Una caja de resonancia de bolsillo: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Este dispositivo no solo cabe en un bolsillo sino que también produce varios tonos musicales similares a los de una gaita (en mi opinión) mediante varias combinaciones de seis pulsadores. Obviamente, es solo un artilugio para divertir a los niños; sin embargo, su principio de funcionamiento podría usarse (espero) en artefactos de música electrónica más serios.

Paso 1: descripción del circuito

Oscilador controlado por voltaje (VCO)

El oscilador está construido con un IC LM331 (una hoja de datos disponible aquí: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm331.pdf), un convertidor de voltaje a frecuencia con una proporción exactamente lineal entre el voltaje de entrada (Vin) y la frecuencia de pulsos en la salida (Fout). Un transistor interno en la salida del IC (pin 3) se abre con la frecuencia que es una función lineal del voltaje de entrada. La tensión de alimentación Vs se conecta al pin3 a través de la resistencia R20; como resultado, aparece un tren de pulsos en la salida. Estos pulsos abren periódicamente el transistor externo Q1 que impulsa al altavoz produciendo así un sonido. El voltaje de entrada proviene de un sumador de voltaje que puede proporcionar diferentes voltajes mediante diferentes combinaciones de sus botones. Tanto el oscilador como el sumador se energizan con una batería de 9 voltios.

Sumador de voltaje (VA)

El sumador de voltaje pasivo consta de 6 divisores de voltaje, cada uno de los cuales está compuesto por un potenciómetro de ajuste, una resistencia y un diodo. Cuando se presiona un botón, el voltaje Vs de la batería se aplica al divisor de voltaje correspondiente. El voltaje de salida de un divisor corresponde a una frecuencia específica generada por el VCO. Siendo la frecuencia de las oscilaciones directamente proporcional al voltaje de entrada del IC, cada divisor produce un voltaje que es un 6% más alto que el voltaje producido por el divisor anterior. La razón es que las frecuencias de dos notas consecutivas difieren en un 6%; así, seis divisores producen voltajes correspondientes a seis notas diferentes. La resistencia convierte el voltaje en corriente que se puede agregar a las corrientes de otros divisores cuando se presionan varios botones. El diodo no permite que la corriente de un divisor fluya hacia otros divisores, la corriente solo puede fluir hacia la resistencia sumadora R13; por tanto, todos los divisores son independientes entre sí. Puede leer más sobre los sumadores de voltaje pasivos aquí:

Sumador de voltaje pasivo

en.wikibooks.org/wiki/Circuit_Idea/Parallel_Voltage_Summer

en.wikibooks.org/wiki/Circuit_Idea/Simple_Op-amp_Summer_Design#Passive_summer

Mezcladores de audio

sound.whsites.net/articles/audio-mixing.htm

Paso 2: ajuste de voltajes

Así es como procedí a establecer los voltajes necesarios:

1) Conecte un voltímetro entre tierra y Vin.

2) Presione todos los botones de VA, lea el voltímetro. En mi caso leyó 1,10 voltios. Ese es el voltaje máximo disponible en la salida del VA. El diseño de los PB se muestra en la imagen de arriba.

3) Tome el voltaje producido por el 1er divisor (pulsador 1) como "V1". Dado que cada voltaje es un 6% mayor que el anterior, componga una ecuación:

V1 + 1.06xV1 + (1.06 ^ 2) xV1 + (1.06 ^ 3) xV1 + (1.06 ^ 4) xV1 + (1.06 ^ 5) xV1 = 1.10

Resolviendo esto para 'V1' da V1 = 0.158V

Por lo tanto, los voltajes en los otros divisores son: V2 = 0.167V, V3 = 0.177V, V4 = 0.187V, V5 = 0.199V, V6 = 0.211V. Redoné estos valores al segundo decimal: V1 = 0.16V, V2 = 0.17V, V3 = 0.18V, V4 = 0.19V, V5 = 0.20V, V6 = 0.21V.

Ajuste los trimmers correspondientes para obtener estos valores. Si la frecuencia de salida del VCO no corresponde a una nota específica, ajuste el trimmer R19 del VCO (¡sin tocar los trimmers del VA!) Hasta que se genere una nota específica. R19 permite ajustar la frecuencia de salida del VCO sin cierto rango sin cambiar Vin. Puede comprobar las frecuencias de las notas con un medidor de frecuencia o sintonizar una nota con un sintonizador de sonido (por ejemplo, Garage Band tiene esta función en la sección "grabación de voz").

Según mi cálculo, el VA puede generar 34 voltajes independientes; solo seis de ellos coinciden con notas exactas, las combinaciones de los botones pulsadores dan tonos que están alrededor de notas exactas dentro de +/- 30 centavos (un centavo es 1/100 de un semitono).

Aquí encontrará una tabla con notas y sus respectivas frecuencias:

web.archive.org/web/20081219095621/https://www.adamsatoms.com/notes/

Paso 3: lista de materiales

Sumador de voltaje

SW1… SW6 - pulsadores

R1, R3, R5, R7, R9, R11 - recortadores 5K

R2, R4, R6, R8, R10, R12 - 1K

R13 - 330 ohmios

D1… D6 - IN4001

Oscilador controlado por voltaje

IC 1 - LM331

Q1 - 2N3904

R14, R16 - 100K

R15 - 47 ohmios

R17 - 6.8K

R18 - 12K

R19 - recortadora 10K

R20 - 10K

R21 - 1K

C1 - 0,1, cerámica

C2 - 1.0, mylar

C3 - 0.01, cerámica

LS1 - altavoz pequeño con impedancia de 150 ohmios

SW1 - interruptor

Zócalo para IC

Batería 9V

Nota: la potencia nominal de todas las resistencias es 0,125 W, precisión (todas excepto R15, R17, R18) - 5%, precisión de R15, R17, R18 - 1%. También sería deseable utilizar recortadores de varias vueltas de alta precisión para un ajuste más exacto.

Paso 4: Instrumentos y herramientas

Necesitaba un cuchillo x-acto para hacer la placa de circuito, luego un soldador con soldadura y un cortador de alambre para construir el circuito en sí. Se necesita un destornillador fino para ajustar los recortadores para establecer los voltajes necesarios en los divisores. Se necesita un multímetro para monitorear los voltajes ajustados y verificar el circuito en general.

Puede observar las notas a las que sintoniza el circuito con un sintonizador de sonido, como uno integrado en Garage Band. También puede usar un osciloscopio virtual como Academo (https://academo.org/demos/virtual-oscilloscope/) para ver las oscilaciones. Adjunto una captura de pantalla de este osciloscopio que muestra la forma de las oscilaciones generadas por mi dispositivo.

Paso 5: Caja y placa de circuito

Usé una caja disponible hecha de plástico transparente y de tamaño 125 x 65 x 28 mm. Lo pinté de blanco por dentro e hice otras modificaciones necesarias para alojar la parte electrónica de mi dispositivo. Eres libre de seguir tu propio camino para hacer este recinto. En cuanto a la placa de circuito, la hice de textolita de vidrio revestido de cobre cortando almohadillas cuadradas en la lámina y soldando componentes a estas almohadillas. Encuentro este método más conveniente que hacer un PCB cuando se trata de una sola pieza.