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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Caja de música sobre celdas solares. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía ¿Qué fuerza es capaz de apaciguar a una bestia enojada? Bueno, por supuesto, ¡música! Y no hay nada más encantador y relajante que los maravillosos sonidos de una melodía que brota de una caja de música. Estas melodías han cautivado durante siglos a hombres, mujeres y niños, a todos sin excepción. La caja de música en cuestión funciona con células solares. Poder del sol La energía solar no es la única característica única de esta caja de música. A diferencia de sus predecesoras, esta caja de música no contiene partes móviles y funciona enteramente con células de silicio. Las cajas de música de células solares del pasado no eran más que una versión mejorada de sus antiguas contrapartes mecánicas. En lugar del tradicional resorte de fábrica, utilizaron un motor eléctrico para hacer girar el tambor musical, que a su vez funcionaba con una batería solar. En nuestra versión de este juguete clásico, el accionamiento mecánico se sustituye por un microcircuito (chip) de silicio. Dentro de este chip se almacenan todas las notas e intervalos musicales necesarios para tocar una melodía. Cuando se suministra energía al circuito desde células solares, las notas se recuperan de la memoria del chip y se reproducen a través de un altavoz. Diagrama esquemático Nuestro juguete utiliza un circuito integrado 7920 fabricado por Suwa Seikosha (disponible a través de Epson America, Inc., Torrance, CA). El chip puede reproducir una melodía a partir de 64 notas almacenadas en su memoria. Esto es casi cuatro veces más que el número de billetes en una caja mecánica normal. El chip también tiene un oscilador interno que extrae notas en la secuencia requerida. Los únicos componentes externos de la caja son el circuito RC que fija el tono y el amplificador de potencia. El circuito completo de la caja de música electrónica se muestra en la Fig. 1.
El paso lo establecen el condensador C1 y la resistencia R1. Estos dos elementos determinan la frecuencia del oscilador interno, que determina no sólo el tono de los sonidos, sino también el tempo de la melodía. Desafortunadamente, la clave y el tempo de interpretación en nuestra caja están interconectados, y cambiar uno de ellos provoca un cambio en el otro. Puedes experimentar con diferentes claves y tempos cambiando el valor de la resistencia R1. Como etapa de salida se utiliza un amplificador de potencia simple con dos transistores Q1 y Q2. La señal de salida del microcircuito a través de la resistencia R2 controla la corriente de base del transistor Q1. Desde el colector de este transistor, la señal amplificada va a la base del transistor Q2, cuya corriente del colector alimenta un altavoz de 8 ohmios. Probablemente le sorprendió la inusual inclusión de los transistores Q1 y Q2 en la etapa de salida. Se utiliza debido al bajo voltaje de suministro del circuito. El hecho es que el chip 7920 está diseñado para una tensión de alimentación de 1,5 V, que se puede obtener fácilmente de las células solares. Pero para la mayoría de los circuitos de transistores, este voltaje suele ser inaceptable. Para lograr una alta ganancia, puedes conectar transistores usando un circuito Darlington, como se muestra en la Fig. 2. Sin embargo, es fácil notar que las uniones emisoras de los dos transistores están conectadas en serie.
Por los conceptos básicos de la radioelectrónica se sabe que la caída de voltaje a través de un diodo de silicio polarizado en dirección directa, es decir, la unión base-emisor en un transistor, es de 0,7 V. La caída de voltaje a través de dos uniones de emisor ya será de 1,4 V. En otras palabras, para operar un circuito de dos de estos transistores se necesitará una tensión de polarización de al menos 1,4 V. Con tal polarización, la ganancia de la señal será extremadamente pequeña si la cascada se alimenta desde una fuente de 1,5 V. Esta tensión de alimentación simplemente no es suficiente. Para el funcionamiento normal de nuestra etapa amplificadora, es necesario proporcionarle una alimentación de al menos 2 V, y mejor aún, 3 V. Conectando los transistores como se muestra en la Fig. 1, hemos resuelto completamente el problema del desplazamiento base. Al aislar las dos uniones emisoras entre sí en este circuito, utilizamos la corriente del colector del transistor Q1 para operar. Cuando se alimenta una etapa de este tipo desde una fuente de voltaje de 1,5 V, la oscilación de la señal de entrada requerida puede ser superior a 0,7 V. La fuente de energía de células solares para este producto casero es una de las más simples entre las descritas en este libro. Incluye tres células solares conectadas en serie. No se trata de una batería solar ya preparada, sino simplemente de tres elementos cualesquiera. Pero no te apresures. Antes de empezar a soldar y conectar los primeros elementos que tengas a mano, primero debes establecer algunos datos relacionados con el circuito. De media, el consumo de energía de una caja de música es muy bajo. El consumo medio de corriente es de unos 30 mA. Sin embargo, al comienzo de la reproducción de la nota, se observan importantes aumentos de corriente. En estos momentos, el consumo de corriente alcanza en ocasiones los 90 mA. Esto afecta al funcionamiento de las células solares y crea un interesante efecto musical. Consideremos primero el fenómeno en sí y luego el efecto al que conduce. Un rasgo característico de todos los sonidos reproducidos por instrumentos musicales es un cambio de amplitud durante el sonido. Tire hacia atrás y luego baje una cuerda de guitarra o presione una tecla de piano. Observe el fuerte ataque del sonido que escucha al principio, que luego se convierte en una oscilación amortiguada, que los músicos llaman estado estacionario. Ese es todo el punto. En el primer momento en que una nota empieza a sonar, se crea un pico de energía muy agudo. Imitando instrumentos reales, el 7920 genera electrónicamente este sonido. El resultado es un breve aumento de corriente que, al entrar en la etapa final, lleva al transistor Q2 casi a la saturación. Esto significa que durante un corto período de tiempo toda la corriente de las células solares fluye a través de la resistencia de carga de 8 ohmios. Pero durante este breve tiempo, el punto de funcionamiento de la característica corriente-tensión de la célula solar cambia. Como resultado, lo que cambia no es la cantidad de corriente producida por las células solares (ya que la corriente es autolimitada), sino la tensión de salida. Durante un breve periodo de tiempo, la salida del generador solar parece estar en cortocircuito y su tensión de salida cambia en consecuencia. Bueno, ahora déjame decirte que el generador de reloj en el chip 7920 es débilmente sensible a los cambios de voltaje. Por lo tanto, una caída de voltaje al comienzo de una nota provocará una disminución a corto plazo en la frecuencia del sonido. Para combatir este fenómeno, se han tomado las siguientes medidas. En primer lugar, se ha aumentado el tamaño de las células solares. Al utilizar elementos que son obviamente más grandes (de lo necesario), es posible reducir el efecto de la modulación del sonido, pero las sobretensiones (aunque no tan significativas) aún persistirán. Y, sin embargo, algunos problemas son causados por la inconstancia de la carga de las células solares, cuyo valor varía prácticamente desde el infinito (en ausencia de sonido) hasta un valor pequeño (al tocar una nota). De hecho, el cambio total de voltaje es de aproximadamente 0,5 V o más en total. En segundo lugar, para suavizar estas pequeñas fluctuaciones, puede instalar el condensador C2 en paralelo con el panel solar. En el momento en que el circuito requiere una gran corriente, el condensador C2, al descargarse, proporciona la mayor parte. Durante la pausa entre notas, el condensador C2 se carga con células solares. Cuando se utilizan estas dos soluciones de circuito, es posible estabilizar más o menos la tensión de alimentación del microcircuito. diseño El generador de música se coloca sobre una placa de circuito impreso, cuyo tamaño permite colocar todo el dispositivo en un volumen pequeño, por ejemplo, en una caja para pendientes o gemelos.
Al realizar la instalación, tenga en cuenta que el condensador C2 no está ubicado en la parte superior, sino en el costado de los conductores impresos para ahorrar espacio. El altavoz, que utiliza un altavoz grande de 8 ohmios procedente de un receptor de transistores, no debe colocarse demasiado cerca de la placa de circuito impreso. La mejor imitación del sonido de una caja de música se obtiene utilizando un cabezal dinámico con un difusor rígido de plástico o metal.
Caja de música Ahora es el momento de darle a la caja de música su apariencia adecuada. Piénselo y seguro que se le ocurrirán varias opciones. También se puede utilizar como estuche un joyero, cuyos tamaños pueden ser muy diversos, así como una caja para monedas o incluso un terrario. Las posibilidades aquí están limitadas sólo por tu imaginación. Tenga en cuenta que nuestra caja de música es prácticamente indestructible, por lo que se puede utilizar de diferentes maneras que sus imperfectos predecesores mecánicos. Personalmente, elegí un joyero con tapa abatible en forma de piano. Me parece que la forma del piano se asemeja mucho al propósito de la caja de música. Cualquiera que sea el gabinete que elija, asegúrese de que tenga la parte superior abierta o una ventana en la tapa que sea lo suficientemente clara como para acomodar células solares. Conecte las células solares en serie y péguelas en el interior de la cubierta. Para este propósito se prefiere el cemento de caucho, pero cualquier otro pegamento transparente funcionará. Si la batería solar está ubicada en la parte móvil de la caja (en la tapa con bisagras), estire los cables para que su movimiento sea mínimo. En este caso, puedes utilizar un cable flexible. La parte electrónica del circuito se puede colocar en cualquier lugar adecuado. Sin embargo, esta nota no se aplica al altavoz. Cuando se coloca dentro de una caja cerrada, el difusor debe comunicarse con el espacio exterior, de lo contrario no se oirá nada. En este caso, taladre varios agujeros pasantes en el cuerpo de la caja frente al altavoz. Para probar tu nuevo juguete, colócalo bajo una lámpara potente o exponlo al sol. E inmediatamente la habitación se llenará de los mágicos sonidos de la música. Autor: Byers T.
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Comentarios sobre el artículo: Denise Gracias por el algoritmo de compilación de la caja de música) [arriba]
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