太阳能电池上的音乐盒。方案、说明

免费技术库

无线电电子与电气工程百科全书
免费图书馆 / 无线电电子和电气设备方案

太阳能电池上的音乐盒。无线电电子电气工程百科全书

免费技术库

无线电电子与电气工程百科全书 / 替代能源

文章评论

什么力量可以制服愤怒的野兽？好吧，当然是音乐！没有什么比音乐盒中倾泻而出的美妙旋律更迷人、更舒缓的了。几个世纪以来，这些旋律无一例外地让男人、女人和孩子着迷。

有问题的音乐盒由太阳能电池供电。

来自太阳的力量

来自太阳的能量并不是这款音乐盒唯一的独特之处。与它的前身不同，这款音乐盒不包含移动部件，完全由硅电池供电。

过去的太阳能音乐盒只是旧机械音乐盒的改进。

其中，没有使用传统的工厂弹簧，而是使用电动机来旋转音乐鼓，而音乐鼓又由太阳能电池供电。

在我们这个经典玩具的版本中，机械驱动器被硅微电路（芯片）取代。该芯片内部存储了演奏旋律所需的所有音符和音程。当将太阳能电池应用于电源电路时，将从微电路的存储器中提取音符并由扬声器播放。

示意图

我们的玩具使用 Suwa Seikosha 制造的 7920 集成电路（该 IC 可从 Epson America, Inc., Torrance, CA 购买）。微电路可以播放内存中存储的 64 个音符的旋律。这几乎是传统机械盒中音符数量的四倍。

微电路还有一个内部发生器，可以按所需的顺序提取音符。该盒子唯一的外部组件是 RC 音调控制电路和末级放大器。电子音乐盒的完整方案如图1所示。 XNUMX.

带太阳能电池的音乐盒
Ris.1

间距由电容器C1和电阻器R1设定。这两个元素决定了内部发生器的频率，它不仅决定了声音的音调，还决定了旋律的节奏。不幸的是，音调和节奏在我们的盒子里交织在一起，其中一个的变化会导致另一个的变化。您可以通过改变电阻器 R1 的值来尝试不同的键和节奏。

输出级是一个简单的功率放大器，带有两个晶体管Q1和Q2。微电路的输出信号通过电阻R2控制晶体管Q1的基极电流。放大后的信号从该晶体管的集电极馈送到晶体管 Q2 的基极，晶体管 Q8 的集电极电流馈送到电阻为 XNUMX 欧姆的扬声器。

您可能对输出级晶体管 Q1 和 Q2 的异常导通感到惊讶。使用它是因为电路的电源电压较低。事实上，7920 芯片设计的电源电压为 1,5 V，可以很容易地从太阳能电池获得。但对于大多数晶体管电路来说，这个电压通常是不可接受的。

为了获得高增益，可以将晶体管连接成达林顿电路，如图2所示。 XNUMX. 然而，很容易看出，在这种情况下，两个晶体管的发射结是串联的。

带太阳能电池的音乐盒
Ris.2

从无线电电子学基础知识可知，正向偏置硅二极管（即晶体管中的基极-发射极结）两端的电压降为 0,7 V。两个发射极结两端的电压降已经为 1,4 V。换句话说，两个此类晶体管的电路需要至少 1,4V 的偏置电压才能运行。

有了这样的偏置，如果该级由 1,5 V 电源供电，信号增益将非常小，这个电源电压根本不够。为了我们的放大级的正常工作，需要提供至少2V的电源，更好的是3V。

通过如图所示连接晶体管1、我们彻底解决了基址偏移问题。通过在该电路中将两个发射结彼此隔离，我们利用晶体管Q1的集电极电流来工作。当此类级由 1,5V 电压源供电时，所需的输入信号摆幅可能超过 0,7V。

这种自制产品的太阳能电源是本书中描述的最简单的太阳能电源之一。它包括三个串联的太阳能电池。这不是现成的太阳能电池，而只是任意三个元件。

但别着急。在开始焊接和连接手头的第一个元件之前，您必须首先放弃一些与电路相关的事实。平均而言，音乐盒消耗的功率非常小。平均电流消耗约为30 mA。然而，在音符播放开始时，会观察到明显的电流浪涌。此时，电流消耗有时会达到 90 mA。

这会影响太阳能电池的运行并产生有趣的音乐效果。

让我们首先考虑现象本身，然后再考虑它所导致的影响。乐器再现的所有声音的一个特征是声音期间振幅的变化。向后拉，然后放下吉他弦或敲击钢琴琴键。请注意您首先会听到的声音的尖锐起音，然后变成阻尼振荡，音乐家称之为稳定状态。这就是重点。

音符开始响起的第一刻，就会产生非常尖锐的能量峰值。 7920 模仿真实乐器，以电子方式产生这种声音。结果，出现短时电流浪涌，进入末级，使晶体管Q2进入接近饱和状态。这意味着在短时间内，来自太阳能电池的所有电流都流过 8 欧姆负载电阻。

但在这段时间内，太阳能电池的电流-电压特性的工作点发生了变化。因此，改变的不是太阳能电池产生的电流量（因为电流是自限性的），而是输出电压。在短时间内，太阳能发电机的输出会出现短路，其输出电压也会随之变化。

好吧，现在我告诉你，7920芯片中的时钟发生器对电压变化稍微敏感。因此，音符播放开始时的电压下降会导致声音频率的短期下降。

为了应对这一现象，采取了以下措施。首先，太阳能电池的尺寸增大。使用尺寸明显大于（超过必要）尺寸的元件，可以实现声音调制效果的降低，但是，电压浪涌（尽管不是那么明显）仍然会存在。然而，一些问题是由太阳能电池负载的不稳定引起的，其值实际上从无穷大（没有声音时）到某个小值（演奏音符时）变化。事实上，总电压变化总计约为 0,5V 或更多。

其次，为了消除这些小波动，可以安装一个与太阳能电池阵列并联的电容器C2。此时，当电路需要大电流时，电容器C2通过放电提供大部分电流。在音符之间的暂停期间，电容器 C2 由太阳能电池充电。当使用这两种电路解决方案时，可以或多或少地稳定微电路的电源电压。

设计

音乐发生器放置在印刷电路板上，其尺寸允许您将整个设备放置在较小的体积中，例如放在耳环或袖扣下方的盒子中。
PCB如图所示。 3、以及其上元素的放置 - 如图所示。 4.

带太阳能电池的音乐盒
Ris.3

带太阳能电池的音乐盒
Ris.4

安装时，请注意电容器 C2 的位置不是从上方安装，而是从印刷导体的侧面安装，以节省空间。扬声器是晶体管接收器的超大 8 欧姆扬声器，不应放置得太靠近电路板。音乐盒声音的最佳模仿是通过使用带有塑料或金属制成的刚性锥体的动圈头来实现的。

音乐盒

现在是时候给音乐盒一个合适的外观了。想一想，你肯定会想出不同的选择。作为盒子，珠宝盒也很合适，其尺寸可以非常多样，还有硬币盒甚至玻璃容器。这里的可能性仅受您的想象力的限制。请记住，我们的音乐盒实际上是永恒的，因此与不完美的机械前身相比，它可以以多种不同的方式使用。

就我个人而言，我选择了钢琴形铰链盖首饰盒。在我看来，钢琴的形状与音乐盒的用途非常吻合。无论您选择哪种外壳，请确保它有一个开放的顶部或盖子上有足够清晰的窗口以容纳太阳能电池。

将太阳能电池串联起来，然后将它们粘到盖子的内部。为此，最好使用橡胶胶，但任何其他透明胶也可以。如果太阳能电池板位于盒子的移动部分（铰链盖上），请布置引线，使其移动最小。在这种情况下，可以使用软线。

电路的电子部分可以放置在任何合适的地方。然而，此评论不适用于扬声器。当放置在封闭的盒子内时，扩散器必须与外部连通，否则您将听不到任何声音。在这种情况下，在箱体上钻几个通孔抵住扬声器。

要测试您的新玩具，请将其放在强光灯下或暴露在阳光下。然后房间里就会充满神奇的音乐声。

作者：拜尔斯 T.

查看其他文章 部分替代能源.

读和写 有帮助对这篇文章的评论.

<< 返回

科技、新电子最新动态：

花园疏花机 02.05.2024

在现代农业中，技术进步的目的是提高植物护理过程的效率。创新的 Florix 疏花机在意大利推出，旨在优化采收阶段。该工具配备了移动臂，可以轻松适应花园的需求。操作员可以通过使用操纵杆从拖拉机驾驶室控制细线来调节细线的速度。这种方法显着提高了疏花过程的效率，提供了根据花园的具体条件以及花园中生长的水果的品种和类型进行个性化调整的可能性。经过两年对 Florix 机器在各种水果上的测试，结果非常令人鼓舞。 Filiberto Montanari 等农民使用 Florix 机器多年，他们表示疏花所需的时间和劳动力显着减少。 ... >>

先进的红外显微镜 02.05.2024

显微镜在科学研究中发挥着重要作用，使科学家能够深入研究肉眼看不见的结构和过程。然而，各种显微镜方法都有其局限性，其中之一是使用红外范围时分辨率的限制。但日本东京大学研究人员的最新成果为研究微观世界开辟了新的前景。东京大学的科学家推出了一种新型显微镜，它将彻底改变红外显微镜的功能。这种先进的仪器可以让您在纳米尺度上以惊人的清晰度观察活细菌的内部结构。通常，中红外显微镜受到分辨率低的限制，但日本研究人员的最新进展克服了这些限制。据科学家称，所开发的显微镜可以创建分辨率高达120纳米的图像，比传统显微镜的分辨率高30倍。 ... >>

昆虫空气捕捉器 01.05.2024

农业是经济的关键部门之一，害虫防治是这一过程中不可或缺的一部分。来自西姆拉印度农业研究委员会中央马铃薯研究所 (ICAR-CPRI) 的科学家团队针对这一问题提出了一种创新解决方案——风力昆虫空气捕捉器。该设备通过提供实时昆虫种群数据来解决传统害虫防治方法的缺点。该捕集器完全由风能提供动力，使其成为一种无需电力的环保解决方案。其独特的设计使您能够监测有害和有益昆虫，从而全面了解任何农业地区的昆虫数量。卡皮尔说：“通过在正确的时间评估目标害虫，我们可以采取必要的措施来控制害虫和疾病。” ... >>

来自档案馆的随机新闻

青霉素导致行为改变 21.04.2017

麦克马斯特大学的约翰·比恩斯托克博士和他的同事发现，给怀孕的老鼠及其后代服用临床（低）剂量的青霉素会导致长期的行为改变。特别是，攻击程度增加，焦虑程度降低。所有这些都伴随着大脑中特有的神经化学变化和肠道菌群的不平衡。

然而，给这些小鼠一种乳酸杆菌菌株有助于防止这些影响。 “在怀孕晚期和生命早期服用低剂量的青霉素，改变了受试者肠道中微生物的行为和平衡。虽然这些研究是在老鼠身上进行的，但它们支持人们越来越担心抗生素使用的长期影响， ”比恩斯托克博士说。

此前，在 2014 年，已经有一项研究表明，在妊娠晚期和早期给予小鼠临床剂量的青霉素会增加饮食诱发肥胖的易感性。

Bienenstock 博士继续说：“北美几乎没有婴儿在出生后第一年没有接受过抗生素疗程。抗生素不仅是处方药，还存在于肉类和奶制品中。如果母亲通过“关于这些药物对未出生的孩子或出生后的孩子的影响，这引发了额外的问题。然而，我们的研究结果表明，益生菌可能有效预防青霉素的有害影响。”

其他研究表明，成年动物使用高剂量的广谱抗生素会影响行为。然而，直到现在，还没有人解决临床剂量广泛使用的窄谱抗生素（如青霉素）对肠道细菌和一般行为的影响。

研究小组计划分析青霉素对后代的影响，条件是只有孕妇接受这种药物，而不是孩子自己。他们还打算研究不同类型的潜在有益细菌在保护后代免受使用抗生素引起的行为变化方面的有效性。

其他有趣的新闻：

▪ 跑者停止创造纪录

▪ 良好的胆固醇可预防败血症

▪ Microchip MIC28514/5 降压转换器

▪ 宿醉药

免费技术图书馆的有趣材料：

▪ 文章哪位科学家向那些想要他签名的人收取费用？详细解答

▪ 文章凯尔盖朗卷心菜。传说、栽培、使用方法