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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Carillon su celle solari. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Fonti di energia alternative Quale potere può sottomettere una bestia arrabbiata? Bene, la musica, ovviamente! E non c'è niente di più affascinante e rilassante dei meravigliosi suoni di una melodia che esce da un carillon. Per secoli queste melodie hanno affascinato uomini, donne e bambini, senza eccezioni. Il carillon in questione è alimentato da celle solari. Potenza dal sole L'energia del sole non è l'unica caratteristica unica di questo carillon. A differenza dei suoi predecessori, questo carillon non contiene parti mobili ed è interamente alimentato da celle di silicio. I carillon a energia solare del passato erano solo un miglioramento rispetto alle loro vecchie controparti meccaniche. In essi, invece di una tradizionale molla di fabbrica, veniva utilizzato un motore elettrico per far ruotare il tamburo musicale, che a sua volta era alimentato da una batteria solare. Nella nostra versione di questo classico giocattolo, l'azionamento meccanico è sostituito da un microcircuito di silicio (chip). All'interno di questo chip sono memorizzate tutte le note e gli intervalli musicali necessari per suonare la melodia. Quando vengono applicate al circuito di alimentazione dalle celle solari, le note vengono estratte dalla memoria del microcircuito e riprodotte da un altoparlante. Schema schematico Il nostro giocattolo utilizza il circuito integrato 7920 prodotto da Suwa Seikosha (l'IC è disponibile presso Epson America, Inc., Torrance, CA). Il microcircuito può riprodurre una melodia da 64 note memorizzate nella sua memoria. Questo è quasi quattro volte superiore al numero di banconote in una scatola meccanica convenzionale. Il microcircuito ha anche un generatore interno che estrae le note nella sequenza richiesta. Gli unici componenti esterni della scatola sono un circuito di controllo del passo RC e un amplificatore finale. Lo schema completo del carillon elettronico è riportato in fig. 1.
Il tono è impostato dal condensatore C1 e dal resistore R1. Questi due elementi determinano la frequenza del generatore interno, che determina non solo l'altezza dei suoni, ma anche il tempo della melodia. Sfortunatamente, tono e tempo sono intrecciati nella nostra scatola e un cambiamento in uno provoca un cambiamento nell'altro. Puoi sperimentare chiavi e tempi diversi modificando il valore del resistore R1. Lo stadio di uscita è un semplice amplificatore di potenza con due transistor Q1 e Q2. Il segnale di uscita del microcircuito attraverso il resistore R2 controlla la corrente di base del transistor Q1. Dal collettore di questo transistor, il segnale amplificato viene inviato alla base del transistor Q2, la cui corrente di collettore alimenta l'altoparlante con una resistenza di 8 ohm. Potresti essere rimasto sorpreso dall'insolita accensione dei transistor Q1 e Q2 nello stadio di uscita. Viene utilizzato a causa della bassa tensione di alimentazione del circuito. Il fatto è che il chip 7920 è progettato per una tensione di alimentazione di 1,5 V, che può essere facilmente ottenuta dalle celle solari. Ma per la maggior parte dei circuiti a transistor, questa tensione è solitamente inaccettabile. Per ottenere un guadagno elevato, i transistor possono essere collegati in un circuito Darlington, come mostrato in Fig. 2. Tuttavia, è facile vedere che in questo caso le giunzioni di emettitore dei due transistor sono collegate in serie.
È noto dalle basi dell'elettronica radio che la caduta di tensione attraverso un diodo al silicio polarizzato in avanti, vale a dire la giunzione base-emettitore in un transistor, è di 0,7 V. La caduta di tensione attraverso due giunzioni di emettitore sarà già di 1,4 V. In in altre parole, un circuito di due di questi transistor richiederebbe una tensione di polarizzazione di almeno 1,4 V per funzionare. Con una tale polarizzazione, il guadagno del segnale sarà estremamente ridotto se lo stadio è alimentato da una sorgente da 1,5 V. Questa tensione di alimentazione semplicemente non è sufficiente. Per il normale funzionamento del nostro stadio di amplificazione, è necessario fornire un'alimentazione di almeno 2 V, e ancora meglio 3 V. Collegando i transistor come mostrato in Fig. 1, abbiamo risolto completamente il problema dell'offset di base. Isolando le due giunzioni dell'emettitore l'una dall'altra in questo circuito, utilizziamo la corrente del collettore del transistor Q1 per funzionare. Quando tale stadio è alimentato da una sorgente di tensione di 1,5 V, l'oscillazione del segnale di ingresso richiesta può essere superiore a 0,7 V. La fonte di energia solare per questo prodotto fatto in casa è una delle più semplici tra quelle descritte in questo libro. Comprende tre celle solari collegate in serie. Questa non è una batteria solare già pronta, ma semplicemente tre elementi qualsiasi. Ma non avere fretta. Prima di iniziare a saldare e collegare insieme i primi elementi che vengono a portata di mano, devi prima abbandonare alcuni fatti relativi al circuito. In media, l'energia consumata da un carillon è molto piccola. Il consumo medio di corrente è di circa 30 mA. Tuttavia, all'inizio della riproduzione delle note, si osservano picchi di corrente significativi. In questi momenti, il consumo di corrente raggiunge talvolta i 90 mA. Ciò influisce sul funzionamento delle celle solari e crea un interessante effetto musicale. Consideriamo prima il fenomeno stesso, e poi l'effetto a cui conduce. Una caratteristica di tutti i suoni riprodotti da strumenti musicali è il cambiamento di ampiezza durante il suono. Tirare indietro e poi abbassare una corda di chitarra o colpire un tasto del pianoforte. Nota l'attacco acuto del suono che sentirai dapprima, trasformandosi poi in un'oscillazione smorzata, che i musicisti chiamano uno stato stazionario. Questo è il punto. Nel primo momento in cui una nota inizia a suonare, si crea un picco di energia molto acuto. Imitando strumenti reali, il 7920 genera questo suono elettronicamente. Di conseguenza, si verifica un breve picco di corrente che, entrando nello stadio finale, porta il transistor Q2 in uno stato quasi di saturazione. Ciò significa che per un breve periodo di tempo tutta la corrente proveniente dalle celle solari scorre attraverso la resistenza di carico da 8 ohm. Ma durante questo breve periodo, il punto operativo sulla caratteristica corrente-tensione della cella solare si sposta. Di conseguenza, non è la quantità di corrente generata dalle celle solari che cambia (poiché la corrente è autolimitante), ma la tensione di uscita. Per un breve periodo, l'uscita del generatore solare risulta essere in cortocircuito, per così dire, e la sua tensione di uscita cambia di conseguenza. Bene, ora lascia che ti dica che il generatore di clock nel chip 7920 è leggermente sensibile alle variazioni di tensione. Pertanto, una caduta di tensione all'inizio della riproduzione della nota porta a una diminuzione a breve termine della frequenza del suono. Per combattere questo fenomeno, sono state prese le seguenti misure. Innanzitutto, la dimensione delle celle solari è stata aumentata. Utilizzando elementi di dimensioni ovviamente maggiori (del necessario), è possibile ottenere una diminuzione dell'effetto della modulazione del suono, tuttavia rimarranno comunque picchi di tensione (sebbene non così significativi). Eppure, alcuni problemi sono causati dall'incostanza del carico delle celle solari, il cui valore varia praticamente dall'infinito (in assenza di suono) a qualche piccolo valore (quando si suona una nota). In effetti, la variazione di tensione totale è di circa 0,5 V o più in totale. In secondo luogo, per appianare queste piccole fluttuazioni, è possibile installare un condensatore C2 in parallelo con il pannello solare. Nel momento in cui il circuito richiede una grande corrente, il condensatore C2, scaricandosi, ne fornisce la maggior parte. Durante una pausa tra le note, il condensatore C2 viene caricato dalle celle solari. Quando si utilizzano queste due soluzioni circuitali, è possibile stabilizzare più o meno la tensione di alimentazione del microcircuito. disegno Il generatore musicale è posizionato su un circuito stampato, la cui dimensione consente di posizionare l'intero dispositivo in un piccolo volume, ad esempio in una scatola da orecchini o gemelli.
Durante l'installazione, si noti che il condensatore C2 si trova per risparmiare spazio non dall'alto, ma dal lato dei conduttori stampati. L'altoparlante, che è un diffusore sovradimensionato da 8 ohm proveniente da un ricevitore a transistor, non deve essere posizionato troppo vicino al circuito stampato. La migliore imitazione del suono di un carillon si ottiene utilizzando una testina dinamica con cono rigido in plastica o metallo.
Carillon Ora è il momento di dare un aspetto adeguato al carillon. Pensaci e troverai sicuramente diverse opzioni. Come custodia, è adatto anche un portagioie, le cui dimensioni possono essere molto diverse, così come un portamonete o persino un terrario. Le possibilità qui sono limitate solo dalla tua immaginazione. Tieni presente che il nostro carillon è praticamente eterno, quindi può essere utilizzato in molti modi diversi rispetto ai suoi imperfetti predecessori meccanici. Personalmente, ho scelto un portagioie con coperchio incernierato a forma di pianoforte. Mi sembra che la forma del pianoforte corrisponda molto precisamente allo scopo del carillon. Qualunque custodia tu scelga, assicurati che abbia una parte superiore aperta o una finestra sufficientemente chiara nel coperchio per ospitare le celle solari. Collega le celle solari in serie e incollale all'interno del coperchio. A tale scopo è preferibile la colla di gomma, ma qualsiasi altra colla trasparente funzionerà. Se il pannello solare si trova su una parte mobile della scatola (su un coperchio incernierato), instradare i cavi in modo che il loro movimento sia minimo. In questo caso, è possibile utilizzare un filo flessibile. La parte elettronica del circuito può essere collocata in qualsiasi luogo adatto. Tuttavia, questa osservazione non si applica all'altoparlante. Posizionato all'interno di una scatola chiusa, il diffusore deve comunicare con l'esterno, altrimenti non sentirete nulla. In questo caso, praticare diversi fori passanti nel corpo della scatola contro l'altoparlante. Per testare il tuo nuovo giocattolo, mettilo sotto una lampada potente o esponilo al sole. E poi la stanza si riempirà di magici suoni musicali. Autore: Byers T.
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