Digitale Theremin: muziekinstrument zonder aanraking - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

In dit experiment met digitale elektronica laat ik je zien hoe je muziek kunt genereren (in de buurt: P) zonder het muziekinstrument aan te raken, met behulp van Oscillators & Op-amp. In feite wordt dit instrument Theremin genoemd, oorspronkelijk gebouwd met behulp van analoge apparaten door een Russische wetenschapper Léon Theremin. Maar we zullen dit ontwerpen met behulp van IC's die digitale signalen genereren en later zullen we ze omzetten in analoog voor muziek. Ik zal ook proberen om elke fase van het circuit uit te leggen. Ik hoop dat je zult genieten van deze praktische implementatie van wat je op je universiteit hebt gestudeerd.

Ik heb dit circuit ook ontworpen op www.tinkercad.com en de simulatie van componenten uitgevoerd. Je kunt het zien, proberen en manipuleren zoals je wilt, want er is niets te verliezen, alleen Leren & Plezier!

Stap 1: Componenten

Hier is de lijst met alle essentiële componenten die nodig zijn om dit circuit te bouwen:

1) MCP602 OpAmp (differentiële versterker) x1

2) CD4093 IC (4 NAND-poorten IC) x1

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

4) Potentiometer: 2x 10k Pot

5) Condensatoren: 2x 100pF, 1x 1nF & 1x 4.7µF condensator (elektrolytisch)

6) Breadboard/printplaat

7) Telescopische antenne (minimaal vereist: 6 mm diameter en 40 cm + lengte) OF het is beter om een koperen buis te gebruiken met de opgegeven afmetingen voor een betere gevoeligheid

8) Voeding DC-aansluiting (5,5 mm x 2,1 mm) en audio-aansluiting (3,5 mm)

9) Andere componenten zoals draad en soldeeronderdelen

Opmerking: u kunt al deze componenten gemakkelijk vinden op een radioshack of online op amazon/ebay. Merk ook op dat in het tinkercad-circuit de op-amp & Nand-poorten anders zijn, maar ze zullen ook werken. Als u problemen ondervindt bij het verkrijgen van een onderdeel, laat het me dan weten.

Stap 2: Laten we begrijpen dat het circuit werkt

Hierboven vindt u de afbeelding van de circuitlay-out ter referentie.

Werking: In principe werkt theremin volgens het principe dat we twee oscillerende (sinusgolf in analoog) signalen genereren van twee verschillende oscillatoren- 1) Een is een vaste oscillator 2) De tweede is een variabele oscillator. En we nemen in feite het verschil van die twee frequentiesignalen om de uitgangssignalen in het hoorbare frequentiebereik (2Hz-20kHz) te krijgen.

* Hoe gaat het met ons?

Zoals u kunt zien, is het onderstaande NAND-poortcircuit (U2B) een vaste oscillator en het bovenstaande NAND-poortcircuit (U1B) is een variabel oscillatorcircuit waarvan de algehele frequentie enigszins varieert met de handbeweging rond de antenne die erop is aangesloten! (Hoe ?)

* Hoe verandert de handbeweging rond de antenne de frequentie van de oscillator?

Uitleg: Antenne is hier in feite parallel geschakeld met C1 Condensator. Antenne fungeert als een van de condensatorplaten en onze hand fungeert als de andere kant van de condensatorplaat (die via ons lichaam is geaard). Dus eigenlijk voltooien we het extra (parallelle) capacitieve circuit en voegen we dus de algehele capaciteit toe aan het circuit. (Omdat er parallelle condensatoren worden toegevoegd).

* Hoe worden oscillaties gegenereerd met NAND Gate?

Uitleg: In eerste instantie is een van de ingangen van de NAND-poort (bijvoorbeeld U2B) op HOOG niveau (1) en is de andere ingang geaard via C2 (d.w.z. 0). En voor (1 & 0) combinatie in NAND GATE krijgen we output HOOG (1).

Wanneer de uitvoer HOOG wordt, krijgen we via het feedbacknetwerk van de uitvoer (via R3 & R10) een HOGE waarde naar de eerder geaarde invoerpoort. Dus hier is het echte ding. Na het feedbacksignaal wordt de condensator C2 opgeladen via R3 en daarna krijgen we beide ingangen van de NAND-poort op HOOG NIVEAU (1 & 1), en de uitvoer voor beide HOOG logische invoer is LAAG (0). Dus nu ontlaadt de condensator C2 heen en weer, de ingang van de NAND-poort wordt LAAG. Vandaar dat deze cyclus zich herhaalt en we de trillingen krijgen. We kunnen de oscillatorfrequentie regelen door de waarde van weerstand en condensator (C2) te wijzigen, omdat de oplaadtijd van de condensator zal variëren met verschillende capaciteiten en daarom zal de oscillatiefrequentie variëren. Dit is hoe we een oscillator krijgen.

* Hoe krijgen we muzikale (hoorbare) frequentie van hoogfrequente signalen?

Om een hoorbaar frequentiebereik te krijgen, trekken we de twee frequentiesignalen van elkaar af om signalen met een lagere frequentie te krijgen die binnen het hoorbare bereik liggen. Hier gebruiken we Op-amp zoals in differentiële versterkertrap. In deze fase worden in principe de twee ingangssignalen afgetrokken om het versterkte verschilsignaal (f1 - f2) te krijgen. Dit is hoe we een hoorbare frequentie krijgen. Om nog steeds de ongewenste signalen te filteren, gebruiken we een LOW pass-filter om ruis te filteren.

Opmerking: het uitgangssignaal dat we hier krijgen is erg zwak, daarom hebben we een extra versterker nodig om het signaal te versterken. U kunt uw eigen versterkercircuit ontwerpen of het signaal van dit circuit gewoon naar elke versterker sturen.

Hope, je hebt de werking van dit circuit begrepen. Nog twijfels? Voel je vrij om op elk moment te vragen.

Stap 3: Ontwerp het circuit

Ontwerp eerst het hele circuit op breadboard en controleer het. Ontwerp het dan alleen op PCB met goed solderen.

Opmerking 1: Dit is een hoogfrequent circuit, daarom is het raadzaam om de componenten zo dicht mogelijk bij elkaar te houden.

Opmerking 2: gebruik alleen +5V DC-voeding (niet hoger), vanwege IC-spanningsbeperkingen.

Opmerking 3: Antenne is zeer cruciaal in dit circuit, volg daarom alle instructies strikt op.

Stap 4: Circuitwerking en softwaresimulatie

Zie de circuitsimulatie en de bijbehorende video.

Ik heb het Multisim Circuit-bestand toegevoegd, je kunt het circuit direct gebruiken en je eigen circuit ontwerpen en manipulaties uitvoeren.

Hé, ik heb ook de Tinkercad (www.tinkercad.com/) Circuit-link toegevoegd, daar kun je je circuit ontwerpen OF mijn circuit manipuleren en ook circuitsimulaties uitvoeren. Veel succes met leren en spelen ermee.

Tinkercad Circuit Link:

Ik hoop dat je dit leuk vond. Ik zal proberen het verder te verbeteren en binnenkort de analoge versie en op microcontroller gebaseerde (met behulp van VCO) toe te voegen, die een betere lineaire respons zal hebben op de handgebarenbewegingen over de antenne. Tot dan, veel plezier met spelen met deze theremin.

Update: Jongens, ik heb ook deze andere theremin ontworpen met LDR & 555