태양 전지에 오르골. 구성표, 설명

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화난 짐승을 제압할 수 있는 힘은 무엇입니까? 음, 물론 음악! 오르골에서 흘러나오는 선율의 멋진 소리보다 더 매력적이고 마음을 달래주는 것은 없습니다. 수세기 동안 이러한 멜로디는 예외 없이 남성, 여성 및 어린이를 매료시켰습니다.

문제의 오르골은 태양 전지로 구동됩니다.

태양의 힘

태양의 힘만이 이 오르골의 유일한 특징은 아닙니다. 이전 모델과 달리 이 오르골에는 움직이는 부품이 없으며 전적으로 실리콘 셀로 구동됩니다.

과거의 태양열 오르골은 오래된 기계식 오르골을 개선한 것일 뿐입니다.

그 안에서는 전통적인 공장 스프링 대신 전기 모터를 사용하여 음악 드럼을 회전시켰고, 이 드럼은 차례로 태양 전지로 구동되었습니다.

이 클래식 장난감의 버전에서는 기계식 드라이브가 실리콘 미세 회로(칩)로 대체되었습니다. 이 칩 안에는 멜로디를 연주하는 데 필요한 모든 음표와 음정이 저장되어 있습니다. 태양 전지의 전원 회로에 적용하면 마이크로 회로의 메모리에서 음표가 추출되어 스피커에서 재생됩니다.

회로도

우리 장난감은 Suwa Seikosha에서 제조한 7920 집적 회로를 사용합니다(IC는 캘리포니아주 토렌스 소재의 Epson America, Inc.에서 구입 가능). 마이크로회로는 메모리에 저장된 64개의 음표에서 멜로디를 연주할 수 있습니다. 이는 기존 기계식 상자의 음표 수보다 거의 XNUMX배 더 많습니다.

마이크로 회로에는 필요한 순서로 메모를 추출하는 내부 생성기도 있습니다. 상자의 유일한 외부 구성 요소는 RC 피치 제어 회로와 최종 증폭기입니다. 전자 뮤직 박스의 전체 구성이 그림에 나와 있습니다. 1.

태양 전지가 있는 오르골
Pic.1

피치는 커패시터 C1과 저항 R1에 의해 설정됩니다. 이 두 요소는 소리의 피치뿐만 아니라 멜로디의 템포도 결정하는 내부 생성기의 주파수를 결정합니다. 불행하게도 피치와 템포는 우리 상자에서 서로 얽혀 있고 하나의 변화는 다른 하나의 변화를 야기합니다. 저항 R1의 값을 변경하여 다른 키와 템포로 실험할 수 있습니다.

출력단은 1개의 트랜지스터 Q2과 Q2가 있는 간단한 전력 증폭기입니다. 저항 R1를 통한 미세 회로의 출력 신호는 트랜지스터 Q2의 기본 전류를 제어합니다. 이 트랜지스터의 컬렉터에서 증폭된 신호는 트랜지스터 Q8의 베이스로 공급되며, 컬렉터 전류는 XNUMX옴의 저항으로 라우드스피커에 공급됩니다.

출력단에서 트랜지스터 Q1과 Q2의 비정상적인 턴온에 놀랐을 수도 있습니다. 회로의 공급 전압이 낮기 때문에 사용됩니다. 사실 7920 칩은 태양 전지에서 쉽게 얻을 수 있는 1,5V의 공급 전압용으로 설계되었습니다. 그러나 대부분의 트랜지스터 회로에서 이 전압은 일반적으로 허용되지 않습니다.

높은 이득을 얻기 위해 트랜지스터는 그림 2과 같이 Darlington 회로에 연결될 수 있습니다. XNUMX. 그러나 이 경우 두 트랜지스터의 이미터 접합이 직렬로 연결되어 있음을 쉽게 알 수 있습니다.

태양 전지가 있는 오르골
Pic.2

순방향 바이어스 실리콘 다이오드, 즉 트랜지스터의 베이스-이미터 접합에 걸리는 전압 강하는 0,7V라는 것은 무선 전자 장치의 기본 사항에서 알려져 있습니다. 두 개의 이미 터 접합에 걸친 전압 강하는 이미 1,4V입니다. 즉, 두 개의 이러한 트랜지스터로 구성된 회로가 작동하려면 최소 1,4V의 바이어스 전압이 필요합니다.

이러한 바이어스를 사용하면 스테이지가 1,5V 소스에서 전원을 공급받는 경우 신호 이득이 매우 작아집니다.이 공급 전압은 단순히 충분하지 않습니다. 증폭 단계의 정상적인 작동을 위해서는 최소 2V, 더 나은 3V의 전원을 공급해야 합니다.

그림과 같이 트랜지스터를 연결하면 1, 베이스 오프셋 문제를 완전히 해결했습니다. 이 회로에서 두 개의 이미 터 접합을 서로 분리함으로써 트랜지스터 Q1의 콜렉터 전류를 사용하여 작동합니다. 이러한 단계에 1,5V의 전압 소스가 공급되면 필요한 입력 신호 스윙은 0,7V 이상이 될 수 있습니다.

이 수제 제품의 태양광 발전원은 이 책에서 설명한 것 중 가장 단순한 것 중 하나입니다. 여기에는 직렬로 연결된 XNUMX개의 태양 전지가 포함됩니다. 이것은 기성품 태양 전지가 아니라 단순히 세 가지 요소입니다.

하지만 서두르지 마세요. 솔더링을 시작하고 손에 닿는 첫 번째 요소를 함께 연결하기 전에 먼저 회로와 관련된 몇 가지 사실을 삭제해야 합니다. 평균적으로 오르골이 소비하는 전력은 매우 적습니다. 평균 소비 전류는 약 30mA입니다. 그러나 음표 재생이 시작될 때 상당한 전류 서지가 관찰됩니다. 이 순간 소비 전류는 때때로 90mA에 도달합니다.

이것은 태양 전지의 작동에 영향을 미치고 흥미로운 음악적 효과를 생성합니다.

먼저 현상 자체를 고려한 다음 그것이 이끄는 결과를 고려하십시오. 악기로 재생되는 모든 소리의 특징은 소리가 나는 동안 진폭의 변화입니다. 뒤로 당기고 기타 현을 내리거나 피아노 건반을 치십시오. 처음에 들리는 소리의 날카로운 어택에 주목한 다음 음악가들이 정상 상태라고 부르는 감쇠된 진동으로 변합니다. 그게 요점입니다.

음이 울리기 시작하는 첫 순간 매우 날카로운 에너지 피크가 생성됩니다. 실제 악기를 모방한 7920은 이 사운드를 전자적으로 생성합니다. 결과적으로 짧은 전류 서지가 발생하여 최종 단계에 들어가 트랜지스터 Q2를 거의 포화 상태로 만듭니다. 이것은 짧은 시간 동안 태양 전지의 모든 전류가 8옴 부하 저항을 통해 흐른다는 것을 의미합니다.

그러나 이 짧은 시간 동안 태양 전지의 전류-전압 특성에 대한 동작점이 이동합니다. 결과적으로 변화하는 것은 태양 전지에 의해 생성된 전류의 양이 아니라(전류가 자기 제한적이기 때문에) 출력 전압입니다. 짧은 시간 동안 태양열 발전기의 출력은 그대로 단락되고 이에 따라 출력 전압이 변경됩니다.

자, 이제 7920 칩의 클록 생성기가 전압 변화에 약간 민감하다는 점을 말씀드리겠습니다. 따라서 음 재생 시작 시 전압 강하로 인해 사운드 주파수가 단기적으로 감소합니다.

이 현상을 방지하기 위해 다음과 같은 조치가 취해졌습니다. 첫째, 태양전지의 크기가 커졌다. 분명히 더 큰 (필요한 것보다) 크기의 요소를 사용하면 사운드 변조 효과를 줄일 수 있지만 전압 서지는 (그렇게 크지는 않지만) 여전히 남아 있습니다. 그럼에도 불구하고 몇 가지 문제는 태양 전지 부하의 불일치로 인해 발생하며 그 값은 무한대(소리가 없는 경우)에서 작은 값(음표를 연주할 때)까지 다양합니다. 실제로 전체 전압 변화는 총 약 0,5V 이상입니다.

둘째, 이러한 작은 변동을 완화하기 위해 커패시터 C2를 태양 전지판과 병렬로 설치할 수 있습니다. 그 순간 회로에 큰 전류가 필요한 경우 커패시터 C2가 방전하여 대부분을 제공합니다. 노트 사이의 일시 중지 동안 커패시터 C2는 태양 전지에 의해 충전됩니다. 이 두 가지 회로 솔루션을 사용하면 미세 회로의 공급 전압을 어느 정도 안정화할 수 있습니다.

디자인

음악 생성기는 인쇄 회로 기판에 배치되며 그 크기는 예를 들어 귀걸이 또는 커프스 단추 아래의 상자에 작은 볼륨으로 전체 장치를 배치할 수 있습니다.
그림 PCB는 그림에 나와 있습니다. 3 및 그 위에 요소 배치-그림. 4.

태양 전지가 있는 오르골
Pic.3

태양 전지가 있는 오르골
Pic.4

설치하는 동안 커패시터 C2는 위가 아니라 인쇄된 도체의 측면에서 공간을 절약하기 위해 위치합니다. 트랜지스터 수신기의 특대형 8옴 스피커인 라우드스피커는 회로 기판에 너무 가까이 두어서는 안 됩니다. 플라스틱이나 금속으로 만들어진 단단한 원뿔이 있는 다이내믹 헤드를 사용하면 오르골 소리를 가장 잘 모방할 수 있습니다.

뮤직 박스

이제 오르골에 적절한 모양을 부여할 때입니다. 그것에 대해 생각하면 확실히 다른 옵션이 떠오를 것입니다. 경우에 따라 크기가 매우 다양한 보석 상자와 동전 상자 또는 테라리움도 적합합니다. 여기서의 가능성은 당신의 상상력에 의해서만 제한됩니다. 우리의 오르골은 사실상 영원하므로 불완전한 기계식 이전 제품보다 다양한 방식으로 사용할 수 있습니다.

개인적으로 피아노 모양의 여닫이 뚜껑 보석함을 골랐습니다. 피아노의 모양은 오르골의 목적과 매우 정확하게 일치하는 것 같습니다. 어떤 케이스를 선택하든 뚜껑에 태양 전지를 수용할 수 있을 만큼 뚜껑이 열려 있거나 충분히 깨끗한 창이 있는지 확인하십시오.

태양 전지를 직렬로 연결하고 뚜껑 안쪽에 붙입니다. 이를 위해 고무 접착제가 바람직하지만 다른 투명 접착제도 작동합니다. 태양열 패널이 상자의 움직이는 부분(경첩이 달린 뚜껑 위)에 있는 경우 리드선을 배선하여 움직임이 최소화되도록 합니다. 이 경우 유연한 와이어를 사용할 수 있습니다.

회로의 전자 부품은 적절한 위치에 놓을 수 있습니다. 그러나 이 설명은 라우드스피커에는 적용되지 않습니다. 밀폐된 상자 안에 디퓨저는 외부와 통신해야 합니다. 그렇지 않으면 아무 소리도 들리지 않습니다. 이 경우 스피커에 대고 상자 본체에 여러 개의 관통 구멍을 뚫습니다.

새 장난감을 테스트하려면 강력한 램프 아래에 두거나 태양에 노출시키십시오. 그러면 방안이 마법 같은 음악 소리로 가득 찰 것입니다.

저자: 바이어스 T.

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