קישור מעגל Tinkercad:

מקווה שאהבת את זה. אנסה לשפר אותו עוד יותר ולהוסיף בקרוב את הגרסה האנלוגית שלו & מבוסס מיקרו -בקר (באמצעות VCO) אשר תהיה לה תגובה לינארית טובה יותר לתנועות מחוות הידיים על האנטנה. עד אז, תהנה לשחק עם התרמין הזה.

עדכון: חבר'ה, עיצבתי גם תרמין אחר באמצעות LDR & 555