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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Boîte à musique sur cellules solaires. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Quel pouvoir peut maîtriser une bête en colère ? Eh bien, la musique, bien sûr ! Et il n'y a rien de plus charmant et apaisant que les merveilleux sons d'une mélodie sortant d'une boîte à musique. Depuis des siècles, ces mélodies fascinent hommes, femmes et enfants - sans exception. La boîte à musique en question est alimentée par des cellules solaires. Puissance du soleil L'énergie solaire n'est pas la seule caractéristique unique de cette boîte à musique. Contrairement à ses prédécesseurs, cette boîte à musique ne contient aucune pièce mobile et est entièrement alimentée par des cellules en silicium. Les boîtes à musique à énergie solaire du passé n'étaient qu'une amélioration par rapport à leurs anciens homologues mécaniques. En eux, au lieu d'un ressort d'usine traditionnel, un moteur électrique était utilisé pour faire tourner le tambour musical, qui à son tour était alimenté par une batterie solaire. Dans notre version de ce jouet classique, l'entraînement mécanique est remplacé par un microcircuit en silicium (puce). A l'intérieur de cette puce sont stockées toutes les notes et les intervalles musicaux nécessaires pour jouer la mélodie. Lorsqu'elles sont appliquées au circuit d'alimentation à partir de cellules solaires, les notes sont extraites de la mémoire du microcircuit et jouées par un haut-parleur. Diagramme schématique Notre jouet utilise le circuit intégré 7920 fabriqué par Suwa Seikosha (le circuit intégré est disponible auprès d'Epson America, Inc., Torrance, CA). Le microcircuit peut jouer une mélodie à partir de 64 notes stockées dans sa mémoire. C'est presque quatre fois plus que le nombre de notes dans une boîte mécanique conventionnelle. Le microcircuit dispose également d'un générateur interne qui extrait les notes dans l'ordre requis. Les seuls composants externes du boîtier sont un circuit de commande de hauteur RC et un amplificateur final. Le schéma complet de la boîte à musique électronique est illustré à la fig. 1.
Le pitch est défini par le condensateur C1 et la résistance R1. Ces deux éléments déterminent la fréquence du générateur interne, qui détermine non seulement la hauteur des sons, mais aussi le tempo de la mélodie. Malheureusement, la hauteur et le tempo sont étroitement liés dans notre boîte, et un changement dans l'un entraîne un changement dans l'autre. Vous pouvez expérimenter différentes tonalités et différents tempos en modifiant la valeur de la résistance R1. L'étage de sortie est un simple amplificateur de puissance à deux transistors Q1 et Q2. Le signal de sortie du microcircuit à travers la résistance R2 contrôle le courant de base du transistor Q1. Depuis le collecteur de ce transistor, le signal amplifié est envoyé à la base du transistor Q2, dont le courant de collecteur alimente le haut-parleur avec une résistance de 8 ohms. Vous avez peut-être été surpris par l'activation inhabituelle des transistors Q1 et Q2 dans l'étage de sortie. Il est utilisé en raison de la faible tension d'alimentation du circuit. Le fait est que la puce 7920 est conçue pour une tension d'alimentation de 1,5 V, qui peut être facilement obtenue à partir de cellules solaires. Mais pour la plupart des circuits à transistors, cette tension est généralement inacceptable. Pour obtenir un gain élevé, les transistors peuvent être connectés dans un circuit Darlington, comme illustré à la Fig. 2. Cependant, il est aisé de voir que dans ce cas les jonctions d'émetteur des deux transistors sont connectées en série.
Il est connu des bases de l'électronique radio que la chute de tension aux bornes d'une diode au silicium polarisée en direct, à savoir la jonction base-émetteur dans un transistor, est de 0,7 V. La chute de tension aux bornes de deux jonctions d'émetteur sera déjà de 1,4 V. Dans en d'autres termes, un circuit de deux de ces transistors nécessiterait une tension de polarisation d'au moins 1,4 V pour fonctionner. Avec une telle polarisation, le gain du signal sera extrêmement faible si l'étage est alimenté à partir d'une source de 1,5 V. Cette tension d'alimentation n'est tout simplement pas suffisante. Pour le fonctionnement normal de notre étage amplificateur, il est nécessaire de fournir une alimentation d'au moins 2 V, et encore mieux 3 V. En connectant les transistors comme indiqué sur la Fig. 1, nous avons complètement résolu le problème de décalage de base. En isolant les deux jonctions d'émetteur l'une de l'autre dans ce circuit, nous utilisons le courant de collecteur du transistor Q1 pour fonctionner. Lorsqu'un tel étage est alimenté par une source de tension de 1,5 V, l'oscillation du signal d'entrée requise peut être supérieure à 0,7 V. La source d'énergie solaire pour ce produit fait maison est l'une des plus simples parmi celles décrites dans ce livre. Il comprend trois cellules solaires connectées en série. Il ne s'agit pas d'une batterie solaire prête à l'emploi, mais simplement de trois éléments quelconques. Mais ne vous précipitez pas. Avant de commencer à souder et à connecter ensemble les premiers éléments qui se présentent, vous devez d'abord déposer quelques faits liés au circuit. En moyenne, la puissance consommée par une boîte à musique est très faible. La consommation moyenne de courant est d'environ 30 mA. Cependant, au début de la lecture des notes, des surintensités importantes sont observées. A ces instants, la consommation de courant atteint parfois 90 mA. Cela affecte le fonctionnement des cellules solaires et crée un effet musical intéressant. Considérons d'abord le phénomène lui-même, puis l'effet auquel il conduit. Un trait caractéristique de tous les sons reproduits par les instruments de musique est le changement d'amplitude au cours du son. Tirez puis abaissez une corde de guitare ou frappez une touche de piano. Notez l'attaque aiguë du son que vous entendrez d'abord, se transformant ensuite en une oscillation amortie, que les musiciens appellent un état stable. Exactement. Au premier instant où une note commence à retentir, un pic d'énergie très net est créé. Imitant de vrais instruments, le 7920 génère ce son électroniquement. En conséquence, une courte surtension se produit, qui, entrant dans l'étage final, amène le transistor Q2 à un état proche de la saturation. Cela signifie que pendant une courte période de temps, tout le courant des cellules solaires traverse la résistance de charge de 8 ohms. Mais pendant ce court laps de temps, le point de fonctionnement sur la caractéristique courant-tension de la cellule solaire se décale. En conséquence, ce n'est pas la quantité de courant générée par les cellules solaires qui change (puisque le courant est auto-limitant), mais la tension de sortie. Pendant une courte période, la sortie du générateur solaire s'avère être court-circuitée, pour ainsi dire, et sa tension de sortie change en conséquence. Eh bien, laissez-moi vous dire que le générateur d'horloge de la puce 7920 est légèrement sensible aux changements de tension. Par conséquent, une chute de tension au début de la lecture d'une note entraîne une diminution à court terme de la fréquence sonore. Pour lutter contre ce phénomène, les mesures suivantes ont été prises. Tout d'abord, la taille des cellules solaires a été augmentée. En utilisant des éléments d'une taille évidemment plus grande (que nécessaire), il est possible d'obtenir une diminution de l'effet de la modulation du son, cependant, des surtensions (bien que moins importantes) subsisteront. Et pourtant, certains problèmes sont causés par l'inconstance de la charge des cellules solaires, dont la valeur varie pratiquement de l'infini (en l'absence de son) à une petite valeur (lors de la lecture d'une note). En fait, le changement de tension total est d'environ 0,5 V ou plus au total. Deuxièmement, pour lisser ces petites fluctuations, vous pouvez installer un condensateur C2 en parallèle avec le générateur solaire. A ce moment où le circuit nécessite un courant important, le condensateur C2, en se déchargeant, en fournit l'essentiel. Pendant une pause entre les notes, le condensateur C2 est chargé par des cellules solaires. Lors de l'utilisation de ces deux solutions de circuit, il est possible de stabiliser plus ou moins la tension d'alimentation du microcircuit. conception Le générateur de musique est placé sur une carte de circuit imprimé, dont la taille vous permet de placer l'ensemble de l'appareil dans un petit volume, par exemple dans une boîte sous des boucles d'oreilles ou des boutons de manchette.
Lors de l'installation, veuillez noter que le condensateur C2 est situé pour économiser de l'espace non pas du dessus, mais du côté des conducteurs imprimés. Le haut-parleur, qui est un haut-parleur surdimensionné de 8 ohms provenant d'un récepteur à transistor, ne doit pas être placé trop près du circuit imprimé. La meilleure imitation du son d'une boîte à musique est obtenue en utilisant une tête dynamique à cône rigide en plastique ou en métal.
Boîte à musique Il est maintenant temps de donner à la boîte à musique un look approprié. Pensez-y, et vous trouverez certainement différentes options. Comme écrin, une boîte à bijoux convient également, dont les tailles peuvent être très diverses, ainsi qu'une tirelire ou encore un terrarium. Les possibilités ici ne sont limitées que par votre imagination. Gardez à l'esprit que notre boîte à musique est pratiquement éternelle, elle peut donc être utilisée de différentes manières que ses prédécesseurs mécaniques imparfaits. Personnellement, j'ai choisi une boîte à bijoux à couvercle à charnière en forme de piano. Il me semble que la forme du piano correspond très précisément à la vocation de la boîte à musique. Quel que soit le cas que vous choisissez, assurez-vous qu'il a un dessus ouvert ou une fenêtre suffisamment claire dans le couvercle pour accueillir les cellules solaires. Connectez les cellules solaires en série et collez-les à l'intérieur du couvercle. À cette fin, la colle à caoutchouc est préférable, mais toute autre colle transparente fonctionnera. Si le panneau solaire est situé sur une partie mobile de la boîte (sur un couvercle à charnière), acheminez les fils conducteurs de sorte que leur mouvement soit minimal. Dans ce cas, un fil souple peut être utilisé. La partie électronique du circuit peut être placée à n'importe quel endroit approprié. Cependant, cette remarque ne s'applique pas au haut-parleur. Lorsqu'il est placé à l'intérieur d'une boîte fermée, le diffuseur doit communiquer avec l'extérieur, sinon vous n'entendrez rien. Dans ce cas, percez plusieurs trous traversants dans le corps du boîtier contre le haut-parleur. Pour tester votre nouveau jouet, placez-le sous une lampe puissante ou exposez-le au soleil. Et puis la salle sera remplie de sons magiques de musique. Auteur : Byers T.
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