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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Caixa de música em células solares. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa Que força é capaz de pacificar uma fera furiosa? Bem, claro, música! E não há nada mais encantador e reconfortante do que os sons maravilhosos de uma melodia que sai de uma caixa de música. Durante séculos, estas melodias encantaram homens, mulheres e crianças - todos sem exceção. A caixa de música em questão é alimentada por células solares. poder do sol A energia solar não é a única característica exclusiva desta caixa de música. Ao contrário dos seus antecessores, esta caixa de música não contém partes móveis e é alimentada inteiramente por células de silício. As caixas de música com células solares do passado eram apenas uma versão melhorada de suas antigas contrapartes mecânicas. Em vez de uma mola tradicional de fábrica, eles usaram um motor elétrico para girar o tambor musical, que por sua vez era alimentado por uma bateria solar. Em nossa versão deste brinquedo clássico, o acionamento mecânico é substituído por um microcircuito (chip) de silício. Dentro deste chip estão armazenadas todas as notas e intervalos musicais necessários para tocar uma melodia. Quando a energia é fornecida ao circuito por células solares, as notas são recuperadas da memória do chip e tocadas por um alto-falante. Diagrama esquemático Nosso brinquedo usa um circuito integrado 7920 fabricado pela Suwa Seikosha (disponível na Epson America, Inc., Torrance, CA). O chip pode tocar uma melodia a partir de 64 notas armazenadas em sua memória. Isto é quase quatro vezes mais do que o número de notas numa caixa mecânica normal. O chip também possui um oscilador interno que extrai notas na sequência necessária. Os únicos componentes externos da caixa são o circuito RC que define o tom e o amplificador de potência. O circuito completo da caixa de música eletrônica é mostrado na Fig. 1.
O tom é definido pelo capacitor C1 e pelo resistor R1. Esses dois elementos determinam a frequência do oscilador interno, que determina não apenas a altura dos sons, mas também o andamento da melodia. Infelizmente, a tonalidade e o andamento da performance em nossa caixa estão interligados, e mudar um deles causa uma mudança no outro. Você pode experimentar diferentes tonalidades e tempos alterando o valor do resistor R1. Um amplificador de potência simples com dois transistores Q1 e Q2 é usado como estágio de saída. O sinal de saída do microcircuito através do resistor R2 controla a corrente de base do transistor Q1. Do coletor deste transistor, o sinal amplificado vai para a base do transistor Q2, cuja corrente de coletor alimenta um alto-falante de 8 ohms. Você provavelmente ficou surpreso com a inclusão incomum dos transistores Q1 e Q2 no estágio de saída. É utilizado devido à baixa tensão de alimentação do circuito. O fato é que o chip 7920 foi projetado para uma tensão de alimentação de 1,5 V, que pode ser facilmente obtida em células solares. Mas para a maioria dos circuitos de transistores, esta tensão é geralmente inaceitável. Para obter alto ganho, você pode conectar transistores usando um circuito Darlington, conforme mostrado na Fig. 2. Porém, é fácil notar que as junções emissoras dos dois transistores estão conectadas em série.
Do básico da eletrônica de rádio, sabe-se que a queda de tensão em um diodo de silício polarizado na direção direta, ou seja, a junção base-emissor em um transistor, é de 0,7 V. A queda de tensão em duas junções de emissor já será de 1,4 V. Em outras palavras, para operar um circuito de dois desses transistores, será necessária uma tensão de polarização de pelo menos 1,4 V. Com tal polarização, o ganho do sinal será extremamente pequeno se a cascata for alimentada por uma fonte de 1,5 V. Esta tensão de alimentação simplesmente não é suficiente. Para o funcionamento normal do nosso estágio amplificador, é necessário fornecer uma alimentação de pelo menos 2 V, e melhor ainda, 3 V. Conectando os transistores conforme mostrado na Fig. 1, resolvemos completamente o problema do deslocamento de base. Ao isolar as duas junções emissoras neste circuito, usamos a corrente de coletor do transistor Q1 para operar. Ao alimentar tal estágio a partir de uma fonte de tensão de 1,5 V, a oscilação necessária do sinal de entrada pode ser superior a 0,7 V. A fonte de energia da célula solar para este produto caseiro é uma das mais simples dentre as descritas neste livro. Inclui três células solares conectadas em série. Esta não é uma bateria solar pronta, mas simplesmente três elementos quaisquer. Mas não se apresse. Antes de começar a soldar e conectar os primeiros elementos que tiver em mãos, você deve primeiro estabelecer alguns fatos relacionados ao circuito. Em média, a energia consumida por uma caixa de música é muito pequena. O consumo médio de corrente é de cerca de 30 mA. No entanto, no início da reprodução da nota, são observados picos de corrente significativos. Nestes momentos, o consumo de corrente às vezes chega a 90 mA. Isso afeta o funcionamento das células solares e cria um efeito musical interessante. Consideremos primeiro o fenômeno em si e depois o efeito a que ele conduz. Uma característica de todos os sons reproduzidos por instrumentos musicais é uma mudança na amplitude durante o som. Puxe para trás e abaixe uma corda da guitarra ou aperte uma tecla do piano. Observe o ataque agudo do som que você ouve inicialmente, que depois se transforma em uma oscilação amortecida, que os músicos chamam de estado estacionário. Esse é o ponto principal. No primeiro momento em que uma nota começa a soar, um pico de energia muito agudo é criado. Imitando instrumentos reais, o 7920 gera esse som eletronicamente. O resultado é um curto surto de corrente que, entrando no estágio final, leva o transistor Q2 quase à saturação. Isto significa que, durante um curto período de tempo, toda a corrente das células solares flui através do resistor de carga de 8 ohms. Mas durante esse curto período de tempo, o ponto operacional na característica corrente-tensão da célula solar muda. Como resultado, não é a quantidade de corrente produzida pelas células solares que muda (uma vez que a corrente é autolimitada), mas sim a tensão de saída. Por um curto período, a saída do gerador solar parece estar em curto-circuito e sua tensão de saída muda de acordo. Bem, agora deixe-me dizer que o gerador de clock no chip 7920 é pouco sensível às mudanças de tensão. Portanto, uma queda na tensão no início de uma nota causará uma diminuição de curto prazo na frequência do som. Para combater este fenómeno, foram tomadas as seguintes medidas. Em primeiro lugar, o tamanho das células solares foi aumentado. Ao usar elementos que são obviamente maiores (do que o necessário) em tamanho, é possível reduzir o efeito da modulação sonora, mas os picos de tensão (embora não tão significativos) ainda permanecerão. E ainda assim alguns problemas são causados pela inconstância da carga das células solares, cujo valor varia praticamente do infinito (na ausência de som) até algum valor pequeno (ao tocar uma nota). Na verdade, a mudança total de tensão é de cerca de 0,5 V ou mais no total. Em segundo lugar, para suavizar essas pequenas flutuações, você pode instalar o capacitor C2 em paralelo com o painel solar. No momento em que o circuito necessita de uma grande corrente, o capacitor C2, descarregando, fornece a maior parte dela. Durante a pausa entre as notas, o capacitor C2 é carregado pelas células solares. Ao utilizar essas duas soluções de circuito, é possível estabilizar mais ou menos a tensão de alimentação do microcircuito. projeto O gerador de música é colocado sobre uma placa de circuito impresso, cujo tamanho permite que todo o aparelho seja colocado em um pequeno volume, por exemplo, em uma caixa para brincos ou abotoaduras.
Ao instalar, observe que o capacitor C2 está localizado para economizar espaço não na parte superior, mas na lateral dos condutores impressos. O alto-falante, que usa um alto-falante grande de 8 ohms de um receptor de transistor, não deve ser colocado muito próximo da placa de circuito impresso. A melhor imitação do som de uma caixa de música é obtida usando uma cabeça dinâmica com difusor rígido de plástico ou metal.
Caixa de música Agora é hora de dar à caixa de música a aparência adequada. Pense nisso e certamente várias opções virão à sua mente. Uma caixa de joias, cujos tamanhos podem ser muito diversos, bem como uma caixa para moedas ou mesmo um terrário, também podem ser utilizadas como estojo. As possibilidades aqui são limitadas apenas pela sua imaginação. Tenha em mente que nossa caixa de música é praticamente indestrutível, por isso pode ser usada de diversas maneiras diferentes de seus antecessores mecânicos imperfeitos. Pessoalmente, escolhi uma caixa de joias flip top em formato de piano. Parece-me que o formato do piano corresponde muito bem à finalidade da caixa de música. Qualquer que seja o gabinete escolhido, certifique-se de que ele tenha uma parte superior aberta ou uma janela na tampa que seja clara o suficiente para acomodar células solares. Conecte as células solares em série e cole-as na parte interna da tampa. O cimento de borracha é o preferido para essa finalidade, mas qualquer outra cola transparente funcionará. Se a bateria solar estiver localizada na parte móvel da caixa (na tampa articulada), estique os fios condutores para que seu movimento seja mínimo. Neste caso, você pode usar um fio flexível. A parte eletrônica do circuito pode ser colocada em qualquer local adequado. No entanto, esta nota não se aplica ao alto-falante. Quando colocado dentro de uma caixa fechada, o difusor deve comunicar com o espaço exterior, caso contrário não ouvirá nada. Neste caso, faça vários furos passantes no corpo da caixa oposto ao alto-falante. Para testar seu novo brinquedo, coloque-o sob uma lâmpada potente ou exponha-o ao sol. E imediatamente a sala será preenchida com os sons mágicos da música. Autor: Byers T.
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Comentários sobre o artigo: Denise Obrigado pelo algoritmo de compilação da caixa de música) [acima]
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