Theremin kỹ thuật số: Nhạc cụ cảm ứng: 4 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Trong thử nghiệm này với Digital Electronics, tôi sẽ chỉ cho bạn cách tạo nhạc (gần giống: P) mà không cần chạm vào nhạc cụ, sử dụng Bộ tạo dao động & Op-amp. Về cơ bản, nhạc cụ này được gọi là Theremin, ban đầu được chế tạo bằng các thiết bị tương tự bởi một nhà khoa học người Nga Léon Theremin. Nhưng chúng tôi sẽ thiết kế điều này bằng cách sử dụng vi mạch tạo ra tín hiệu kỹ thuật số và sau đó chúng tôi sẽ chuyển đổi chúng thành tín hiệu tương tự cho âm nhạc. Tôi cũng sẽ cố gắng giải thích từng giai đoạn của mạch. Tôi hy vọng bạn sẽ thích cách triển khai thực tế này của những gì bạn đã học ở trường đại học của mình.

Tôi cũng đã thiết kế mạch này trên www.tinkercad.com và thực hiện mô phỏng các thành phần của nó. Bạn có thể thử và thao tác theo ý muốn của mình, bởi vì không có gì để mất ở đó, chỉ có Học & Vui!

Bước 1: Các thành phần

Dưới đây là danh sách tất cả các thành phần thiết yếu cần thiết để xây dựng mạch này:

1) MCP602 OpAmp (Bộ khuếch đại vi sai) x1

2) IC CD4093 (4 cổng NAND IC) x1

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

4) Chiết áp: 2x 10k Nồi

5) Tụ điện: Tụ điện 2x 100pF, 1x 1nF & 1x 4.7µF (Điện phân)

6) Bảng mạch / bảng mạch PCB

7) Ăng-ten kính thiên văn (Yêu cầu tối thiểu: đường kính 6mm & 40cm + chiều dài) HOẶC tốt hơn nên sử dụng ống Đồng với các kích thước đã cho để có độ nhạy tốt hơn

8) Giắc cắm nguồn DC (5,5mmx2,1mm) & Giắc cắm âm thanh (3,5mm)

9) Các thành phần khác như dây và các bộ phận hàn

Lưu ý: Bạn có thể tìm thấy tất cả các thành phần này dễ dàng trên Radio shack hoặc Trực tuyến trên amazon / ebay. Cũng lưu ý rằng trong mạch tinkercad, các cổng op-amp & Nand khác nhau, nhưng chúng cũng sẽ hoạt động. Vẫn Nếu bạn thấy bất kỳ khó khăn nào trong việc lấy bất kỳ thành phần nào, hãy cho tôi biết.

Bước 2: Hãy hiểu mạch hoạt động

Trên đây bạn có thể tìm thấy hình ảnh bố trí mạch để tham khảo.

Hoạt động: Về cơ bản, theremin hoạt động trên nguyên tắc chúng ta tạo ra hai tín hiệu dao động (sóng sin trong tương tự) từ hai bộ dao động khác nhau- 1) Một là Bộ dao động cố định 2) Một là Bộ dao động biến đổi. Và về cơ bản chúng tôi lấy sự khác biệt của hai tín hiệu tần số đó để lấy tín hiệu đầu ra trong dải tần có thể nghe được (2Hz-20kHz).

* Chúng tôi đang làm như thế nào?

Như bạn thấy, bên dưới mạch cổng NAND (U2B) là bộ dao động Cố định và mạch cổng NAND ở trên (U1B) là mạch dao động biến thiên, có tần số tổng thể thay đổi một chút theo chuyển động của tay xung quanh ăng-ten được kết nối với nó! (Thế nào ?)

* Chuyển động của tay xung quanh anten làm thay đổi tần số của dao động như thế nào?

Giải thích: Thực ra ở đây Antenna được nối song song với tụ C1. Ăng-ten hoạt động như một trong các bản tụ điện và bàn tay của chúng ta hoạt động như một mặt còn lại của bản tụ điện (được nối đất qua cơ thể của chúng ta). Vì vậy, về cơ bản chúng tôi đang hoàn thành mạch điện dung bổ sung (song song) và do đó thêm điện dung tổng thể vào mạch. (Vì mắc thêm các tụ điện song song).

* Các dao động được tạo ra bằng cách sử dụng Cổng NAND như thế nào?

Giải thích: Ban đầu, một trong các đầu vào của cổng NAND (lấy U2B làm ví dụ) ở mức CAO (1) và đầu vào khác được nối đất thông qua C2 (tức là 0). Và đối với tổ hợp (1 & 0) trong NAND GATE, chúng ta nhận được kết quả HIGH (1).

Bây giờ khi đầu ra nhận được CAO, sau đó thông qua mạng phản hồi từ đầu ra (thông qua R3 & R10), chúng tôi nhận được giá trị CAO cho cổng đầu vào đã nối đất trước đó. Vì vậy, đây là điều thực tế. Sau khi có tín hiệu phản hồi, Tụ C2 được sạc qua R3 và sau đó chúng ta nhận được cả hai đầu vào của Cổng NAND ở mức CAO (1 & 1), và đầu ra cho cả đầu vào logic CAO là LOW (0). Vì vậy, bây giờ Tụ C2 phóng điện trở lại và một lần nữa đầu vào của Cổng NAND lại ở mức THẤP. Do đó chu kỳ này lặp lại và chúng ta nhận được Dao động. Chúng ta có thể điều khiển tần số dao động bằng cách thay đổi giá trị của điện trở và tụ điện (C2) vì thời gian sạc của tụ điện sẽ thay đổi theo các điện dung khác nhau và do đó tần số dao động sẽ khác nhau. Đây là cách chúng tôi nhận được dao động.

* Làm thế nào để chúng ta có được tần số âm nhạc (Nghe được) từ các tín hiệu tần số cao?

Để có được dải tần số có thể nghe được, chúng tôi trừ hai tín hiệu tần số với nhau để có được tín hiệu tần số thấp hơn nằm trong dải tần có thể nghe được. Ở đây chúng tôi đang sử dụng Op-amp như trong giai đoạn khuếch đại vi sai. Về cơ bản trong giai đoạn này, nó trừ hai tín hiệu đầu vào để tạo ra tín hiệu chênh lệch Khuếch đại (f1 - f2). Đây là cách chúng tôi nhận được tần số âm thanh. Vẫn để lọc các tín hiệu không mong muốn, chúng tôi đang sử dụng bộ lọc thông qua LOW để lọc nhiễu.

Lưu ý: Tín hiệu đầu ra chúng ta nhận được ở đây rất yếu, do đó chúng ta cần thêm Bộ khuếch đại để khuếch đại tín hiệu. Bạn có thể thiết kế mạch khuếch đại của riêng bạn hoặc chỉ cấp tín hiệu của mạch này cho bất kỳ bộ khuếch đại nào.

Hy vọng, bạn đã hiểu hoạt động của mạch này. Vẫn còn nghi ngờ? Hãy hỏi bất cứ lúc nào.

Bước 3: Thiết kế mạch

Trước tiên hãy thiết kế toàn bộ mạch trên breadboard trước và kiểm tra nó. Sau đó, chỉ thiết kế nó trên PCB với mối hàn thích hợp.

Lưu ý 1: Đây là mạch tần số cao, do đó bạn nên giữ các thành phần càng gần càng tốt.

Lưu ý 2: Vui lòng chỉ sử dụng nguồn điện + 5V DC (Không cao hơn), do hạn chế điện áp của IC.

Lưu ý 3: Ăng-ten rất quan trọng trong mạch này, do đó hãy làm theo tất cả các hướng dẫn được đưa ra một cách nghiêm ngặt.

Bước 4: Làm việc mạch và mô phỏng phần mềm

Vui lòng xem mô phỏng mạch và Video của nó.

Tôi đã thêm Tệp mạch Multisim, bạn có thể trực tiếp chạy mạch bằng cách sử dụng nó và tự thiết kế và thực hiện các thao tác.

Này, tôi cũng đã thêm liên kết mạch Tinkercad (www.tinkercad.com/), ở đó bạn có thể thiết kế mạch của mình HOẶC thao tác mạch của tôi cũng như thực hiện mô phỏng mạch. Tất cả những gì tốt nhất với việc học và chơi với nó.

Liên kết mạch Tinkercad:

Hy vọng bạn thích điều này. Tôi sẽ cố gắng cải thiện nó hơn nữa và sớm bổ sung phiên bản tương tự và dựa trên Vi điều khiển (sử dụng VCO). Phiên bản này sẽ có phản ứng tuyến tính tốt hơn đối với các chuyển động cử chỉ tay của ăng-ten. Cho đến lúc đó, hãy tận hưởng việc chơi với cái này nhé.

Cập nhật: Các bạn ơi, tôi cũng đã thiết kế cái này khác ở đó bằng LDR & 555