Электроника:Эксперименты/Электрические цепи переменного тока/Музыкальный синтезатор как генератор сигналов

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Музыкальный синтезатор как генератор сигналов[1]

Оборудование и материалы

  • Электронная (музыкальная) «клавиатура»
  • «Моно» (не стерео!) разъём для наушников
  • Согласующий трансформатор (отношение 1 кОм к 8 Ом; каталог Radio Shack №273-1380)
  • Резистор 10 кОм

В этом эксперименте вы узнаете, как использовать электронную музыкальную клавиатуру в качестве источника сигналов переменного напряжения переменной частоты. Для этого вам не нужно тратиться на дорогую клавиатуру, но было бы неплохо, если бы на ней имелся хотя бы несколько десятков инструментальных голосов (фортепиано, флейта, арфа и т. д.). Штекер «моно» будет подключён к разъёму для наушников на музыкальном синтезаторе, поэтому приобретите штекер подходящего размера для клавиатуры.

Трансформатор согласования импеданса (или просто согласующий трансформатор) представляет собой небольшой трансформатор, который легко купить в магазине электроники. Ещё такой можно извлечь из небольшого ненужного радиоприёмника: он подключается между динамиком и печатной платой (усилителем), поэтому его легко определить по местоположению.

Полное сопротивление первичной обмотки измеряется в омах (1000 Ом) и обычно имеет отвод от центра. Вторичная обмотка имеет сопротивление 8 Ом и не имеет отвода от средней точки. Эти значения импеданса не совпадают с сопротивлением постоянному току, поэтому не ожидайте, что ваш омметр покажет 1000 Ом и 8 Ом — однако обмотка 1000 Ом покажет большее сопротивление, чем обмотка 8 Ом, потому что она имеет больше витков.

Если для эксперимента такой трансформатор найти не удаётся, вполне подойдёт и обычный понижающий силовой трансформатор 120/6 В.

Ссылки по теме

Цели эксперимента

Ознакомиться с…

  • … разницей между амплитудой и частотой
  • … измерениями переменного напряжения/тока мультиметром
  • … трансформаторным режимом (повышающим)

Принципиальная схема

Рис. 1. Схематическая диаграмма: музыкальная клавиатура в качестве генератора электрических сигналов.
Рис. 1. Схематическая диаграмма: музыкальная клавиатура в качестве генератора электрических сигналов.

Иллюстрации

Рис. 2. Иллюстрация: музыкальная клавиатура в качестве генератора электрических сигналов.
Рис. 2. Иллюстрация: музыкальная клавиатура в качестве генератора электрических сигналов.

Ход эксперимента

Обычно студент-электронщик в школе должен иметь доступ к устройству, называемому генератором сигналов, или генератором функций, используемым для создания сигналов напряжения переменной частоты для питания цепей переменного тока. Недорогая электронная клавиатура является более дешёвой альтернативой обычному генератору сигналов и обеспечивает функции, которые не могут обеспечить большинство генераторов сигналов, например создание волн смешанной частоты.

Чтобы «подключиться» к напряжению переменного тока, создаваемому клавиатурой, вам нужно вставить штекер в разъём для наушников (иногда просто помеченный иконкой «телефона» на клавиатуре) вместе с двумя проводами для подключения к схемам вашей собственной разработки. Когда вы вставите вилку в гнездо, обычный динамик, встроенный в клавиатуру, будет отключён (при условии, что клавиатура им оснащена), и сигнал, который использовался для питания этого динамика, будет доступен на проводах вилки. В этом конкретном эксперименте я рекомендую использовать клавиатуру для питания 8-омной стороны аудио «выходного» трансформатора, чтобы повысить напряжение до более высокого уровня. Если вместо выходного звукового трансформатора используется силовой трансформатор, подключите клавиатуру к низковольтной обмотке, чтобы она работала как повышающее устройство. Клавиатуры производят сигналы очень низкого напряжения.

Используя недорогую клавиатуру Yamaha, я обнаружил, что настройка тембра для «флейты Пана» даёт самую правильную синусоидальную форму волны. Форма волны этого голоса или что-то близкое к ней (например, голос для «флейты») рекомендуется для начала экспериментов, поскольку она относительно свободна от гармоник (множество волн, смешанных вместе, целочисленно-кратной частоты). Поскольку мультиметр состоит всего из одной частоты, это менее сложная форма сигнала для измерения. Убедитесь, что клавиатура настроена на режим, в котором нота будет сохраняться при удерживании любой клавиши, иначе амплитуда (напряжение) волны будет постоянно изменяться (высокая при первом нажатии клавиши, затем быстро спадает до нуля).

С помощью вольтметра переменного тока определите напряжение непосредственно с разъёма наушников. Затем считайте напряжение, повышенное трансформатором, отметив коэффициент шага. Если ваш мультиметр имеет функцию «частоты», используйте её для измерения частоты сигнала, создаваемого клавиатурой. Попробуйте разные ноты на клавиатуре и запишите их частоты. Замечаете ли вы частотный паттерн, когда нажимаете разные ноты, особенно клавиши, похожие друг на друга (обратите внимание на 12-клавишный чёрно-белый паттерн, повторяющийся на клавиатуре слева направо)? Если вы не против сделать отметки прямо на клавиатуре, напишите частоты в герцах чёрными чернилами на белых клавишах рядом с верхней частью, где пальцы с меньшей вероятностью стирают цифры.

В идеале не должно быть никаких изменений амплитуды сигнала (напряжения) при попытке использовать разные частоты (ноты на клавиатуре). Если вы регулируете громкость вверх и вниз, вы обнаружите, что изменения амплитуды должны иметь незначительное влияние или совсем не влиять на измерение частоты. Амплитуда и частота являются двумя совершенно независимыми аспектами сигнала переменного тока.

Попробуйте подключить выход клавиатуры к сопротивлению нагрузки 10 кОм (через разъём для наушников) и измерьте переменный ток мультиметром. Если ваш мультиметр имеет функцию измерения частоты, вы также можете измерить частоту этого тока. Она должна быть такой же, как и для напряжения для любой данной ноты (клавиши клавиатуры).

См.также

Внешние ссылки