Музична скринька на сонячних елементах. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Музична скринька на сонячних елементах. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії

Коментарі до статті

Яка сила здатна утихомирити розлюченого звіра? Ну, звичайно, музика! І немає нічого чарівнішого і заспокійливішого, ніж чудові звуки мелодії, що ллються з музичної скриньки. Протягом століть ці мелодії заворожували чоловіків, жінок та дітей – усіх без винятку.

Ця музична скринька отримує живлення від сонячних елементів.

Харчування від сонця

Харчування від сонця - не єдина унікальна властивість цієї музичної скриньки. На відміну від своїх попередників ця музична скринька не містить частин, що рухаються, і повністю харчується від кремнієвих елементів.

Музичні скриньки на сонячних елементах минулого були лише вдосконаленим варіантом своїх старих механічних побратимів.

Вони для обертання музичного барабана замість традиційної заводської пружини використовувався електричний моторчик, який живився від сонячної батареї.

У нашому варіанті цієї класичної іграшки механічний привід замінений кремнієвою мікросхемою (чіпом). Усередині цього чіпа зберігаються всі ноти та музичні інтервали, необхідні для відтворення мелодії. При подачі на схему живлення від сонячних елементів з пам'яті мікросхеми витягуються ноти та програються гучномовцем.

Принципова схема

У нашій іграшці використовується інтегральна мікросхема 7920, що випускається фірмою Suwa Seikosha (мікросхему можна отримати через Epson America, Inc., Torrance, CA). Мікросхема може відтворювати мелодію з 64 нот, що зберігаються у її пам'яті. Це майже вчетверо більше, ніж кількість нот у звичайній механічній скриньці.

У мікросхемі є також внутрішній генератор, який витягує ноти необхідної послідовності. Єдиними зовнішніми компонентами скриньки є RC-ланцюг, що задає висоту тону, і кінцевий підсилювач. Повна схема електронної музичної скриньки показана на рис. 1.

Музична скринька на сонячних елементах
Ріс.1

Висота тону встановлюється конденсатором С1 та резистором R1. Ці два елементи визначають частоту внутрішнього генератора, від якої залежить як висота звуків, а й темп виконання мелодії. На жаль, тональність і темп виконання у нашій скриньці взаємопов'язані, і зміна одного з них викликає зміну іншого. Ви можете поекспериментувати з різними тональностями та темпами виконання, змінюючи величину опору резистора R1.

Як вихідний каскад використовується простий підсилювач потужності двох транзисторах Q1 і Q2. Вихідний сигнал мікросхеми через резистор R2 управляє струмом основи транзистора Q1. З колектора цього транзистора посилений сигнал надходить на базу транзистора Q2, колекторним струмом якого живиться гучномовець опором 8 Ом.

Вас, мабуть, здивувало незвичайне включення транзисторів Q1 та Q2 у вихідному каскаді. Воно використовується через низьку напругу живлення схеми. Справа в тому, що мікросхема 7920 розрахована на напругу живлення 1,5 В, яку легко можна отримати від сонячних елементів. Але для більшості транзисторних схем така напруга зазвичай неприйнятна.

Для досягнення великого посилення можна з'єднати транзистори за схемою Дарлінгтон, як це показано на рис. 2. Однак легко помітити, що при цьому емітерні переходи двох транзисторів послідовно з'єднані.

Музична скринька на сонячних елементах
Ріс.2

З основ радіоелектроніки відомо, що падіння напруги на кремнієвому діоді, зміщеному в прямому напрямку, а саме ним є в транзисторі перехід база – емітер, становить 0,7 В. Падіння напруги на двох емітерних переходах становитиме вже 1,4 В. Іншими словами, для роботи схеми з двох таких транзисторів знадобиться напруга зміщення, що становить принаймні 1,4 Ст.

При такому зміщенні посилення сигналу буде вкрай мало, якщо живити каскад від джерела 1,5 В. Даної напруги живлення просто недостатньо. Для нормальної роботи нашого підсилювального каскаду необхідно забезпечити харчування хоча б 2, а ще краще 3 в.

Поєднавши транзистори, як це показано на рис. 1, ми повністю вирішили проблему базового усунення. Ізолюючи в цій схемі два емітерні переходи один від одного, ми використовуємо для роботи струм колектора транзистора Q1. При живленні такого каскаду від джерела напруги 1,5 В необхідний розмах вхідного сигналу може становити більше 0,7.

Джерело живлення на сонячних елементах для даної саморобки є одним із найпростіших серед описаних у цій книзі. Він включає три з'єднаних послідовно сонячних елемента. Це не готова сонячна батарея, а просто будь-які три елементи.

Але не поспішайте. Перш ніж почати паяти і з'єднувати разом перші елементи, що підвернулися під руку, необхідно спочатку упускати деякі факти, пов'язані зі схемою. У середньому потужність, яку споживає музична скринька, дуже мала. Середній споживаний струм становить близько 30 мА. Однак, на початку відтворення ноти спостерігаються значні викиди струму. У ці моменти струм споживання іноді сягає 90 мА.

Це позначається на роботі сонячних елементів та створює цікавий музичний ефект.

Розглянемо спочатку саме явище, та був ефект, якого воно призводить. Характерною рисою всіх звуків, які відтворюються музичними інструментами, є зміна амплітуди під час звучання. Відтягніть, а потім опустіть струну гітари або вдарте по клавіші піаніно. Зверніть увагу на різку атаку звуку, яку ви почуєте спочатку, що переходить потім у загасне коливання, яке музиканти називають встановленим. У цьому вся справа.

Перший момент, коли починає звучати нота, створюється дуже гострий пік енергії. Наслідуючи реальні інструменти, мікросхема 7920 генерує такий звук електронним способом. В результаті виникає короткий викид струму, який надходить на кінцевий каскад, призводить транзистор Q2 майже в стан насичення. Це означає, що протягом короткого проміжку часу весь струм від сонячних елементів тече через опір навантаження 8 Ом.

Але за цей короткий час зміщується робоча точка на вольтамперній характеристиці сонячного елемента. В результаті змінюється не величина струму, що виробляється сонячними елементами (оскільки відбувається самообмеження струму), а вихідна напруга. На короткий час вихід сонячного генератора виявляється як би закороченим і змінюється його вихідна напруга.

Ну а тепер дозвольте повідомити вам, що синхрогенератор у мікросхемі 7920 слабочутливий до зміни напруги. Тому падіння напруги на початку відтворення ноти призводить до короткочасного зниження частоти звучання.

Для боротьби з таким явищем вжито наступних заходів. По-перше, збільшено розміри сонячних елементів. Використовуючи елементи свідомо більшого (чим необхідно) розміру, можна домогтися зниження ефекту модуляції звуку, проте стрибки напруги (хоча вже не такі значні) все ж таки залишаться. І всі деякі неприємності завдає мінливість навантаження сонячних елементів, величина якої змінюється практично від нескінченності (при відсутності звуку) до деякого невеликого значення (при відтворенні ноти). Фактично сумарна зміна напруги становить близько 0,5 В або більше.

По-друге, для згладжування цих невеликих флуктуацій можна встановити конденсатор С2 паралельно сонячній батареї. У той момент, коли схемі потрібен великий струм, конденсатор С2, розряджаючись, забезпечує більшу його частину. Під час паузи між нотами С2 конденсатор заряджається від сонячних елементів. При використанні цих двох схемних рішень вдається більш менш стабілізувати напругу живлення мікросхеми.

Конструкція

Музичний генератор розміщений на друкованій платі, розмір якої дозволяє розмістити весь пристрій у невеликому обсязі, наприклад, у коробочці з-під сережок або запонок.
Малюнок друкованої плати наведено на рис. 3, а розміщення елементів у ньому - на рис. 4.

Музична скринька на сонячних елементах
Ріс.3

Музична скринька на сонячних елементах
Ріс.4

При монтажі зверніть увагу на те, що конденсатор С2 розташований для економії місця не зверху, а з боку друкарських провідників. Гучномовець, в якості якого використовується багатогабаритний 8-омний динамік від транзисторного приймача, не слід розташовувати надто близько до друкованої плати. Найкраща імітація звучання музичної скриньки виходить при використанні динамічної головки з жорстким дифузором із пластмаси або металу.

Музична шкатулка

Тепер настав час надати музичній скриньці належного зовнішнього вигляду. Подумайте над цим, і вам на думку обов'язково прийдуть різні варіанти. Як корпус підійде і скринька для ювелірних виробів, розміри якої можуть бути найрізноманітнішими, а також коробка для монет або навіть тераріум. Можливості тут обмежуються лише вашою уявою. Майте на увазі, що наша музична скринька практично вічна, тому вона може знайти різне застосування на відміну від своїх недосконалих механічних попередників.

Особисто я вибрав скриньку для ювелірних виробів з кришкою, що відкидається, що має форму фортепіано. Мені здається, що форма фортепіано дуже точно відповідає призначенню музичної скриньки. Який би корпус ви не вибрали, переконайтеся, що він має відкритий верх або є достатньо прозоре вікно в кришці для встановлення сонячних елементів.

З'єднайте сонячні елементи послідовно та приклейте їх до внутрішньої сторони кришки. Для цієї мети краще гумовий клей, проте підійде і будь-який інший прозорий клей. Якщо сонячна батарея розташовується на рухомій частині скриньки (на кришці, що відкидається), протягніть підвідні провідники так, щоб їх переміщення було мінімальним. У цьому випадку можна використовувати гнучкий провід.

Електронну частину схеми можна розмістити у будь-якому відповідному місці. Однак це зауваження не стосується гучномовця. При його розміщенні всередині закритої коробки дифузор повинен повідомлятись із зовнішнім простором, інакше ви нічого не почуєте. В цьому випадку в корпусі коробки просвердліть кілька наскрізних отворів проти динаміка.

Для перевірки нової іграшки помістіть її під потужну лампу або виставте на сонці. І тут приміщення наповниться чарівними звуками музики.

Автор: Байєрс Т.

Дивіться інші статті розділу Альтернативні джерела енергії.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Пеніцилін викликає зміни у поведінці 21.04.2017

Доктор Джон Біненсток (John Bienenstock) та його колеги з Університету Макмастера виявили, що надання клінічних (низьких) доз пеніциліну вагітним мишам та їхнім нащадкам призводить до довгострокових поведінкових змін. Зокрема, підвищується рівень агресії та знижується рівень тривожності. Все це супроводжується характерними нейрохімічними змінами в мозку та дисбалансом у кишковій флорі.

Однак надання цим мишам лактобактерійного штаму бактерій допомогло запобігти цим ефектам. "Пеніцилін у малих дозах, прийнятий наприкінці вагітності та в ранньому віці, змінив поведінку і баланс мікробів у кишечнику піддослідних. Хоча ці дослідження були проведені на мишах, вони підтримують побоювання у зв'язку з довгостроковими наслідками застосування антибіотиків", - сказав доктор Біненсток.

Раніше, у 2014 році, вже було проведено дослідження, яке показало, що надання клінічних доз пеніциліну мишам на пізніх термінах вагітності та в ранньому віці призвело до підвищення вразливості до дієтичної індукції ожиріння.

"У Північній Америці майже немає немовлят, які не отримували курс антибіотиків у перший рік життя, - продовжив доктор Біненсток. - Антибіотики не тільки наказуються, а й утримуються в м'ясі та молочних продуктах. Якщо матері передають дію цих ліків своїм дітям, які ще не народилися, або дітям після народження це викликає додаткові питання. Однак наші результати показують, що пробіотик може бути ефективним у запобіганні шкідливим наслідкам пеніциліну".

Інші дослідження показали, що великі дози антибіотиків широкого спектра дії дорослих тварин можуть впливати на поведінку. Однак досі ніхто не займався впливом клінічних доз антибіотика, що широко використовується, з вузьким спектром дії, такого як пеніцилін, на кишкові бактерії та загальну поведінку.

Дослідницька група планує аналізувати результати впливу пеніциліну на потомство, в умовах, коли ліки отримують лише вагітні жінки, але не діти. Вони також припускають досліджувати ефективність різних типів потенційно корисних бактерій у захисті потомства від поведінкових змін, що виникають внаслідок використання антибіотиків.

Інші цікаві новини:

▪ Бігуни перестають ставити рекорди

▪ Хороший холестерин захищає від сепсису

▪ Знижувальний перетворювач Microchip MIC28514/5

▪ Таблетки від похмілля

▪ Павуки, харчуючись графеном, плетуть найміцнішу павутину.

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Переговорні пристрої. Добірка статей

▪ стаття Одягнений з голочки. Крилатий вислів

▪ статья Який вчений брав плату з охочих отримати його автограф? Детальна відповідь

▪ стаття Кергеленська капуста. Легенди, вирощування, способи застосування