Theremin digital: Instrumento musical sin contacto: 4 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

En este experimento con electrónica digital, te mostraré cómo generar música (cerca de ella: P) sin tocar el instrumento musical, usando osciladores y amplificador operacional. Básicamente, este instrumento se llama Theremin, construido originalmente con dispositivos analógicos por un científico ruso Léon Theremin. Pero diseñaremos esto usando circuitos integrados que generan señales digitales y luego las convertiremos en analógicas para música. Intentaré explicar cada etapa del circuito también. Espero que te guste esta implementación práctica de lo que has estudiado en tu universidad.

También diseñé este circuito en www.tinkercad.com y realicé su simulación de componentes. Puedes probarlo y manipularlo como quieras, porque no hay nada que perder allí, ¡solo aprendizaje y diversión!

Paso 1: componentes

Aquí está la lista de todos los componentes esenciales necesarios para construir este circuito:

1) MCP602 OpAmp (amplificador diferencial) x1

2) CD4093 IC (4 puertas NAND IC) x1

3) Resistencias: 6 x 10k, 1x 5.1k, 1x6.8k y 1x 1.5k

4) Potenciómetro: 2x 10k Pot

5) Condensadores: 2x 100pF, 1x 1nF y 1x 4.7µF Condensador (electrolítico)

6) Placa de pruebas / placa PCB

7) Antena telescópica (Requisito mínimo: 6 mm de diámetro y más de 40 cm de longitud) O es mejor usar un tubo de cobre con las dimensiones dadas para una mejor sensibilidad

8) Conector de CC de alimentación (5,5 mm x 2,1 mm) y conector de audio (3,5 mm)

9) Otros componentes como cables y piezas de soldadura.

Nota: Puede encontrar todos estos componentes fácilmente en un Radio Shack o en línea en Amazon / eBay. También tenga en cuenta que en el circuito tinkercad, las puertas op-amp y Nand son diferentes, pero también funcionarán. Aún así, si encuentra alguna dificultad para obtener algún componente, hágamelo saber.

Paso 2: comprendamos el funcionamiento del circuito

Arriba puede encontrar la imagen del diseño del circuito como referencia.

Funcionamiento: Básicamente, theremin funciona según el principio de que generamos dos señales oscilatorias (onda sinusoidal en analógica) de dos osciladores diferentes: 1) Uno es el oscilador fijo 2) El segundo es el oscilador variable. Y básicamente tomamos la diferencia de esas dos señales de frecuencia para obtener las señales de salida en el rango de frecuencia audible (2Hz-20kHz).

* ¿Cómo estamos?

Como puede ver, debajo del circuito de puerta NAND (U2B) hay un oscilador fijo y el circuito de puerta NAND de arriba (U1B) es un circuito de oscilador variable, cuya frecuencia general varía ligeramente con el movimiento de la mano alrededor de la antena conectada a él. (Cómo ?)

* ¿Cómo cambia la frecuencia del oscilador el movimiento de la mano alrededor de la antena?

Explicación: En realidad, la antena está conectada en paralelo con el condensador C1 aquí. La antena actúa como una de las placas del condensador y nuestra mano actúa como el otro lado de la placa del condensador (que está conectada a tierra a través de nuestro cuerpo). Básicamente, estamos completando el circuito capacitivo adicional (paralelo) y, por lo tanto, agregando capacitancia general al circuito. (Porque se agregan condensadores en paralelo).

* ¿Cómo se generan las oscilaciones usando NAND Gate?

Explicación: Inicialmente, una de las entradas de la puerta NAND (tome U2B por ejemplo) está en el nivel ALTO (1) y la otra entrada está conectada a tierra a través de C2 (es decir, 0). Y para la combinación (1 & 0) en NAND GATE, obtenemos la salida HIGH (1).

Ahora, cuando la salida se pone ALTA, a través de la red de retroalimentación desde la salida (a través de R3 y R10) obtenemos un valor ALTO al puerto de entrada previamente conectado a tierra. Entonces, aquí está lo real. Después de la señal de retroalimentación, el condensador C2 se carga a través de R3 y después de eso obtenemos ambas entradas de la puerta NAND en ALTO NIVEL (1 y 1), y la salida para ambas entradas lógicas ALTA es BAJA (0). Entonces, ahora el condensador C2 se descarga una y otra vez el de la entrada de la puerta NAND se vuelve BAJO. Por lo tanto, este ciclo se repite y obtenemos las Oscilaciones. Podemos controlar la frecuencia del oscilador cambiando el valor de la resistencia y el condensador (C2) porque el tiempo de carga del condensador variará con diferente capacitancia y, por lo tanto, la frecuencia de oscilación variará. Así es como obtenemos oscilador.

* ¿Cómo obtenemos la frecuencia musical (audible) de las señales de alta frecuencia?

Para obtener un rango de frecuencia audible, restamos las dos señales de frecuencia entre sí para obtener señales de frecuencia más baja que estén dentro del rango audible. Aquí estamos usando Op-amp como en la etapa de amplificador diferencial. Básicamente, en esta etapa, resta las dos señales de entrada para dar la señal de diferencia amplificada (f1 - f2). Así es como obtenemos frecuencia audible. Aún para filtrar las señales no deseadas, estamos usando un filtro de paso BAJO para filtrar el ruido.

Nota: La señal de salida que obtenemos aquí es muy débil, por lo tanto, necesitamos un amplificador adicional para amplificar la señal. Puede diseñar su propio circuito amplificador o simplemente alimentar la señal de este circuito a cualquier amplificador.

Espero que hayas entendido el funcionamiento de este circuito. ¿Aún tienes dudas? No dude en preguntar en cualquier momento.

Paso 3: diseñe el circuito

Primero, primero diseñe todo el circuito en la placa de pruebas y compruébelo. Luego, diséñelo solo en PCB con la soldadura adecuada.

Nota 1: Este es un circuito de alta frecuencia, por lo que es recomendable mantener los componentes lo más cerca posible.

Nota 2: Utilice solo una fuente de alimentación de + 5 V CC (no superior), debido a las restricciones de voltaje de IC.

Nota 3: La antena es muy importante en este circuito, por lo tanto, siga estrictamente todas las instrucciones dadas.

Paso 4: funcionamiento del circuito y simulación de software

Vea la simulación del circuito y su video.

He agregado el archivo de circuito Multisim, puede ejecutar directamente el circuito usando eso y diseñar el suyo propio y hacer manipulaciones.

Oye, también agregué el enlace de circuito Tinkercad (www.tinkercad.com/), allí puedes diseñar tu circuito O manipular mi circuito también y realizar simulaciones de circuito también. Todo lo mejor para aprender y jugar con él.

Enlace de circuito Tinkercad:

Espero que les haya gustado esto. Intentaré mejorarlo aún más y agregar su versión analógica y basada en microcontrolador (usando VCO) pronto, que tendrá una mejor respuesta lineal a los movimientos de gestos de la mano sobre la antena. Hasta entonces, disfruta jugando con este theremin.

Actualización: chicos, también he diseñado este otro theremin usando LDR y 555