LightSound: 6 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:26

Мен 10 жасымнан бастап электроникамен айналыстым. Менің әкем, радиотехник маған дәнекерлеуішті қолдану негіздерін үйретті. Мен оған көп қарыздармын. Менің алғашқы тізбектерімнің бірі микрофонмен дыбыс күшейткіш болды, мен микрофонды терезеден іліп қойған кезде мен дауыс зорайтқыш арқылы дауысымды естуді ұнататынмын. Бір күні әкем ескі трансформатордан алып тастаған катушкамен келді де: «Микрофоныңның орнына мынаны қосыңыз», - деді. Мен мұны жасадым және бұл менің өмірімдегі ең керемет сәттердің бірі болды. Кенеттен мен оғаш ызылдаған дыбыстарды, ысқырықты шуды, өткір электронды ызылдауды және адамның бұрмаланған дауыстарына ұқсас дыбыстарды естідім. Бұл менің құлағымның алдында жатқан жасырын әлемде сүңгу сияқты болды, мен оны осы уақытқа дейін тани алмадым. Техникалық тұрғыда сиқырлы ештеңе болған жоқ. Катушка барлық тұрмыстық құрылғылардан, тоңазытқыштардан, кір жуғыш машиналардан, электр бұрғыларынан, теледидарлардан, радиостанциялардан, көше жарығынан шығатын электромагниттік шуды алады. Бірақ тәжірибе мен үшін маңызды болды. Айналамда мен түсіне алмайтын нәрсе болды, бірақ мен электронды-мамбо-джамбоға кірдім!

Бірнеше жылдан кейін мен бұл туралы қайтадан ойладым және ойыма бір идея келді. Егер мен фототранзисторды күшейткішке қоссам не болады? Мен сондай -ақ менің көздерім тануға жалқау болған тербелістерді естимін бе? Мен мұны жасадым және тағы да тәжірибе керемет болды! Адамның көзі - өте күрделі орган. Бұл біздің барлық мүшелеріміздің ең үлкен ақпарат өткізу қабілетін қамтамасыз етеді, бірақ бұл кейбір шығындармен келеді. Өзгерістерді қабылдау мүмкіндігі өте шектеулі. Егер визуалды ақпарат секундына 11 реттен көп өзгерсе, заттар бұлыңғыр бола бастайды. Біз кинотеатрда немесе теледидарда кино көре алатындығымыздың себебі. Біздің көздер енді өзгерістерді қадағалай алмайды және сол фотолардың бәрі бір қозғалысқа ериді. Бірақ егер біз жарықты дыбысқа айналдырсақ, онда бұл тербелістерді секундына бірнеше мың тербеліске дейін қабылдай алатын құлақ бар!

Мен смартфонды жарық қабылдағышқа айналдыру үшін кішкене электрониканы ойлап таптым, бұл маған сол дыбыстарды жазуға мүмкіндік берді. Электрондық құрал өте қарапайым болғандықтан, мен сізге осы мысалда электронды дизайн негіздерін көрсеткім келеді. Сондықтан біз транзисторларға, резисторларға және конденсаторларға терең енеміз. Бірақ алаңдамаңыз, мен қарапайым математиканы сақтаймын!

1 -қадам: Электрондық 1 -бөлім: Транзистор дегеніміз не?

Енді міне биполярлы транзисторларға сіздің кірлемейтін кіріңіз. Олардың екі түрлі түрі бар. Біреуі NPN деп аталады, оны суреттен көруге болады. Басқа түрі - PNP және біз бұл туралы бұл жерде айтпаймыз. Айырмашылық тек ток пен кернеудің полярлығына байланысты, әрі қызығушылық тудырмайды.

NPN-транзистор-бұл ток күшейтетін электронды компонент. Негізінде сізде үш терминал бар. Біреуі үнемі жерге тұйықталған. Біздің суретте ол «Эмиттер» деп аталады. Содан кейін сізде «негіз» бар, ол сол жақта және «Коллекторда» жоғарғы. Негізгі IB -ге түсетін кез келген ток күшейткіш ток коллектор IC арқылы өзгеріп, эмитент арқылы жерге қайта өтеді. Ток UB сыртқы кернеу көзінен алынуы керек. Күшейтілген ток IC мен базалық токтың қатынасы IC/IB = B. В тұрақты ток күші деп аталады. Бұл температураға және сіздің тізбектегі транзисторды қалай орнатуға байланысты. Сонымен қатар, ол қатаң өндірістік төзімділікке бейім, сондықтан бекітілген мәндермен есептеудің мағынасы жоқ. Әрқашан есіңізде болсын, ағымдағы пайда көп таралуы мүмкін. B -ден басқа «бета» деп аталатын тағы бір мән бар. Wile B тұрақты сигналдың күшеюін сипаттайды, бета айнымалы ток сигналдары үшін де солай етеді. Әдетте В және бета айырмашылығы жоқ.

Кіріс токымен бірге транзистордың кіріс кернеуі де бар. Кернеудің шектеулері өте тар. Қалыпты қосымшаларда ол 0,62В..0,7В арасындағы ауданда қозғалады. Кернеуді базаға мәжбүрлеу коллекторлық токтың күрт өзгеруіне әкеледі, себебі бұл тәуелділік экспоненциалды қисықпен жүреді.

2 -қадам: Электрондық 2 -бөлім: Күшейткіштің бірінші сатысын жобалау

Енді біз жолдамыз. Модульденген жарықты дыбысқа айналдыру үшін бізге фототранзистор қажет. Фототранзистор алдыңғы қадамдағы NPN транзисторына өте ұқсас. Бірақ ол коллекторлық токты тек негізгі токты басқару арқылы ғана өзгерте алмайды. Сонымен қатар коллекторлық ток жарыққа байланысты. Көп жарық-көп ток, жарық аз ток. Бұл оңай.

Қуат көзін анықтау

Мен аппараттық құралдарды жобалап жатқанда, мен бірінші кезекте электрмен жабдықтау туралы шешім қабылдауым керек, себебі бұл сіздің тізбегіңіздегі БӘРІНЕ әсер етеді. 1, 5В аккумуляторды пайдалану жаман идея болар еді, өйткені сіз 1 -қадамда білдіңіз, транзистордың UBE шамасы 0, 65В шамасында, сондықтан 1, 5В дейін жарты жолда. Біз көбірек резерв беруіміз керек. Маған 9В батареялары ұнайды. Олар арзан және оңай өңделеді және көп орын алмайды. Ендеше 9В кернеуімен жүрейік. UB = 9В

Коллекторлық токты анықтау

Бұл да маңызды және бәріне әсер етеді. Бұл өте аз болмауы керек, себебі транзистор тұрақсыз болады және сигнал шуы жоғарылайды. Ол тым жоғары болмауы керек, себебі транзисторда үнемі ток пен кернеу болады, демек ол жылуға айналатын қуатты тұтынады. Тым көп ток батареяларды ағызады және жылу әсерінен транзисторды өлтіруі мүмкін. Қолданбаларымда мен коллектор тогын әрқашан 1… 5мА аралығында ұстаймын. Біздің жағдайда 2mA барайық. IC = 2мА.

Қуат көзін тазалаңыз

Егер сіз күшейткіш сатыларын жобалап отырсаңыз, тұрақты ток көзін таза ұстаған дұрыс. Қуат көзі батареяны қолдансаңыз да, шу мен шуылдың көзі болып табылады. Бұл, әдетте, сізде барлық жеткілікті қуатты дыбыстар үшін антенна ретінде жұмыс істей алатын жеткізу рельсіне қосылған ақылға қонымды кабельдік ұзындықтар бар. Әдетте мен қоректену тогын кішкене резистор арқылы жіберемін және соңында поляризацияланған майлы конденсаторды беремін. Ол жерге қарсы барлық сигналдарды қысқартады. Суретте резистор - R1, конденсатор - С1. Біз резисторды кіші ұстауымыз керек, себебі кернеудің төмендеуі оның шығуын шектейді. Енді мен өз тәжірибемді айта аламын және егер сіз 9В қуат көзімен жұмыс жасасаңыз, 1В кернеудің төмендеуіне жол беріледі. UF = 1В.

Енді біз өз ойымызды аздап болжауымыз керек. Кейінірек сіз екінші транзисторлық кезеңді қосатындығыңызды көресіз, сонымен қатар оның ағымдағы тазалығын қамтамасыз ету қажет. Осылайша R1 арқылы өтетін ток мөлшері екі есе артады. R1 кернеуінің төмендеуі R1 = UF/(2xIC) = 1V/4mA = 250 Ом. Сіз қалаған резисторды ешқашан ала алмайсыз, себебі олар белгілі бір уақыт аралығында шығарылады. Біздің мәнімізге ең жақын - 270 Ом, біз онымен жақсы боламыз. R1 = 270 Ом.

Содан кейін біз C1 = 220uF таңдаймыз. Бұл 1/(2*PI*R1*C1) = 2, 7Гц бұрыштық жиілікті береді. Бұл туралы көп ойламаңыз. Бұрыштық жиілік-сүзгі ac сигналдарын басуды бастайтын жиілік. 2, 7 Гц -ге дейін бәрі азды -көпті өшіріледі. 2, 7 Гц -тен асатын сигналдар көбірек басылады. Бірінші ретті төменгі өту сүзгісінің әлсіреуі A = 1/(2*PI*f*R1*C1) арқылы сипатталады. Кедергі бойынша біздің ең жақын жауымыз - 50 Гц электр желісі. Келіңіздер, f = 50 қолданайық, біз A = 0, 053 аламыз. Бұл шудың 5, 3% ғана сүзгіден өтеді деген сөз. Біздің қажеттіліктерімізге жеткілікті болуы керек.

Коллектордағы кернеудің өзгеруін анықтау

Қиғаштық - бұл транзисторды жұмыс істемей тұрған кезде қосатын нүкте. Бұл күшейту үшін кіріс сигналы болмаған кезде оның токтары мен кернеулерін көрсетеді. Бұл ауытқудың таза сипаттамасы негізгі болып табылады, себебі, мысалы, коллектордағы кернеудің ауытқуы транзистор жұмыс істеп тұрған кезде сигнал айналатын нүктені көрсетеді. Бұл нүктені қате қою шығыс бұрылысы жерге немесе қуат көзіне тиген кезде бұрмаланған сигналға әкеледі. Бұл транзистор жеңе алмайтын абсолютті шектер! Әдетте, UB/2 кезінде UB/2 арасындағы шығыс кернеуінің арасын ортаға қою жақсы. Бірақ қандай да бір себептермен сіз түсінесіз, мен оны сәл төмендеткім келеді. Біріншіден, бізге үлкен бұрылыс қажет емес, себебі күшейтуден кейін де біздің сигнал милливольт диапазонында болады. Екіншіден, төмен көруге болатын транзистордың келесі кезеңі жақсы болады. Ендеше, біз 3В -қа бейтараптықты енгізейік. UA = 3В.

Коллекторлық резисторды есептеңіз

Енді біз қалған компоненттерді есептей аламыз. Сіз коллекторлық ток R2 арқылы өтетінін көресіз, біз UB кернеуінің төмендеуін аламыз. UA = UB-UF-IC*R1 болғандықтан, біз R1 шығарып, R1 = (UB-UF-UA)/IC = (9V-1V-3V)/2mA = 2, 5K аламыз. Біз қайтадан келесі норма мәнін таңдаймыз және R1 = 2, 7K Ом аламыз.

Негізгі резисторды есептеңіз

R3 есептеу үшін қарапайым теңдеуді шығаруға болады. R3 кернеуі UA-UBE. Енді біз негізгі токты білуіміз керек. Мен сізге B = IC/IB тұрақты ток күшін айттым, сондықтан IB = IC/B, бірақ В мәні қандай? Өкінішке орай, мен артық пакеттен фототранзисторды қолдандым және компоненттерде тиісті таңба жоқ. Сондықтан біз өз қиялымызды пайдалануымыз керек. Фототранзисторларда соншалықты күшейту жоқ. Олар жылдамдыққа арналған. Қалыпты транзистордың тұрақты ток күші 800-ге жетсе, фототранзистордың В коэффициенті 200..400 аралығында болуы мүмкін. Сонымен, B = 300 -ге барайық. R3 = (UA-UBE)/IB = B*(UA-UBE)/IC = 352K Ом. Бұл шамамен 360 км Ом. Өкінішке орай, менің қорапта бұл мән жоқ, сондықтан мен оның орнына 240K+100K сериясын қолдандым. R3 = 340K Ом.

Сіз өзіңізден неге UB -ден емес, коллектордан негізгі токты ағызамыз деп сұрай аласыз. Осыны айтайын. Транзистордың бейімділігі - бұл нәзік нәрсе, себебі транзистор өндірістік төзімділікке, сондай -ақ температураға қатты тәуелділікке бейім. Бұл дегеніміз, егер сіз транзисторды UB -ден тікелей алшақтатсаңыз, ол жақында кетуі мүмкін. Бұл мәселені шешу үшін аппараттық дизайнерлер «теріс кері байланыс» әдісін қолданады. Біздің тізбекті тағы бір рет қараңыз. Негізгі ток коллекторлық кернеуден келеді. Енді елестетіп көріңізші, транзистор жылынып, В мәні жоғарылайды. Бұл коллекторлық ток көбірек ағып жатқанын және UA төмендегенін білдіреді. Бірақ UA -ның аз болуы сонымен қатар IB -дің аз болуын білдіреді және UA кернеуі қайтадан жоғарылайды. В төмендегенде, сіз басқа әсерге ие боласыз. Бұл РЕТТЕУ! Бұл дегеніміз, ақылды сымдар арқылы біз транзисторлық ауытқуды шектей аламыз. Келесі кезеңде сіз тағы бір теріс пікірді көресіз. Айтпақшы, теріс кері байланыс әдетте сахнаның күшеюін төмендетеді, бірақ бұл мәселені шешуге мүмкіндік бар.

3 -қадам: Электрондық 3 -бөлім: Екінші кезеңді жобалау

Мен смартфонға алдыңғы қадамдағы алдын ала күшейтілген сатыдағы жарық сигналын қолдану арқылы біраз тестілеуден өттім. Бұл жігерлендірді, бірақ мен сәл күшейту жақсы болады деп ойладым. Мен 5 фактордың қосымша күшейтуі бұл жұмысты орындауы керек деп есептедім. Міне, біз екінші кезеңмен бастаймыз! Әдетте біз екінші кезеңде транзисторды өзінің жеке көзқарасымен орнатып, оған бірінші кезеңнен бастап конденсатор арқылы алдын ала күшейтілген сигнал береміз. Есіңізде болсын, конденсаторлар тұрақты ток өткізбейді. Тек AC сигналы өтуі мүмкін. Осылайша сіз сигналды кезеңдер бойынша бағыттай аласыз және әр кезеңнің өзгеруіне әсер етпейді. Бірақ бәрін сәл қызықты етіп, кейбір компоненттерді сақтап қалуға тырысайық, себебі біз құрылғыны кішкентай және ыңғайлы ұстағымыз келеді. Біз 2 -кезеңдегі транзисторды бұрмалау үшін 1 -ші кезеңнің шығуын қолданамыз!

R5 эмитенттік резисторды есептеу

Бұл кезеңде біздің NPN-транзистор алдыңғы кезеңнен тікелей бейтараптанады. Электр схемасында UE = UBE + ICxR5 екенін көреміз. UE = UA алдыңғы кезеңнен болғандықтан, біз R5 = (UE-UBE)/IC = (3V-0.65V)/2mA = 1, 17K Ом шығара аламыз. Біз оны 1, 2К Ом жасаймыз, бұл норманың ең жақын мәні. R5 = 1, 2К Ом.

Мұнда сіз кері байланыстың басқа түрін көре аласыз. Айталық, УЕ тұрақты болып тұрғанда температураға байланысты транзистордың В мәні артады. Осылайша біз коллектор мен эмитент арқылы көбірек ток аламыз. Бірақ R5 арқылы көбірек ток R5 кернеуін білдіреді. UBE = UE - IC*R5 болғандықтан IC жоғарылауы UBE төмендеуін білдіреді, демек IC қайтадан төмендейді. Бұл жерде бізде тұрақтылықты сақтауға көмектесетін ереже бар.

R4 коллекторлық резисторды есептеу

Енді біз UA коллекторлық сигналының шығуына назар аударуымыз керек. Төменгі шегі-3В-0, 65В = 2, 35В эмиттерлік ауытқуы. Жоғарғы шегі UB-UB = 9V-1V = 8V кернеуі. Біз коллекторлық көзқарасты ортаға саламыз. UA = 2, 35V + (8V-2, 35V)/2 = 5, 2V. UA = 5, 2В. Енді R4 есептеу оңай. R4 = (UB-UF-UA)/IC = (9V-1V-5, 2V)/2mA = 1, 4K Ом. Біз оны R4 = 1, 5К Ом жасаймыз.

Күшейту туралы не деуге болады?

Сонымен, біз алғымыз келетін күшейтудің 5 факторы туралы не деуге болады? Көріп отырғаныңыздай, сатыдағы AC сигналдарының кернеуін күшейту өте қарапайым формулада сипатталған. Vu = R4/R5. Өте қарапайым, иә? Бұл эмитент резисторына теріс кері байланысы бар транзистордың күшеюі. Есіңізде болсын, мен сізге теріс кері байланыс, егер сіз оған қарсы тиісті құралдарды қолданбасаңыз, күшейтуге әсер етеді.

Егер күшейтуді R4 және R5 таңдалған мәндерімен есептесек, V = R4/R5 = 1.5K/1.2K = 1.2 аламыз. Хм, бұл 5 -тен өте алыс. Сонымен, біз не істей аламыз? Алдымен, біз R4 туралы ештеңе жасай алмайтынымызды көреміз. Ол шығыс ауытқуы мен кернеудің шектеулерімен анықталады. R5 ше? Егер біз 5 -ті күшейтетін болсақ, R5 мәнін есептейік. Бұл оңай, себебі Vu = R4/R5 бұл R5 = R4/Vu = 1.5K Ом/5 = 300 Ом дегенді білдіреді. Жақсы, бірақ егер біз тізбегімізге 1.2К орнына 300 Ом орнатсақ, біздің көзқарасымыз бұзылады. Сондықтан екеуін де кернеу кернеуі үшін 1,2К Ом және теріс кері байланыс үшін 300 Ом қою керек. Екінші суретке назар аударыңыз. Сіз 1, 2К Ом резисторын 220 Ом және 1К Ом тізбектей бөлгенімді көресіз. Сонымен қатар, мен 300 Ом резистор болмағандықтан 220 Ом таңдадым. 1K майды поляризацияланған конденсатормен де айналып өтеді. Бұл нені білдіреді? Тұрақты кернеу үшін теріс кері байланыс 1, 2К Омды «көреді» дегенді білдіреді, себебі тұрақты ток конденсатордан өтпеуі мүмкін, сондықтан C3 кернеуінің кернеуі жоқ! Екінші жағынан, AC сигналы 220 Ом-ды «көреді», себебі R6-дегі әрбір кернеудің төмендеуі жерге тұйықталған. Кернеудің төмендеуі жоқ, кері байланыс жоқ. Теріс кері байланыс үшін тек 220 Ом қалады. Өте ақылды, иә?

Бұл дұрыс жұмыс істеу үшін C3 таңдау керек, осылайша оның кедергісі R3 -тен әлдеқайда төмен. Жақсы мән R3 -тен 10% құрайды, бұл мүмкін болатын ең төменгі жұмыс жиілігі. Біздің ең төменгі жиілік - 30 Гц. Конденсатордың кедергісі Xc = 1/(2*PI*f*C3). Егер біз C3 шығарып, R3 жиілігі мен мәнін қойсақ, C3 = 1/(2*PI*f*R3/10) = 53uF аламыз. Ең жақын норма мәніне сәйкес келу үшін оны C3 = 47uF етейік.

Енді соңғы суреттегі аяқталған схеманы қараңыз. Біз аяқтадық!

4 -қадам: Механика жасау 1 -бөлім: Материалдар тізімі

Мен құрылғыны жасау үшін келесі компоненттерді қолдандым:

• Барлық электрондық компоненттер схемадан
• 9В батареяларға арналған бекітілген бөлімі бар 80 x 60 x 22 мм стандартты пластикалық корпус
• 9В батарея аккумуляторы
• 3,5 мм ұясы бар 1м 4польды аудио кабель
• 3 пол. стерео розетка 3,5 мм
• қосқыш
• перформанның бір бөлігі
• 9В батарея
• дәнекерлеу
• 2 мм мыс сым 0, 25 мм оқшауланған кернеулі сым

Келесі құралдарды қолдану керек:

• Пісіру темірі
• Электр бұрғы
• Сандық мультиметр
• дөңгелек шөміш

5 -қадам: Механика жасау: 2 -бөлім

Коммутаторды және 3,5 мм розеткаға қойыңыз

Корпустың екі бөлігінде (жоғарғы және төменгі) екі жартылай тесікке салу үшін сырғуды қолданыңыз. Тесікті сөндіргішке сәйкес келетін етіп жасаңыз. Енді 3,5 мм розеткамен дәл осылай жасаңыз. Розетка құлаққаптарды жалғау үшін қолданылады. Дыбыс 4полдан шығады. ұя 3,5 мм розеткаға бағытталады.

Кабель мен фототранзистор үшін тесіктер жасаңыз

Алдыңғы жағында 3 мм тесік бұрғылаңыз және фототранзисторды супер желіммен бекітіңіз, сонда оның терминалдары тесіктен өтеді. Бір жағынан диаметрі 2 мм болатын тағы бір тесік бұрғылаңыз. Ол арқылы 4 мм ұясы бар аудио кабель өтеді.

Электронды дәнекерлеңіз

Енді электронды компоненттерді тақтаға дәнекерлеп, оны схемада көрсетілгендей аудио кабель мен 3,5 мм ұяға жалғаңыз. Бағыттау үшін ұяшықтардағы сигналды түйіндерді көрсететін суреттерді қараңыз. DMM -ді қолданыңыз, оны анықтау үшін ұяшықтан қандай сигнал шығатынын біліңіз.

Барлығы аяқталғаннан кейін құрылғыны қосыңыз және транзисторлардағы кернеудің есептелген диапазонда көп немесе аз екенін тексеріңіз. Егер жоқ болса, күшейткіштің бірінші сатысында R3 реттеуге тырысыңыз. Бұл транзисторлардың кең таралған толеранттылығына байланысты мәселе болуы мүмкін, оның мәнін өзгертуге тура келуі мүмкін.

6 -қадам: тестілеу

Мен бірнеше жыл бұрын осы түрдегі неғұрлым күрделі құрылғыны жасадым (бейнені қараңыз). Осы уақыттан бастап мен сізге көрсеткім келетін көптеген дыбыс үлгілерін жинадым. Мен олардың көпшілігін машинада жүргенде жинадым және фототранзисторды әйнегімнің артына қойдым.

• «Bus_Anzeige_2.mp3» Бұл өтіп бара жатқан автобустағы сыртқы жарықдиодты дисплейдің дыбысы
• «Fahrzeug mit Blinker.mp3» Көліктің жыпылықтауы
• «LED_Scheinwerfer.mp3» Көліктің фарасы
• «Neonreklame.mp3» неонды шамдар
• «Schwebung.mp3» Автокөліктің екі фарасының кедергісі
• «Sound_Flourescent_Lamp.mp3» CFL дыбысы
• «Sound_oscilloscope.mp3» Әр түрлі уақыт параметрлері бар менің осциллограф экранының дыбысы
• «Sound-PC Monitor.mp3» Менің ДК-мониторымның дыбысы
• «Strassenlampen_Sequenz.mp3» Көше шамдары
• «Was_ist_das_1.mp3» Мен бөтен жерге ұқсас әлсіз және біртүрлі дыбыспен көлігімді аралап келе жатырмын.

Мен сіздің аппетитіңізді жоя аламын деп үміттенемін, енді сіз жарық сәулелерінің жаңа әлемін өз бетіңізше зерттейсіз!