Theremin: an Electronic Odyssey [στο 555 Timer IC] *(Tinkercad): 3 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Σε αυτό το πείραμα, έχω σχεδιάσει ένα Optical Theremin χρησιμοποιώντας ένα IC 555 Timer IC. Εδώ θα σας δείξω πώς να δημιουργείτε μουσική (κοντά σε αυτήν: P) χωρίς καν να αγγίζετε το μουσικό όργανο. Βασικά αυτό το όργανο ονομάζεται Theremin, που κατασκευάστηκε αρχικά από έναν Ρώσο επιστήμονα Léon Theremin. Το αρχικό theremin χρησιμοποίησε παρεμβολές ραδιοσυχνοτήτων που προκαλούνται από την κίνηση του χεριού του παίκτη για να αλλάξει το ύψος του οργάνου. Αυτό το οπτικό theremin εξαρτάται από την ένταση του φωτός που πέφτει σε μια φωτοαντίσταση η οποία μπορεί να ελεγχθεί με την κίνηση του χεριού του παίκτη. Θα προσπαθήσω επίσης να εξηγήσω κάθε στάδιο του κυκλώματος. Ελπίζω να σας αρέσει αυτή η πρακτική εφαρμογή των Ηλεκτρονικών που θα είχατε σπουδάσει στο κολέγιο σας.

Δεν έχετε εξαρτήματα Ηλεκτρονικής; OR Φοβάστε να παίξετε με είδη ηλεκτρονικής; Γεια, δεν χρειάζεται να ανησυχείς!

Έχω σχεδιάσει ολόκληρο αυτό το κύκλωμα ουσιαστικά στο Tinkercad (www.tinkercad.com). Δείτε το και παίξτε με τα ηλεκτρονικά, σχεδιάζοντας πραγματικά πράγματα και εκτελέστε τα (προσομοίωση).

Βήμα 1: Απαιτούνται εξαρτήματα

Ακολουθεί η λίστα με όλα τα βασικά στοιχεία που απαιτούνται για τη δημιουργία αυτού του κυκλώματος:

1) 555 IC χρονοδιακόπτη

2) Αντίσταση 10 kOhm

3) LDR (Φωτοαντίσταση)

4) Πυκνωτής 100 nF

5) Piezo (Buzzer)

6) Μπαταρία +9 V & Τροφοδοσία DC (5,5mmx2,1mm)

Πρώτα απ 'όλα, σχεδιάστε ολόκληρο το κύκλωμα στο tinkercad για να πάρετε μια ιδέα! Μπορείτε επίσης να ελέγξετε την έξοδο των βασικών κυκλωμάτων στο tinkercad. Έχω επισυνάψει το αρχείο csv που περιέχει τη λίστα όλων των στοιχείων για αναφορά.

Βήμα 2: Σχεδιασμός & Εργασία Κυκλώματος

Βασικά το 555 χρονόμετρο IC είναι ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα (τσιπ) που χρησιμοποιείται σε μια ποικιλία εφαρμογών χρονοδιακόπτη, δημιουργίας παλμών και ταλαντωτών. Το 555 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παροχή χρονικών καθυστερήσεων, ως ταλαντωτή και ως στοιχείο flip-flop.

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι εφαρμογής του 555 Timer IC, ανάλογα με τον τρόπο που το διαμορφώνουμε.

Το 555 Timer IC μπορεί να συνδεθεί είτε στη λειτουργία Monostable, δημιουργώντας έτσι ένα χρονόμετρο ακριβούς σταθερής χρονικής διάρκειας, είτε στη λειτουργία Bistable για να παράγει μια ενέργεια μεταγωγής τύπου flip-flop. Όμως, εδώ συνδέουμε το 555 IC χρονόμετρο σε κατάσταση Astable για να παράγουμε ένα πολύ σταθερό κύκλωμα ταλαντωτή 555 για τη δημιουργία εξαιρετικά ακριβών ελεύθερων κυματομορφών, των οποίων η συχνότητα εξόδου μπορεί να ρυθμιστεί μέσω εξωτερικά συνδεδεμένου κυκλώματος δεξαμενής RC που αποτελείται από δύο μόνο αντιστάσεις και ένας πυκνωτής.

Στο κύκλωμα εκτός μπορείτε να δείτε το κύκλωμα δεξαμενής RC, όπου το LDR (Light Dependent Resistor) λειτουργεί επίσης ως μέρος του κυκλώματος δεξαμενής RC μαζί με 10k Ohm Resistor & Capacitor.

ΒΑΣΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: Μετακινώντας απλά το χέρι μας πάνω από το LDR, αλλάζουμε την ποσότητα του Φωτός που πέφτει στο LDR, η οποία αλλάζει την ένταση του φωτός και συνεπώς τη συνολική αντίσταση. Περισσότερο το φως, τουλάχιστον η αντίσταση & αντίστροφα. Έτσι, αλλάζοντας την αντίσταση του LDR, αλλάζουμε τη χρονική σταθερά RC του συνολικού κυκλώματος, η οποία αλλάζει συνολικά τη Συχνότητα αυτού του κυκλώματος (τετραγωνικοί παλμοί που παράγονται από 555 χρονόμετρο IC) από τον μεταβαλλόμενο χρόνο φόρτισης και εκφόρτισης του πυκνωτή.

Πλήρης εξήγηση:

Όταν το 555 βρίσκεται σε κατάσταση αστάθειας, η έξοδος από τον πείρο 3 είναι ένα συνεχές ρεύμα παλμών (τετραγωνικά κύματα).

Ο πείρος 2 είναι ο πείρος ενεργοποίησης (χρησιμοποιείται για να ενεργοποιήσει τα εξαρτήματα του κυκλώματος), θα συνδεθεί στη γείωση μέσω ενός πυκνωτή. Η φόρτιση και η εκφόρτιση αυτού του πυκνωτή ενεργοποιεί τις ακίδες 3 και 7. Η ακίδα 3 είναι η ακίδα εξόδου. Σε αυτό το κύκλωμα εξάγει ένα σήμα τετραγωνικού κύματος. Το pin 4 είναι το pin Reset. Αυτός ο πείρος συνδέεται με τη θετική πλευρά της μπαταρίας. Ο πείρος 6 είναι ο πείρος κατωφλίου.

Ο πυκνωτής θα φορτιστεί και όταν φτάσει περίπου τα 2/3 Vcc (τάση από την μπαταρία), αυτό ανιχνεύεται από τον πείρο κατωφλίου. Αυτό θα τερματίσει το χρονικό διάστημα και θα στείλει 0 V (Volt) στον ακροδέκτη εξόδου 3 (το απενεργοποιεί). Ο πείρος 7 είναι ο πείρος απαλλαγής. Αυτός ο πείρος απενεργοποιείται επίσης από τον πείρο κατωφλίου 6. Όταν ο πείρος 7 είναι απενεργοποιημένος, κόβει την ισχύ στον πυκνωτή που προκαλεί την εκφόρτιση. Το pin 7 ελέγχει επίσης το χρονισμό. Ο πείρος 7 συνδέεται με την αντίσταση 100K ohm (LDR) και η αλλαγή της τιμής της αντίστασης 100K ohm (LDR) αλλάζει το χρονισμό του πείρου 7 και έτσι αλλάζει τη συχνότητα της εξόδου του τετραγωνικού κύματος από τον πείρο 3. Ο ακροδέκτης 8 συνδέεται με το θετική παροχή ρεύματος (Vcc).

Το τσιπ 555 βρίσκεται σε κατάσταση αστάθειας, πράγμα που σημαίνει ότι το Pin 3 στέλνει ένα συνεχές ρεύμα παλμών μεταξύ 9 βολτ και 0 βολτ (σήμα τετραγωνικού κύματος). Στο ακόλουθο κύκλωμα έχω τροποποιήσει την τυπική γεννήτρια 555 τετραγωνικών κυμάτων αντικαθιστώντας την αντίσταση 100k ohm με αντίσταση εξαρτώμενη από το φως (LDR) ή φωτοαντίσταση. Έχω προσθέσει επίσης ένα πιεζοηλεκτρικό ηχείο για τη μετατροπή των κυμάτων σε ήχο.

Έτσι παράγεται ο ήχος με χρήση 555 Timer IC & LDR. Ελπίζω να καταλάβατε τη λογική. Αν δεν καταλάβατε τη λογική της αστάθειας λειτουργίας, τότε διαβάστε λίγο για όλες τις διαφορετικές λειτουργίες της, τότε θα ήταν πιο εύκολο να το καταλάβετε. Υπάρχουν ακόμη αμφιβολίες; Μη διστάσεις να ρωτήσεις

Βήμα 3: Έξοδος και αποτέλεσμα προσομοίωσης

Παρακαλώ δείτε την προσομοίωση κυκλώματος (Έξοδος παλμογράφου) και την πραγματική λειτουργία του κυκλώματος που σχεδίασα στο ψωμί μέσω του βίντεο. Ελπίζω να σας άρεσαν οι τρομακτικοί ήχοι: P (Εκκίνηση μοτοσικλέτας).

Σημείο που πρέπει να παρατηρήσετε: Σημειώστε ότι αρχικά δεν βάζω κανένα φως πυρσού και σχεδόν το σκεπάζω με το χέρι μου για να μπλοκάρει το φως, μετά παίρνω πολύ χαμηλό ήχο συχνότητας! Ενώ το χέρι κινείται ελαφρώς προς τα πάνω, γίνεται πιο ελαφρύ και ως εκ τούτου η συχνότητα αυξάνεται ελαφρώς. Αλλά όταν έβαλα το φως Torch, τότε η συχνότητα πηδά σε πολύ υψηλότερη συχνότητα ξαφνικά λόγω μεγάλης ποσότητας φωτός !. Δείτε, πώς μπορείτε να παίξετε με αυτό για να δημιουργήσετε διαφορετικούς ήχους συχνότητας.

Σχεδιασμός κυκλωμάτων βασισμένος σε λογισμικό στο Tinkercad:

Επισκεφθείτε τον ιστότοπο, τροποποιήστε το κύκλωμα και κάντε επίσης προσομοίωση κυκλώματος.

Το άλλο μου κύκλωμα Theremin χρησιμοποιώντας NAND Logic Gates:

Ελπίζω να σας άρεσε αυτό. Θα προσπαθήσω να το βελτιώσω σύντομα προσθέτοντας πρόσθετα στοιχεία για τη βελτίωση του ηχητικού κύματος και την αύξηση του εύρους συχνοτήτων.

Μέχρι τότε, απολαύστε το παιχνίδι με τα ηλεκτρονικά χωρίς να ανησυχείτε μήπως καταστρέψετε τίποτα. Μάντεψε? Μπορείτε επίσης να λάβετε διάταξη CAD PCB του EAGLE μέσω αυτού εξάγοντάς το! Επίσης, μπορείτε ακόμη και να σχεδιάσετε μοντέλα 3D σε αυτόν τον εκπληκτικό ιστότοπο: www.tinkercad.com

ΟΛΑ ΤΑ ΚΑΛΥΤΕΡΑ: D