Dijital Theremin: Temassız Müzik Aleti: 4 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Digital Electronics ile ilgili bu deneyde, Osilatörler ve Op-amp kullanarak müzik aletine dokunmadan nasıl müzik (ona yakın:P) oluşturacağınızı göstereceğim. Temel olarak bu enstrümanın adı Theremin olup, orijinal olarak bir Rus bilim adamı Léon Theremin tarafından analog cihazlar kullanılarak yapılmıştır. Ama bunu dijital sinyal üreten IC'ler kullanarak tasarlayacağız ve daha sonra bunları müzik için analoga çevireceğiz. Devrenin her aşamasını da açıklamaya çalışacağım. Umarım üniversitenizde okuduklarınızın bu pratik uygulamasını seveceksiniz.

Bu devreyi www.tinkercad.com'da da tasarladım ve bileşenlerin simülasyonunu gerçekleştirdim. Deneyebilir ve istediğiniz gibi manipüle edebilirsiniz, çünkü orada kaybedecek hiçbir şey yok, sadece Öğrenme ve Eğlence!

Adım 1: Bileşenler

Bu devreyi oluşturmak için gereken tüm temel bileşenlerin listesi:

1) MCP602 OpAmp (Diferansiyel Amplifikatör) x1

2) CD4093 IC (4 NAND Gates IC) x1

3) Dirençler: 6x 10k, 1x 5.1k, 1x6.8k ve 1x 1.5k

4) Potansiyometre: 2x 10k Tencere

5) Kondansatörler: 2x 100pF, 1x 1nF & 1x 4.7µF Kondansatör (Elektrolitik)

6) Breadboard/PCB kartı

7) Teleskopik Anten (Minimum Req: 6mm çap & 40cm+ uzunluk) VEYA daha iyi hassasiyet için verilen boyutlarda Bakır boru kullanmak daha iyidir

8) Güç DC Jakı (5.5mmx2.1mm) ve Ses Jakı (3.5mm)

9) Tel ve lehim parçaları gibi diğer bileşenler

Not: Tüm bu bileşenleri bir Radyo kulübesinde veya Amazon/ebay'de Çevrimiçi olarak kolayca bulabilirsiniz. Ayrıca tinkercad devresinde op-amp ve Nand geçitlerinin farklı olduğunu, ancak aynı zamanda çalışacaklarını da unutmayın. Yine de herhangi bir bileşeni almakta zorluk yaşarsanız, bana bildirin.

Adım 2: Devrenin Çalışmasını Anlayalım

Yukarıda referans için devre düzeni görüntüsünü bulabilirsiniz.

Çalışma: Temel olarak, iki farklı osilatörden iki osilatör (analogda sinüs dalgası) sinyali üretme prensibi ile çalışır - 1) Biri Sabit osilatör 2) İkincisi değişken osilatör. Ve temel olarak, Sesli frekans aralığında (2Hz-20kHz) çıkış sinyallerini elde etmek için bu iki frekans sinyalinin farkını alıyoruz.

* Nasılız?

Gördüğünüz gibi, aşağıdaki NAND geçidi (U2B) devresi bir Sabit osilatördür ve yukarıdaki NAND geçidi devresi (U1B), toplam frekansı, kendisine bağlı Anten etrafındaki el hareketi ile biraz değişen bir değişken osilatör devresidir! (Nasıl ?)

* Anten etrafındaki el hareketi osilatörün frekansını nasıl değiştirir?

Açıklama: Aslında burada Anten C1 Kondansatörüne paralel bağlanır. Anten Kondansatör plakasının biri görevi görür ve elimiz (vücudumuz üzerinden topraklanmış olan) kapasitör plakasının diğer tarafı gibi davranır. Yani temelde ek (paralel) Kapasitif devreyi tamamlıyoruz ve dolayısıyla devreye toplam kapasitans ekliyoruz. (Çünkü paralel kondansatörler eklenir).

* NAND Gate kullanılarak salınımlar nasıl oluşturulur?

Açıklama: Başlangıçta, NAND geçidinin girişlerinden biri (örneğin U2B'yi alın) YÜKSEK düzeyde (1) ve diğer giriş C2 (yani 0) üzerinden topraklanmıştır. Ve NAND GATE'deki (1 & 0) kombinasyonu için YÜKSEK (1) çıktı alıyoruz.

Şimdi çıkış YÜKSEK olduğunda, çıkıştan (R3 & R10 aracılığıyla) geri besleme ağı aracılığıyla önceden topraklanmış giriş portuna YÜKSEK değer alırız. Yani işin aslı burada. Geri besleme sinyalinden sonra, Kapasitör C2 R3 üzerinden şarj olur ve bundan sonra NAND Gate'in her iki girişini de YÜKSEK SEVİYE (1 & 1)'de alıyoruz ve her iki YÜKSEK mantık girişi için çıkış DÜŞÜK (0). Böylece, Şimdi Kapasitör C2 tekrar deşarj olur ve NAND Gate girişlerinden biri DÜŞÜK olur. Dolayısıyla bu döngü tekrar eder ve Salınımları elde ederiz. Osilatör frekansını direnç ve Kapasitör (C2) değerini değiştirerek kontrol edebiliriz, çünkü kapasitörün şarj süresi farklı kapasitans ile değişecek ve dolayısıyla salınım frekansı değişecektir. Bu şekilde osilatör elde ediyoruz.

* Yüksek frekanslı sinyallerden müzikal (Sesli) frekansı nasıl elde ederiz?

İşitilebilir frekans aralığını elde etmek için, duyulabilir aralıktaki daha düşük frekanslı sinyalleri elde etmek için iki frekans sinyalini birbirinden çıkarırız. Burada Op-amp'i diferansiyel yükselteç aşamasında olduğu gibi kullanıyoruz. Temel olarak bu aşamada, Yükseltilmiş fark (f1 - f2) sinyalini vermek için iki giriş sinyalini çıkarır. Bu şekilde duyulabilir frekansı elde ederiz. Yine de istenmeyen sinyalleri filtrelemek için gürültüyü filtrelemek için DÜŞÜK geçiş filtresi kullanıyoruz.

Not: Buradan elde ettiğimiz çıkış sinyali çok zayıf, dolayısıyla sinyali yükseltmek için ek Amplifikatöre ihtiyacımız var. Kendi amplifikatör devrenizi tasarlayabilir veya bu devrenin sinyalini herhangi bir amplifikatöre besleyebilirsiniz.

Umarım bu devrenin çalışmasını anlamışsınızdır. Hala şüphen var mı? İstediğiniz zaman sormaktan çekinmeyin.

Adım 3: Devreyi Tasarlayın

Lütfen önce tüm devreyi breadboard üzerinde tasarlayın ve kontrol edin. Daha sonra sadece uygun lehimleme ile PCB üzerinde tasarlayın.

Not1: Bu yüksek frekanslı bir devredir, bu nedenle bileşenlerin mümkün olduğunca yakın tutulması tavsiye edilir.

Not2: IC voltaj kısıtlamaları nedeniyle lütfen yalnızca +5V DC güç kaynağı kullanın (Daha Yüksek Değil).

Not3: Bu devrede anten çok önemlidir, bu nedenle lütfen verilen tüm talimatları kesinlikle izleyin.

Adım 4: Devre Çalışması ve Yazılım Simülasyonu

Lütfen devre simülasyonuna ve Videosuna bakın.

Multisim Devre Dosyasını ekledim, direk onu kullanarak devreyi çalıştırıp kendi tasarımınızı yapıp manipülasyonlar yapabilirsiniz.

Merhaba, Tinkercad (www.tinkercad.com/) Devre linkini de ekledim, buradan kendi devrenizi tasarlayabilir veya benim devremi de manipüle edebilir ve devre simülasyonları yapabilirsiniz. Öğrenmek ve onunla oynamakla en iyisi.

Tinkercad Devre Bağlantısı:

Umarım bunu beğenmişsinizdir. Onu daha da geliştirmeye çalışacağım ve yakında antenle ilgili el hareketi hareketlerine daha iyi doğrusal tepki verecek olan analog versiyonunu ve Mikrodenetleyici tabanlı (VCO kullanarak) ekleyeceğim. O zamana kadar, bu theremin ile oynamanın keyfini çıkarın.

Güncelleme: Beyler, bunu da LDR & 555 kullanarak başka bir Theremin tasarladım.