Музыкальная шкатулка на солнечных элементах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Какая сила способна усмирить разъяренного зверя? Ну, конечно же, музыка! И нет ничего более чарующего и успокаивающего, чем чудесные звуки мелодии, льющиеся из музыкальной шкатулки. В течение веков эти мелодии завораживали мужчин, женщин и детей - всех без исключения.

Рассматриваемая музыкальная шкатулка получает питание от солнечных элементов.

Питание от солнца

Питание от солнца - не единственное уникальное свойство данной музыкальной шкатулки. В отличие от своих предшественников эта музыкальная шкатулка не содержит движущихся частей и целиком питается от кремниевых элементов.

Музыкальные шкатулки на солнечных элементах прошлого являлись лишь усовершенствованным вариантом своих старых механических собратьев.

В них для вращения музыкального барабана вместо традиционной заводской пружины использовался электрический моторчик, который в свою очередь питался от солнечной батареи.

В нашем же варианте этой классической игрушки механический привод заменен кремниевой микросхемой (чипом). Внутри этого чипа хранятся все ноты и музыкальные интервалы, необходимые для воспроизведения мелодии. При подаче на схему питания от солнечных элементов из памяти микросхемы извлекаются ноты и проигрываются громкоговорителем.

Принципиальная схема

В нашей игрушке используется интегральная микросхема 7920, выпускаемая фирмой Suwa Seikosha (микросхему можно получить через фирму Epson America, Inc., Torrance, CA). Микросхема может воспроизводить мелодию из 64 нот, хранящихся в ее памяти. Это почти в четыре раза больше, чем количество нот в обычной механической шкатулке.

В микросхеме имеется также внутренний генератор, который извлекает ноты в необходимой последовательности. Единственными внешними компонентами шкатулки являются RC-цепь, задающая высоту тона, и оконечный усилитель. Полная схема электронной музыкальной шкатулки показана на рис. 1.

Рис.1

Высота тона устанавливается конденсатором С1 и резистором R1. Эти два элемента определяют частоту внутреннего генератора, от которой зависит не только высота звуков, но и темп исполнения мелодии. К сожалению, тональность и темп исполнения в нашей шкатулке взаимосвязаны, и изменение одного из них вызывает изменение другого. Вы можете поэкспериментировать с различными тональностями и темпами исполнения, изменяя величину сопротивления резистора R1.

В качестве выходного каскада используется простой усилитель мощности на двух транзисторах Q1 и Q2. Выходной сигнал микросхемы через резистор R2 управляет током базы транзистора Q1. С коллектора этого транзистора усиленный сигнал поступает на базу транзистора Q2, коллекторным током которого питается громкоговоритель сопротивлением 8 Ом.

Вас, наверное, удивило необычное включение транзисторов Q1 и Q2 в выходном каскаде. Оно используется из-за низкого напряжения питания схемы. Дело в том, что микросхема 7920 рассчитана на напряжение питания 1,5 В, которое легко можно получить от солнечных элементов. Но для большинства транзисторных схем такое напряжение обычно неприемлемо.

Для достижения большого усиления можно соединить транзисторы по схеме Дарлингтона, как это показано на рис. 2. Однако легко заметить, что при этом эмиттерные переходы двух транзисторов соединены последовательно.

Рис.2

Из основ радиоэлектроники известно, что падение напряжения на кремниевом диоде, смещенном в прямом направлении, а именно им является в транзисторе переход база - эмиттер, составляет 0,7 В. Падение напряжения на двух эмиттерных переходах составит уже 1,4 В. Другими словами, для работы схемы из двух таких транзисторов потребуется напряжение смещения, составляющее по крайней мере 1,4 В.

При таком смещении усиление сигнала будет крайне мало, если питать каскад от источника в 1,5 В. Данного напряжения питания просто недостаточно. Для нормальной работы нашего усилительного каскада необходимо обеспечить питание хотя бы 2 В, а еще лучше 3 В.

Соединив транзисторы, как это показано на рис. 1, мы полностью разрешили проблему базового смещения. Изолируя в этой схеме два эмиттерных перехода друг от друга, мы используем для работы ток коллектора транзистора Q1. При питании такого каскада от источника напряжения 1,5 В требуемый размах входного сигнала может составить более 0,7 В.

Источник питания на солнечных элементах для данной самоделки является одним из наиболее простых среди описанных в этой книге. Он включает в себя три соединенных последовательно солнечных элемента. Это не готовая солнечная батарея, а просто любые три элемента.

Но не спешите. Прежде чем начать паять и соединять вместе первые подвернувшиеся под руку элементы, необходимо сначала ронять некоторые факты, связанные со схемой. В среднем мощность, потребляемая музыкальной шкатулкой, очень мала. Средний потребляемый ток составляет около 30 мА. Однако в начале воспроизведения ноты наблюдаются значительные выбросы тока. В эти моменты ток потребления иногда достигает 90 мА.

Это сказывается на работе солнечных элементов и создает интересный музыкальный эффект.

Рассмотрим сначала само явление, а потом эффект, к которому оно приводит. Характерной чертой всех звуков, воспроизводимых музыкальными инструментами, является изменение амплитуды во время звучания. Оттяните, а затем опустите струну гитары или ударьте по клавише пианино. Обратите внимание на резкую атаку звука, которую вы услышите сначала, переходящую затем в затухающее колебание, которое музыканты называют установившимся. В этом-то все дело.

В первый момент, когда начинает звучать нота, создается очень острый пик энергии. Подражая реальным инструментам, микросхема 7920 генерирует такой звук электронным способом. В результате возникает короткий выброс тока, который, поступая на оконечный каскад, приводит транзистор Q2 почти в состояние насыщения. Это означает, что в течение короткого промежутка времени весь ток от солнечных элементов течет через нагрузочное сопротивление 8 Ом.

Но за это короткое время смещается рабочая точка на вольт- амперной характеристике солнечного элемента. В результате меняется не величина тока, вырабатываемого солнечными элементами (поскольку происходит самоограничение тока), а выходное напряжение. На короткое время выход солнечного генератора оказывается как бы закороченным и соответственно изменяется его выходное напряжение.

Ну а теперь позвольте сообщить вам, что синхрогенератор в микросхеме 7920 слабочувствителен к изменению напряжения. Поэтому падение напряжения в начале воспроизведения ноты приводит к кратковременному снижению частоты звучания.

Для борьбы с таким явлением приняты следующие меры. Во- первых, увеличены размеры солнечных элементов. Используя элементы заведомо большего (чем необходимо) размера, можно добиться снижения эффекта модуляции звука, однако скачки напряжения (хотя уже не такие значительные) все же останутся. И все е кое-какие неприятности доставляет непостоянство нагрузки солнечных элементов, величина которой изменяется практически от бесконечности (при отсутствии звука) до некоторого небольшого значения (при воспроизведении ноты). Фактически суммарное изменение напряжения составляет в общей сложности около 0,5 В или более.

Во-вторых, для сглаживания этих небольших флуктуаций можно установить конденсатор С2 параллельно солнечной батарее. В тот момент, когда схеме требуется большой ток, конденсатор С2, разряжаясь, обеспечивает большую его часть. Во время паузы между нотами конденсатор С2 заряжается от солнечных элементов. При использовании этих двух схемных решений удается более или менее стабилизировать напряжение питания микросхемы.

Конструкция

Музыкальный генератор размещен на печатной плате, размер которой позволяет разместить все устройство в небольшом объеме, например в коробочке из-под серег или запонок.
Рисунок печатной платы приведен на рис. 3, а размещение элементов на ней - на рис. 4.

Рис.3

Рис.4

При монтаже обратите внимание, что конденсатор С2 расположен для экономии места не сверху, а со стороны печатных проводников. Громкоговоритель, в качестве которого используется многогабаритный 8-омный динамик от транзисторного приемника, не следует располагать слишком близко к печатной плате. Наилучшая имитация звучания музыкальной шкатулки получается при использовании динамической головки с жестким диффузором из пластмассы или металла.

Музыкальная шкатулка

Теперь пришло время придать музыкальной шкатулке надлежащий внешний вид. Подумайте над этим, и вам в голову обязательно придут различные варианты. В качестве корпуса подойдет и шкатулка для ювелирных изделий, размеры которой могут быть самыми разнообразными, а также коробка для монет или даже террариум. Возможности здесь ограничиваются лишь вашим воображением. Имейте в виду, что наша музыкальная шкатулка практически вечна, поэтому она может найти самое различное применение в отличие от своих несовершенных механических предшественников.

Лично я выбрал шкатулку для ювелирных изделий с откидывающейся крышкой, имеющую форму фортепьяно. Мне кажется, что форма фортепьяно очень точно соответствует назначению музыкальной шкатулки. Какой бы корпус вы ни выбрали, убедитесь, что у него есть открытый верх или имеется достаточно прозрачное окно в крышке для установки солнечных элементов.

Соедините солнечные элементы последовательно и приклейте их к внутренней стороне крышки. Для этой цели предпочтительнее резиновый клей, однако подойдет и любой другой прозрачный клей. Если солнечная батарея располагается на подвижной части шкатулки (на откидывающейся крышке), протяните подводящие проводники так, чтобы их перемещение было минимальным. В этом случае можно использовать гибкий провод.

Электронную часть схемы можно разместить в любом подходящем месте. Однако это замечание не относится к громкоговорителю. При его размещении внутри закрытой коробки диффузор должен сообщаться с внешним пространством, иначе вы ничего не услышите. В этом случае в корпусе коробки просверлите несколько сквозных отверстий против динамика.

Для проверки вашей новой игрушки поместите ее под мощную лампу или выставьте на солнце. И тут же помещение наполнится волшебными звуками музыки.

Автор: Байерс Т.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Быстрый нано-фильтр для очистки воды 27.09.2018 Сегодня загрязнение воды считается одной из самых серьезных проблем во всем мире. По оценкам некоторых ученых, почти у каждого девятого человека нет устойчивого доступа к чистой воде. Многие семьи используют для питья водопроводную воду - из-под крана, очищенную с помощью фильтра. Выбор фильтров разнообразен: в некоторых используются или тонкопленочные мембраны, или, например, ионозамещающие смолы. В других в качестве фильтрующего элемента часто выступает активированный уголь из кокосовой скорлупы. Новую и более эффективную технологию фильтрации предложили исследователи из Мельбурнского королевского технологического университета (RMIT) и Университета Нового Южного Уэльса (UNSW). В роли самого фильтра выступают наноструктуры, или кластеры, которые естественным путем образуются при плавлении металлов. Фильтр может очень быстро вывести из воды как тяжелые металлы, так и масла. Исследователи создали сплав, объединив жидкие металлы на основе галлия с алюминием. Когда этот сплав подвергли воздействию воды, на его поверхности естественным образом "наросли" микроскопически тонкие листы соединений оксида алюминия. Эти тонкие слои - в 100 000 раз тоньше человеческого волоса - становятся пористыми на шероховатой поверхности, что позволят воде быстро проходить сквозь них, в то время как соединения оксида алюминия поглощают загрязняющие вещества. Эксперименты показали, что нано-фильтр из сложенных в стопку тонких листов эффективен при отделении масла от воды и при удалении свинца из воды, которая считалась безопасной для питья. Еще один плюс нового метода фильтрации состоит в том, что он не оставляет отходов. Для него необходим лишь алюминий и вода, и даже для каждой новой партии наноструктур повторно используются те же жидкие металлы.

Другие интересные новости:

▪ Сохранение свойства прозрачных электродов при нагревании

▪ Помидоры в пустыне

▪ Компьютерная мышь управляется ртом

▪ Топливные элементы станут дешевле

▪ Плазма со сверхбыстрым механизмом охлаждения

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Параметры, аналоги, маркировка радиодеталей. Подборка статей

▪ статья Коротенько, минут на сорок. Крылатое выражение

▪ статья Почему на экваторе жарко? Подробный ответ

▪ статья Нормы и условия бесплатной выдачи молока или других равноценных пищевых продуктов

▪ статья Двухтактный передатчик для телеуправления. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Стабилизированный преобразователь, 12/220 вольт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026