LightSound: 6 Hatua

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:53

Nilikuwa nikichunguza umeme kwa kuwa nilikuwa na umri wa miaka 10. Baba yangu, fundi wa redio alinifundisha misingi na jinsi ya kutumia chuma cha kutengeneza. Nina deni kubwa. Moja ya mizunguko yangu ya kwanza ilikuwa kipaza sauti na kipaza sauti na kwa muda nilipenda kusikia sauti yangu kupitia kipaza sauti au sauti kutoka nje wakati nilining'iniza kipaza sauti nje ya dirisha langu. Siku moja baba yangu alikuja na coil ambayo aliondoa kutoka kwa transformer ya zamani na akasema, "Unganisha hii badala ya kipaza sauti chako". Nilifanya na hii ilikuwa moja wapo ya nyakati za kushangaza maishani mwangu. Ghafla nilisikia sauti za ajabu za kelele, kelele ya kuzomea, sauti kali ya elektroniki na sauti zingine ambazo zilifanana na sauti za kibinadamu zilizopotoka. Ilikuwa kama kupiga mbizi katika ulimwengu uliofichwa ambao ulikuwa umelala mbele ya masikio yangu ambayo sikuweza kutambua hadi wakati huu. Kitaalam hakukuwa na chochote cha kichawi juu yake. Kelele ilichukua kelele ya umeme inayotokana na kila aina ya vifaa vya nyumbani, majokofu, mashine za kuosha, vifaa vya umeme, TV-Sets, redio, taa ya barabarani a.s.o. Lakini uzoefu huo ulikuwa muhimu kwangu. Kulikuwa na kitu karibu nami sikuweza kujua lakini na mumbo-jumbo ya elektroniki nilikuwa ndani!

Miaka kadhaa baadaye niliifikiria tena na wazo moja likanijia akilini. Je! Ni nini kitatokea ikiwa ningeunganisha fototransistor na kipaza sauti? Je! Ningesikia pia mitetemo ambayo macho yangu yalikuwa wavivu sana kutambua? Nilifanya na tena uzoefu ulikuwa wa kushangaza! Jicho la mwanadamu ni chombo cha kisasa sana. Inatoa bandwidth kubwa zaidi ya habari ya viungo vyetu vyote lakini hii inakuja na gharama zingine. Uwezo wa kugundua mabadiliko ni mdogo sana. Ikiwa habari ya kuona inabadilika zaidi basi mara 11 kwa sekunde mambo yanaanza kufifia. Hii ndio sababu tunaweza kutazama sinema kwenye sinema au kwenye Runinga yetu. Macho yetu hayawezi kufuata mabadiliko tena na picha hizo zote moja bado zimeyeyuka pamoja kuwa harakati moja inayoendelea. Lakini ikiwa tutabadilisha nuru kuwa sauti, masikio yetu yanaweza kugundua machafuko hayo kikamilifu hadi upunguzaji elfu kadhaa kwa sekunde!

Nilibuni elektroniki kidogo kugeuza smartphone yangu kuwa kipokea taa, ikinipa pia uwezo wa kurekodi sauti hizo. Kwa sababu elektroniki ni rahisi sana nataka kukuonyesha misingi ya muundo wa elektroniki kwenye mfano huu. Kwa hivyo tutatumbukia kwa kina ndani ya transistors, resistors na capacitors. Lakini usijali, nitaweka hesabu rahisi!

Hatua ya 1: Sehemu ya Elektroniki 1: Je! Transistor ni Nini?

Sasa hapa ni utangulizi wako wa haraka na sio chafu ndani ya transistors ya bipolar. Kuna aina mbili tofauti. Mmoja anaitwa NPN na hii ndio unaweza kuona kwenye picha. Aina nyingine ni PNP na hatutazungumza juu yake hapa. Tofauti ni suala la polarity ya sasa na ya voltage na sio ya kupendeza zaidi.

NPN-transistor ni sehemu ya elektroniki ambayo huongeza sasa. Kimsingi una vituo vitatu. Mtu daima ni msingi. Katika picha yetu inaitwa "Emitter". Kisha unayo "msingi", ambayo ni ya kushoto na "Mkusanyaji" ambayo ni ya juu. Sasa yoyote inayoingia kwenye msingi wa IB itasababisha kuongezewa kwa sasa kwa kupitia mtoza IC na kupitia mtoaji kurudi ardhini. Sasa lazima iendeshwe kutoka chanzo cha nje cha voltage UB. Uwiano wa IC iliyokuzwa sasa na msingi wa sasa IB ni IC / IB = B. B inaitwa faida ya sasa ya DC. Inategemea joto na jinsi unavyoweka transistor yako katika mzunguko wako. Kwa kuongezea ni rahisi kukabiliwa na uvumilivu mkali wa uzalishaji, kwa hivyo haileti maana sana kuhesabu na maadili ya kurekebisha. Daima kumbuka kuwa faida ya sasa inaweza kuenea sana. Mbali na B kuna thamani nyingine inayoitwa "beta". Wile B inaashiria ukuzaji wa ishara ya DC, beta hufanya vivyo hivyo kwa ishara za AC. Kawaida B na beta hazitofautiani sana.

Pamoja na pembejeo ya sasa transistor pia ina voltage ya pembejeo. Vikwazo vya voltage ni nyembamba sana. Katika matumizi ya kawaida itahamia katika eneo kati ya 0.62V..0.7V. Kulazimisha mabadiliko ya voltage kwenye msingi kutasababisha mabadiliko makubwa ya mtoza sasa kwa sababu utegemezi huu unafuata mkondo wa kielelezo.

Hatua ya 2: Sehemu ya 2 ya Elektroniki: Kubuni Hatua ya Kwanza ya Kikuzaji

Sasa tuko njiani. Ili kubadilisha nuru iliyobadilishwa kuwa sauti tunahitaji fototransistor. Fototransistor inafanana sana na NPN-transistor ya kawaida ya hatua ya awali. Lakini pia ina uwezo sio tu kubadilisha mtoza Mkusanyaji kwa kudhibiti msingi wa sasa. Kwa kuongeza mtoza sasa hutegemea nuru. Nyepesi sana-sasa, nyepesi-chini ya sasa. Ni rahisi sana.

Kubainisha usambazaji wa umeme

Ninapobuni vifaa vya kufanya kitu cha kwanza ni kutengeneza akili yangu juu ya usambazaji wa umeme kwa sababu hii inaathiri KILA KITU katika mzunguko wako. Kutumia 1, 5V betri itakuwa wazo mbaya kwa sababu, kama ulivyojifunza katika hatua ya 1 UBE ya transistor iko karibu 0, 65V na kwa hivyo tayari iko kwenye nusu ya njia hadi 1, 5V. Tunapaswa kutoa hifadhi zaidi. Ninapenda betri 9V. Ni za bei rahisi na rahisi kushughulikia na hazitumii nafasi nyingi. Basi wacha tuende na 9V. UB = 9V

Kubainisha sasa ya Mtoza

Hii pia ni muhimu na inaathiri kila kitu. Haipaswi kuwa ndogo sana kwa sababu basi transistor inakuwa thabiti na kelele ya ishara inaongezeka. Pia haipaswi kuwa juu sana kwa sababu transistor kila wakati ina sasa ya uvivu na voltage na hiyo inamaanisha hutumia nguvu ambayo imegeuzwa kuwa joto. Sasa nyingi sana hutumia betri na inaweza kuua transistor kwa sababu ya joto. Katika maombi yangu mimi huweka mtoza kati ya 1… 5mA. Kwa upande wetu wacha tuende na 2mA. IC = 2mA.

Safisha usambazaji wako wa umeme

Ikiwa unabuni hatua za kipaza sauti daima ni wazo nzuri kuweka usambazaji wa umeme wa DC safi. Ugavi wa umeme mara nyingi ni chanzo cha kelele na hum hata ikiwa unatumia betri. Hii ni kwa sababu kawaida huwa na urefu mzuri wa kebo iliyounganishwa na reli ya usambazaji ambayo inaweza kufanya kazi kama antena ya nguvu zote nyingi. Kawaida ninaelekeza usambazaji wa sasa kupitia kontena dogo na kutoa kipenyezaji chenye mafuta mwishoni. Inapunguza ishara zote za ac dhidi ya ardhi. Katika picha kontena ni R1 na capacitor ni C1. Tunapaswa kuweka kipikisho kidogo kwa sababu kushuka kwa voltage kunazalisha pato letu. Sasa naweza kutupa uzoefu wangu na kusema kuwa kushuka kwa voltage ya 1V kunavumilika ikiwa unafanya kazi na usambazaji wa umeme wa 9V. UF = 1V.

Sasa tunapaswa kutarajia mawazo yetu kidogo. Utaona baadaye tutaongeza hatua ya pili ya transistor ambayo pia inahitaji kupata usambazaji wa sasa safi. Kwa hivyo kiwango cha sasa kinachopita kupitia R1 ni mara mbili. Kushuka kwa voltage kwenye R1 ni R1 = UF / (2xIC) = 1V / 4mA = 250 Ohms. Hautawahi kupata kontena haswa unayotaka kwa sababu hutengenezwa kwa vipindi fulani vya thamani. Karibu na thamani yetu ni 270 Ohms na tutakuwa sawa na hiyo. R1 = 270 Ohms.

Kisha tunachagua C1 = 220uF. Hiyo inatoa mzunguko wa kona wa 1 / (2 * PI * R1 * C1) = 2, 7Hz. Usifikirie sana juu ya hili. Mzunguko wa kona ndio ambapo kichujio huanza kukandamiza ishara za ac. Hadi 2, 7Hz kila kitu kitapitia zaidi au chini ya kutopunguzwa. Zaidi ya 2, 7Hz ishara hupata kukandamizwa zaidi na zaidi. Upungufu wa kichungi cha chini cha agizo la kwanza huelezewa na A = 1 / (2 * PI * f * R1 * C1). Adui yetu wa karibu kwa suala la kuingiliwa ni laini ya nguvu ya 50Hz. Basi wacha tuombe f = 50 na tunapata A = 0, 053. Hiyo inamaanisha ni 5, 3% tu ya kelele itapata kichungi. Inatosha kwa mahitaji yetu.

Kubainisha upendeleo wa voltage ya ushuru

Upendeleo ni mahali ambapo unaweka transistor yako wakati iko katika hali ya uvivu. Hii inabainisha mikondo yake na voltages wakati hakuna ishara ya kuingiza ili kukuza. Ufafanuzi safi wa upendeleo huu ni wa msingi kwa sababu kwa mfano upendeleo wa voltage kwenye mtoza unataja mahali ambapo ishara itazunguka wakati transistor inafanya kazi. Kuweka nukta hii kimakosa itasababisha ishara iliyopotoka wakati swing ya pato inapiga ardhi au usambazaji wa umeme. Hizi ndio mipaka kamili ambayo transistor haiwezi kupita! Kawaida ni wazo nzuri kuweka upendeleo wa voltage katikati kati ya ardhi na UB katika UB / 2, kwa upande wetu (UB-UF) / 2 = 4V. Lakini kwa sababu fulani utaelewa baadaye nataka kuiweka chini kidogo. Kwanza hatuhitaji swing kubwa ya pato kwa sababu hata baada ya kukuza katika hatua hii ya 1 ishara yetu itakuwa katika anuwai ya millivolts. Pili, upendeleo wa chini utafanya vizuri kwa hatua ifuatayo ya transistor kama utaona. Basi wacha tuweke upendeleo kwenye 3V. UA = 3V.

Mahesabu ya mpingaji wa ushuru

Sasa tunaweza kuhesabu vifaa vyote. Utaona ikiwa mtoza sasa atapita kupitia R2 tutapata kushuka kwa voltage inayotokana na UB. Kwa sababu UA = UB-UF-IC * R1 tunaweza kutoa R1 na kupata R1 = (UB-UF-UA) / IC = (9V-1V-3V) / 2mA = 2, 5K. Tena tunachagua thamani inayofuata ya kawaida na tunachukua R1 = 2, 7K Ohm.

Mahesabu ya kupinga msingi

Kwa kuhesabu R3 tunaweza kupata equation rahisi. Voltage kote R3 ni UA-UBE. Sasa tunahitaji kujua msingi wa sasa. Nilikuambia faida ya sasa ya DC B = IC / IB, kwa hivyo IB = IC / B, lakini thamani ya B ni nini? Kwa kusikitisha nilitumia fototransistor kutoka kwa kifurushi cha ziada na hakuna alama sahihi kwenye vifaa. Kwa hivyo lazima tutumie fantasy yetu. Phototransistors hawana amplification sana. Zimeundwa zaidi kwa kasi. Wakati faida ya DC-sasa kwa transistor ya kawaida inaweza kufikia 800 sababu ya B ya fototransistor inaweza kuwa kati ya 200..400. Basi wacha tuende na B = 300. R3 = (UA-UBE) / IB = B * (UA-UBE) / IC = 352K Ohm. Hiyo iko karibu na 360K Ohm. Kwa kusikitisha sina thamani hii kwenye sanduku langu kwa hivyo nilitumia 240K + 100K mfululizo badala yake. R3 = 340K Ohm.

Unaweza kujiuliza kwa nini tunatoa sasa ya msingi kutoka kwa mtoza na sio kutoka UB. Wacha nikuambie hii. Upendeleo wa transistor ni jambo dhaifu kwa sababu transistor inakabiliwa na uvumilivu wa uzalishaji na pia utegemezi mkali kutoka kwa joto. Hiyo inamaanisha ikiwa unapendelea transistor yako moja kwa moja kutoka kwa UB huenda ikaondoka hivi karibuni. Ili kukabiliana na shida hiyo wabuni wa vifaa hutumia njia inayoitwa "maoni hasi". Angalia mzunguko wetu tena. Sasa ya msingi hutoka kwa voltage ya mtoza. Sasa fikiria transistor inakuwa ya joto na thamani yake B inainuka. Hiyo inamaanisha sasa mtoza mtiririko unapita na UA inapungua. Lakini UA ndogo pia inamaanisha IB ndogo na UA ya voltage inakua tena kidogo. Kwa kupungua kwa B una athari sawa kwa njia nyingine. HUU NI KANUNI! Hiyo inamaanisha kwa wiring yenye busara tunaweza kuweka upendeleo wa transistor katika mipaka. Utaona maoni mengine mabaya katika hatua inayofuata pia. Kwa njia, maoni hasi kawaida pia hupunguza ukuzaji wa hatua, lakini kuna njia za kumaliza shida hii.

Hatua ya 3: Sehemu ya Elektroniki ya 3: Kubuni Hatua ya Pili

Nilifanya upimaji kwa kutumia ishara ya taa kutoka kwa hatua iliyoangaziwa katika hatua ya awali kwenye smartphone yangu. Ilikuwa ya kutia moyo lakini nilifikiri kukuza kidogo zaidi kungefanya vizuri zaidi. Nilikadiria kuongeza nyongeza ya sababu 5 inapaswa kufanya kazi hiyo. Kwa hivyo hapa tunaenda na hatua ya pili! Kawaida sisi tena tungeanzisha transistor katika hatua ya pili na upendeleo wake mwenyewe na kulisha ishara iliyotangazwa kutoka hatua ya kwanza kupitia capacitor ndani yake. Kumbuka capacitors usiruhusu dc kupitia. Ishara tu ya ac inaweza kupita. Kwa njia hii unaweza kupitisha ishara kupitia hatua na upendeleo wa kila hatua hautaathiriwa. Lakini wacha tufanye vitu vivutie zaidi na jaribu kuokoa vifaa vingine kwa sababu tunataka kuweka kifaa kidogo na kiwe rahisi. Tutatumia upendeleo wa pato la hatua ya 1 kwa kupendelea transistor katika hatua ya 2!

Kuhesabu mpingaji wa emitter R5

Katika hatua hii NPN-transistor yetu hupendelea moja kwa moja kutoka hatua iliyopita. Katika mchoro wa mzunguko tunaona kwamba UE = UBE + ICxR5. Kwa sababu UE = UA kutoka hatua ya awali tunaweza kutoa R5 = (UE-UBE) / IC = (3V-0.65V) / 2mA = 1, 17K Ohm. Tunafanya 1, 2K Ohm ambayo ni thamani ya kawaida zaidi. R5 = 1, 2K Ohm.

Hapa unaweza kuona aina nyingine ya maoni. Wacha tuseme wakati UE inabaki mara kwa mara thamani ya B ya transistor huongezeka kwa sababu ya joto. Kwa hivyo tunapata zaidi ya sasa kupitia mtoza na mtoaji. Lakini sasa zaidi kupitia R5 inamaanisha voltage zaidi kwa R5. Kwa sababu UBE = UE - IC * R5 ongezeko la IC inamaanisha kupungua kwa UBE na hivyo kupungua tena kwa IC. Hapa tena tuna kanuni inayotusaidia kuweka upendeleo thabiti.

Kuhesabu mpinzani wa ushuru R4

Sasa tunapaswa kuangalia juu ya swing ya pato la ishara ya ushuru wetu UA. Kikomo cha chini ni upendeleo wa emitter wa 3V-0, 65V = 2, 35V. Kikomo cha juu ni voltage UB-UB = 9V-1V = 8V. Tutaweka upendeleo wetu wa ushuru katikati. UA = 2, 35V + (8V-2, 35V) / 2 = 5, 2V. UA = 5, 2V. Sasa ni rahisi kuhesabu R4. R4 = (UB-UF-UA) / IC = (9V-1V-5, 2V) / 2mA = 1, 4K Ohm. Tunafanya R4 = 1, 5K Ohm.

Je! Juu ya kukuza?

Kwa hivyo vipi juu ya sababu ya 5 ya kukuza tunataka kupata? Ukuzaji wa voltage ya ishara za ac katika hatua kama unaweza kuona inaelezewa kwa njia rahisi sana. Vu = R4 / R5. Mzuri huh? Huu ndio ukuzaji wa transistor na maoni hasi juu ya kontena la mtoaji. Kumbuka nimekuambia maoni hasi pia yanaathiri ukuzaji ikiwa hauchukui njia sahihi dhidi yake.

Ikiwa tunahesabu ukuzaji na maadili yaliyochaguliwa ya R4 na R5 tunapata V = R4 / R5 = 1.5K / 1.2K = 1.2. Hm, hiyo ni mbali sana na 5. Kwa hivyo tunaweza kufanya nini? Kwanza, kwanza tunaona kuwa hatuwezi kufanya chochote kuhusu R4. Imewekwa na upendeleo wa pato na vikwazo vya voltage. Je kuhusu R5? Wacha tuhesabu thamani R5 tunapaswa kuwa nayo ikiwa tutakuwa na ukuzaji wa 5. Hiyo ni rahisi, kwa sababu Vu = R4 / R5 hii inamaanisha kuwa R5 = R4 / Vu = 1.5K Ohm / 5 = 300 Ohm. Sawa, hiyo ni sawa lakini ikiwa tungeweka 300 Ohm badala ya 1.2K katika mzunguko wetu upendeleo wetu ungekwazwa. Kwa hivyo tunahitaji kuweka zote mbili, 1.2K Ohm kwa upendeleo wa dc na 300 Ohms kwa maoni hasi ya ac. Angalia picha ya pili. Utaona kwamba niligawanya kipinga 1, 2K Ohm katika 220 Ohm na 1K Ohm mfululizo. Mbali na hilo, nilichagua Ohms 220 kwa sababu sikuwa na kontena la 300 Ohm. 1K pia imepitishwa na capacitor polarized mafuta. Hii inamaanisha nini? Vizuri kwa upendeleo wa dc ambao unamaanisha maoni hasi "huona" 1, 2K Ohm kwa sababu dc haiwezi kupita kwa njia ya capacitor, kwa hivyo kwa upendeleo wa dc C3 haipo tu! Ishara ya ac kwa upande mwingine "inaona" 220 Ohm kwa sababu kila ac-voltage kushuka kwa R6 ni fupi iliyozungushwa ardhini. Hakuna kushuka kwa voltage, hakuna maoni. Ni 220 Ohm tu inabaki kwa maoni hasi. Wajanja kabisa, hu?

Ili kufanya kazi hii vizuri lazima uchague C3 ili impedance iwe chini sana kuliko R3. Thamani nzuri ni 10% ya R3 kwa masafa ya chini kabisa ya kufanya kazi. Wacha tuseme masafa yetu ya chini ni 30 Hz. Ukosefu wa capacitor ni Xc = 1 / (2 * PI * f * C3). Ikiwa tutatoa C3 na kuweka masafa na thamani ya R3 tunapata C3 = 1 / (2 * PI * f * R3 / 10) = 53uF. Ili kulinganisha thamani ya kawaida ya karibu hebu tuifanye C3 = 47uF.

Sasa angalia skimu iliyokamilishwa kwenye picha ya mwisho. Tumemaliza!

Hatua ya 4: Kufanya Mitambo Sehemu ya 1: Orodha ya Vifaa

Nilitumia vifaa vifuatavyo kutengeneza kifaa:

• Vipengele vyote vya elektroniki kutoka kwa skimu
• Kesi ya kawaida ya plastiki 80 x 60 x 22 mm na sehemu iliyoingizwa kwa betri 9V
• Sehemu ya 9V ya betri
• 1m 4pol kebo ya sauti na jack 3.5mm
• 3pol. tundu la stereo 3.5mm
• kubadili
• kipande cha ubao wa pembeni
• betri 9V
• solder
• 2mm waya wa shaba 0, 25mm waya uliochujwa uliotengwa

Zana zifuatazo zinapaswa kutumika:

• Chuma cha kulehemu
• Kuchimba umeme
• Digital Multimeter
• rasp pande zote

Hatua ya 5: Kufanya Mitambo: Sehemu ya 2

Weka swichi na tundu la 3, 5mm

Tumia rasp kuweka kwenye mashimo mawili ya nusu katika sehemu zote mbili za kabati (juu na chini). Tengeneza shimo kwa upana wa kutosha ili swichi itoshe. Sasa fanya vivyo hivyo na tundu la 3.5mm. Tundu litatumika kuunganisha vipuli vya sikio. Matokeo ya sauti kutoka 4pol. jack itapelekwa kwenye tundu la 3.5mm.

Tengeneza mashimo kwa kebo na fototransistor

Piga shimo la 3mm upande wa mbele na gundi kubwa fototransistor ndani yake ili vituo vyake viende kupitia shimo. Piga shimo lingine la kipenyo cha 2mm upande mmoja. Cable ya sauti na jack ya 4mm itaendesha kupitia hiyo.

Solder elektroniki

Sasa solder vifaa vya elektroniki kwenye ubao wa waya na waya kwa kebo ya sauti na jack 3.5mm kama inavyoonyeshwa kwenye skimu. Angalia picha zinazoonyesha pini za ishara kwenye jacks kwa mwelekeo. Tumia DMM yako kuona ni ishara gani kutoka kwa jack inayotoka kwa waya gani kuitambua.

Kila kitu kinapomalizika washa kifaa na angalia ikiwa matokeo ya voltage kwenye transistors ni zaidi au chini katika anuwai iliyohesabiwa. Ikiwa sio kujaribu kurekebisha R3 katika hatua ya kwanza ya kipaza sauti. Labda itakuwa shida kwa sababu ya uvumilivu ulioenea wa transistors unaweza kuwa na kurekebisha thamani yake.

Hatua ya 6: Upimaji

Niliunda kifaa cha kisasa zaidi cha aina hii miaka kadhaa iliyopita (angalia video). Kuanzia wakati huu nilikusanya rundo la sampuli za sauti ninataka kukuonyesha. Wengi wao nilikusanya wakati nilikuwa naendesha gari langu na kuweka fototransistor nyuma ya skrini yangu ya upepo.

• "Bus_Anzeige_2.mp3" Huu ni sauti ya onyesho la nje la LED kwenye basi inayopita
• "Fahrzeug mit Blinker.mp3" Kupepesa kwa gari
• "LED_Scheinwerfer.mp3" Taa kuu ya gari
• "Neonreklame.mp3" taa za neon
• "Schwebung.mp3" Mlio wa taa mbili za gari zinazoingilia
• "Sauti_Flourescent_Lamp.mp3" Sauti ya CFL
• "Sound_oscilloscope.mp3" Sauti ya skrini yangu ya oscilloscope na mipangilio tofauti ya wakati
• "Sauti-PC Monitor.mp3" Sauti ya mfuatiliaji wangu wa PC
• "Strassenlampen_Sequenz.mp3" Taa za barabarani
• "Was_ist_das_1.mp3" Sauti hafifu na isiyo ya kawaida kama mgeni nilinasa mahali pengine nikiendesha gari langu

Natumai ningeweza kulowesha hamu yako na utaendelea kuchunguza ulimwengu mpya wa taa peke yako sasa!