Theremin digital: instrumento musical sem toque: 4 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Neste experimento com Eletrônica Digital, vou mostrar como gerar música (perto disso: P) sem tocar no instrumento musical, usando Osciladores e Op-amp. Basicamente, esse instrumento é chamado de Theremin, originalmente construído com dispositivos analógicos por um cientista russo Léon Theremin. Mas vamos projetar isso usando CIs que geram sinais digitais e depois vamos convertê-los em analógicos para música. Vou tentar explicar também todas as etapas do circuito. Espero que você ame esta implementação prática do que estudou em sua faculdade.

Eu também projetei este circuito em www.tinkercad.com e executei sua simulação de componentes. Você pode experimentar e manipular como quiser, porque não há nada a perder aí, apenas Learning & Fun!

Etapa 1: Componentes

Aqui está a lista de todos os componentes essenciais necessários para construir este circuito:

1) MCP602 OpAmp (amplificador diferencial) x1

2) CD4093 IC (4 portas NAND IC) x1

3) Resistores: 6x 10k, 1x 5,1k, 1x6,8k e 1x 1,5k

4) Potenciômetro: 2x Pot 10k

5) Capacitores: 2x 100pF, 1x 1nF e 1x 4,7 µF Capacitor (eletrolítico)

6) Placa de ensaio / placa PCB

7) Antena telescópica (Req mínima: 6 mm de diâmetro e 40 cm + comprimento) OU é melhor usar tubo de cobre com as dimensões fornecidas para melhor sensibilidade

8) Entrada de alimentação DC (5,5 mm x 2,1 mm) e entrada de áudio (3,5 mm)

9) Outros componentes como fios e peças de solda

Nota: Você pode encontrar todos esses componentes facilmente em um Radio Shack ou Online no Amazon / ebay. Observe também que no circuito tinkercad, os portões op-amp e Nand são diferentes, mas também funcionarão. Mesmo assim Se você encontrar alguma dificuldade em conseguir algum componente, me avise.

Etapa 2: vamos entender o funcionamento do circuito

Acima você pode encontrar a imagem do layout do circuito para referência.

Funcionando: Basicamente, o theremin trabalha com o princípio de que geramos dois sinais oscilatórios (onda senoidal em analógico) a partir de dois osciladores diferentes - 1) Um é o oscilador fixo 2) O segundo é um oscilador variável. E basicamente pegamos a diferença desses dois sinais de frequência para obter os sinais de saída na faixa de frequência audível (2Hz-20kHz).

* Como estamos indo?

Como você pode ver, o circuito de porta NAND (U2B) abaixo é um oscilador fixo e o circuito de porta NAND acima (U1B) é um circuito oscilador variável, cuja frequência geral varia ligeiramente com o movimento da mão ao redor da antena conectada a ele! (Quão ?)

* Como o movimento da mão em torno da antena muda a frequência do oscilador?

Explicação: Na verdade, a antena está conectada em paralelo com o capacitor C1 aqui. A antena atua como uma da placa do capacitor e nossa mão atua como o outro lado da placa do capacitor (que é aterrada através do nosso corpo). Então, basicamente, estamos completando o circuito capacitivo adicional (paralelo) e, portanto, adicionando a capacitância geral ao circuito. (Porque capacitores em paralelo são adicionados).

* Como as oscilações são geradas usando o NAND Gate?

Explicação: Inicialmente, uma das entradas da porta NAND (tome U2B, por exemplo) está no nível ALTO (1) e outra entrada é aterrada através de C2 (ou seja, 0). E para a combinação (1 e 0) em NAND GATE, obtemos a saída ALTA (1).

Agora, quando a saída fica ALTA, por meio da rede de feedback da saída (por meio de R3 e R10), obtemos o valor ALTO para a porta de entrada previamente aterrada. Então, aqui está a coisa real. Após o sinal de feedback, o capacitor C2 é carregado através de R3 e, depois disso, estamos obtendo ambas as entradas da porta NAND em HIGH LEVEL (1 e 1), e a saída para ambas as entradas lógicas HIGH é LOW (0). Então, agora o Capacitor C2 descarrega para trás e novamente o da entrada da Porta NAND fica BAIXO. Portanto, este ciclo se repete e obtemos as oscilações. Podemos controlar a frequência do oscilador alterando o valor do resistor e do capacitor (C2) porque o tempo de carga do capacitor irá variar com diferentes capacitâncias e, portanto, a frequência de oscilação irá variar. É assim que estamos obtendo oscilador.

* Como obtemos frequência musical (audível) de sinais de alta frequência?

Para obter a faixa de frequência audível, subtraímos os dois sinais de frequência um do outro para obter sinais de frequência mais baixos que estão dentro da faixa audível. Aqui estamos usando Op-amp como no estágio de amplificador diferencial. Basicamente, neste estágio, ele subtrai os dois sinais de entrada para fornecer o sinal de diferença amplificada (f1 - f2). É assim que obtemos a frequência audível. Ainda para filtrar os sinais indesejados, estamos usando o filtro passa-BAIXO para filtrar o ruído.

Nota: O sinal de saída que obtemos aqui é muito fraco, portanto, precisamos de um amplificador adicional para amplificar o sinal. Você pode projetar seu próprio circuito de amplificador ou apenas alimentar o sinal deste circuito para qualquer amplificador.

Espero que você tenha entendido o funcionamento deste circuito. Ainda tem dúvidas? Sinta-se à vontade para perguntar a qualquer hora.

Etapa 3: Projete o circuito

Primeiro, projete todo o circuito na placa de ensaio primeiro e verifique-o. Em seguida, projete-o apenas em PCB com solda adequada.

Nota1: Este é um circuito de alta frequência, portanto, é aconselhável manter os componentes o mais próximos possível.

Nota 2: Por favor, use apenas fonte de alimentação + 5V DC (não superior), devido às restrições de tensão IC.

Nota3: A antena é muito importante neste circuito, portanto, siga todas as instruções fornecidas à risca.

Etapa 4: funcionamento do circuito e simulação de software

Por favor, veja a simulação do circuito e seu vídeo.

Eu adicionei o Arquivo de Circuito Multisim, você pode executar o circuito diretamente usando isso e projetar o seu próprio e fazer manipulações.

Ei, eu também adicionei o link de circuito Tinkercad (www.tinkercad.com/), lá você pode projetar seu circuito OU manipular meu circuito também e realizar simulações de circuito também. Tudo de bom em aprender e brincar com isso.

Link do circuito Tinkercad:

Espero que você tenha gostado disso. Vou tentar melhorá-lo ainda mais e adicionar sua versão analógica e baseada em microcontrolador (usando VCO) em breve, que terá uma melhor resposta linear aos movimentos do gesto da mão sobre a antena. Até então, divirta-se jogando com este theremin.

Atualização: Pessoal, eu também projetei este outro theremin usando LDR e 555