Digital Theremin: Touchless Musical Instrument: 4 Steps

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:43

I detta experiment med digital elektronik visar jag dig hur du genererar musik (nära den: P) utan att röra vid musikinstrumentet, med hjälp av oscillatorer och Op-amp. I grund och botten kallas detta instrument för Theremin, ursprungligen konstruerat med analoga enheter av en rysk forskare Léon Theremin. Men vi kommer att utforma detta med hjälp av IC: er som genererar digitala signaler och senare kommer vi att konvertera dem till analog för musik. Jag ska försöka förklara varje steg i kretsen också. Jag hoppas att du kommer att älska denna praktiska implementering av det du har studerat på din högskola.

Jag har också utformat denna krets på www.tinkercad.com och utfört dess simulering av komponenter. Du kan se prova och manipulera det som du vill, för det finns inget att förlora där, bara Learning & Fun!

Steg 1: Komponenter

Här är listan över alla viktiga komponenter som behövs för att bygga denna krets:

1) MCP602 OpAmp (differentialförstärkare) x1

2) CD4093 IC (4 NAND Gates IC) x1

3) Motstånd: 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) Brödbräda/kretskort

7) Teleskopisk antenn (minsta krav: 6 mm diameter & 40 cm+ längd) ELLER det är bättre att använda kopparrör med de angivna måtten för bättre känslighet

8) Power DC -uttag (5,5 mm x 2,1 mm) och ljuduttag (3,5 mm)

9) Andra komponenter som tråd och lödningsdelar

Obs: Du kan enkelt hitta alla dessa komponenter på en radiohack eller online på amazon/ebay. Observera också att i tinkercad-kretsen är op-amp & Nand-portarna olika, men de fungerar också. Fortfarande, om du tycker att det är svårt att få någon komponent, meddela mig.

Steg 2: Låt oss förstå kretsarbete

Ovan hittar du kretslayoutbilden som referens.

Arbeta: I grund och botten fungerar theremin enligt principen att vi genererar två oscillerande (sinusvåg i analog) signaler från två olika oscillatorer- 1) Den ena är fixerad oscillator 2) Den andra är variabel oscillator. Och vi tar i princip skillnaden mellan dessa två frekvenssignaler för att få utsignalerna i hörbart frekvensområde (2Hz-20kHz).

* Hur mår vi?

Som du kan se är NAND -gate (U2B) -kretsen en a Fixerad oscillator och ovanstående NAND -gate -krets (U1B) är en variabel oscillatorkrets, vars totala frekvens varierar något med handrörelsen runt antennen ansluten till den! (Hur ?)

* Hur förändrar handrörelsen runt antennen oscillatorns frekvens?

Förklaring: Egentligen är antennen ansluten parallellt med C1 -kondensatorn här. Antennen fungerar som en av kondensatorplattan och vår hand fungerar som den andra sidan av kondensatorplattan (som är jordad genom vår kropp). Så i princip fullbordar vi den ytterligare (parallella) kapacitiva kretsen och lägger därmed till en övergripande kapacitans till kretsen. (Eftersom kondensatorer parallellt läggs till).

* Hur genereras svängningar med NAND Gate?

Förklaring: Inledningsvis är en av ingångarna till NAND -grinden (ta U2B till exempel) på HÖG nivå (1) och annan ingång jordas via C2 (dvs 0). Och för (1 & 0) kombination i NAND GATE får vi utdata HÖG (1).

Nu när utgången blir HÖG, sedan via återkopplingsnätverket från utgången (genom R3 & R10) får vi HÖGT värde till den tidigare jordade ingångsporten. Så här är det faktiska. Efter återkopplingssignal laddas kondensatorn C2 via R3 och efter det får vi båda ingångarna till NAND Gate på HIGH LEVEL (1 & 1), och utgången för båda HIGH logic input är LOW (0). Så nu laddas kondensatorn C2 tillbaka och igen blir ingången på NAND Gate LÅG. Därför upprepas denna cykel och vi får oscillationerna. Vi kan styra oscillatorfrekvensen genom att ändra värdet på motstånd och kondensator (C2) eftersom laddningstiden för kondensatorn varierar med olika kapacitans och följaktligen kommer oscillationsfrekvensen att variera. Så här får vi oscillator.

* Hur får vi musikalisk (hörbar) frekvens från högfrekventa signaler?

För att få hörbart frekvensområde, subtraherar vi de två frekvenssignalerna från varandra för att få lägre frekvenssignaler som ligger inom hörbart område. Här använder vi Op-amp som i differentialförstärkarsteg. I grund och botten i detta steg subtraherar den de två ingångssignalerna för att ge signalen Amplified difference (f1 - f2). Så här får vi hörbar frekvens. Fortfarande för att filtrera de oönskade signalerna använder vi LOW -passfilter för att filtrera brus.

Obs: Utsignalen vi får här är mycket svag, därför behöver vi ytterligare förstärkare för att förstärka signalen. Du kan designa din egen förstärkarkrets eller bara mata signalen från denna krets till vilken förstärkare som helst.

Hoppas, du förstod hur denna krets fungerar. Fortfarande några tvivel? Fråga gärna när som helst.

Steg 3: Design kretsen

Vänligen designa först hela kretsen på brödbräda först och kontrollera den. Sedan är det bara att designa det på kretskort med korrekt lödning.

Not 1: Detta är en högfrekvenskrets, därför är det lämpligt att hålla komponenterna så nära som möjligt.

Anmärkning2: Använd endast +5V likström (inte högre) på grund av IC -spänningsbegränsningar.

Note3: Antenn är mycket avgörande i denna krets, följ därför alla instruktioner som ges strikt.

Steg 4: Kretsarbete och programvarusimulering

Se kretssimuleringen och dess video.

Jag har lagt till Multisim Circuit File, du kan direkt köra kretsen med den och designa din egen och göra manipulationer.

Hej, jag har också lagt till Tinkercad (www.tinkercad.com/) Kretslänk också, där kan du designa din krets ELLER manipulera min krets också och utföra kretssimuleringar också. Allt gott med att lära sig och leka med det.

Tinkercad Circuit Link:

Hoppas du gillade detta. Jag ska försöka förbättra det ytterligare och lägga till dess analoga version och Microcontroller -baserad (med VCO) snart som kommer att få bättre linjärt svar på handrörelserna kring antennen. Tills dess, njut av att leka med denna theremin.

Uppdatering: Killar, jag har också designat denna andra theremin med LDR & 555