Bauen Sie ein Theremin aus einer Getränkedose

Das Theremin ist ein elektronisches Musikinstrument, das ohne physischen Kontakt gespielt wird. Der Steuerbereich des Instruments besteht üblicherweise aus zwei Metallantennen, die die relative Position der Hände des Thereministen erfassen. Die Frequenz des Oszillators wird mit einer Hand und die Amplitude (Lautstärke) mit der anderen Hand kontrolliert. Die elektrischen Signale des Theremins werden verstärkt und an einen Lautsprecher gesendet. Der Klang des Instruments wird oft mit unheimlichen Situationen in Verbindung gebracht.

In diesem Projekt wird gezeigt, wie man mit dem Digilent Electronics Explorer Board und einer Getränkedose als Antenne ein einfaches Theremin bauen kann! Das Theremin zeigt nur eine Tonhöhenmodulation. Im Blockschaltbild ist die Umsetzung zu sehen.

Die Antenne (Getränkedose) dient als eine Platte eines Kondensatoren. Somit wird die Kapazität der Schaltung verändert, wenn Sie Ihre Hand näher an die Getränkedose heran oder weiter von ihr weg bewegen. Dies geschieht innerhalb des Oszillators mit variabler Frequenz in unserer Schaltung. Wenn sich die Kapazität im Oszillator ändert, ändert sich auch die Ausgangsfrequenz des Oszillators. Diese Änderung der Frequenz kann aus dem Lautsprecher am Ende der Schaltung gehört werden.

Wir nutzen den Digilent Electronics Explorer (194-6458) , um die Schaltung mit Strom zu versorgen. Das Electronics Explorer-Board enthält alle Prüf- und Messgeräte, die notwendig sind, um analoge und digitale Schaltungen aller Arten zu entwickeln, zu bauen und zu prüfen. Es ist auf einer lötfreien Steckplatine gebaut und enthält ein Mixed-Signal-USB-Oszilloskop mit 4 Kanälen, einen Wellenformgenerator, eine variable Stromversorgung, ein Voltmeter und dreiunddreißig digitale Signale, die als Logikanalysator, Mustergenerator oder eins von mehreren statischen digitalen I/O-Geräten konfiguriert werden können. All diese Instrumente können durch einfache Schaltdrähte mit den Schaltungen verbunden werden, die auf den lötfreien Steckplatinen gebaut wurden.

Für das Getränkedosen-Theremin benötigte Teile

• Digilent Electronics Explorer (194-6458)
• Aus dem Digilent Analogteil-Kit: (184-0451)
• Operationsverstärker OP27 (x2) (709-5550)
• Operationsverstärker OP37 (522-8770)
• Kleiner Lautsprecher (188-2197)
• 100-pF-Keramikkondensator (831-2916)
• 047-uF-Keramikkondensator (906-0691)
• Kleinsignaldiode (1N3064)
• 10-kΩ-Widerstand (x2) (707-8300)
• 20-kΩ-Widerstand (x2) (125-1166)
• 47-kΩ-Widerstand (x2) (707-8369)
• 100-kΩ-Widerstand (x3) (707-8748)
• Pins für Steckplatine
• Schaltdraht (189-2274)
• Getränkedose
• WaveForms-Software

Das Getränkedosen-Theremin bauen

Die Schaltung wird vollständig auf der Schaltplatine des Electronics Explorer gebaut. Am besten ist es, auf einer Seite Ihrer Schaltplatine zu beginnen und nach rechts zu arbeiten, um sicherzugehen, dass alles passt.

Schritt 1 – Oszillatoren

Für den Oszillator mit variabler Frequenz nutzen wir den Operationsverstärker OP27. Platzieren Sie den Operationsverstärker so, dass er den Mittelbereich der Steckplatine überbrückt und die Kerbe zur Oberseite der Steckplatine zeigt. Versorgen Sie den Operationsverstärker mit +5 V und -5 V. Sie müssen auch einen 100-pF-Kondensator und drei 100-kΩ-Widerstände verwenden. Zur Stromversorgung des Operationsverstärkers werden programmierbare Netzgeräte des Electronics Explorer genutzt.

Um Platz auf unserer Steckplatine zu sparen, wird der Arbitrary Waveform Generator des Electronics Explorer als fester Oszillator eingesetzt. Nutzen Sie die WaveForms-Softwareanwendung, um hier eine Sinuswelle anzuwenden. Die Sinuswelle sollte eine Frequenz haben, die der des Oszillators mit variabler Frequenz nahe kommt. In diesem Projekt sind das etwa 25,5 kHz.

Schritt 2 – Gewichteter Addierer

Der nächste Teil der Schaltung, der gewichtete Addierer, mischt die Signale unserer Oszillatoren mit fester und variabler Frequenz. Es wird ein weiterer OP27 angewendet. Platzieren Sie ihn einige Löcher weiter unten auf der Steckplatine, sodass er den Mittelbereich der Platine überbrückt und die gekerbte Seite zur Oberseite der Platine zeigt. Sie müssen ebenfalls zwei 47-kΩ-Widerstände und einen 20-kΩ-Widerstand verwenden. Der Arbitrary Waveforms Generator des Electronics Explorer dient als Stromversorgung für den Operationsverstärker.

Schritt 3 – Hüllkurvendetektor

Durch das Mischen der oszillierenden Signale mit dem gewichteten Addierer wird ein „Schwebungssignal“ erzeugt. Das neue Signal, das vom gewichteten Addierer ausgegeben wird, wird durch einen Hüllkurvendetektor geleitet, der das Muster der Schwebung aufzeichnet. Das Eingangssignal des  Hüllkurvendetektors ist das Ausgabesignal des gewichteten Addierers. Sie müssen ebenfalls eine Diode, einen 0,47-uF-Kondensator und einen 10-kΩ-Wiederstand verwenden. Die Ausrichtung der Diode ist sehr wichtig. Die Diode im Analogteil-Kit ist orange und hat ein schwarzes Band auf einer Seite. Die Seite mit dem schwarzen Band ist „negativ“.

Schritt 4 – Verstärker

Das Ausgabesignal des Hüllkurvendetektors ist eigentlich bereit, um an den Lautsprecher gesendet zu werden, doch das Ergebnis wäre nicht sehr laut. Aus diesem Grund ist der letzte Schritt, bevor das Signal an den Lautsprecher gesendet wird, ein Verstärker. Hier wird ein invertierender Verstärker angewendet, der mit einem OP37-Operationsverstärker gebaut wurde. Die Pinbelegung des OP37 ist gleicht der des OP27. Der Operationsverstärker verhält sich auch auf ähnliche Weise. Sie müssen ebenfalls einen 10-kΩ- und einen 20-kΩ-Widerstand verwenden.

Schritt 5 – Vollenden Sie die Schaltung.

Verbinden Sie die den Ausgang des Verstärkers mit dem Pin des Lautsprechers. Verbinden Sie den anderen Pin des Lautsprechers mit einer der Erdungsschienen des Electronics Explorer. Befestigen Sie einen Draht an der Getränkedose und stellen Sie sicher, dass ein Metall-Metall-Kontakt besteht. Das andere Ende dieses Drahtes muss mit einer Erdungsschiene des Electronics Explorer verbunden werden. Den grünen Draht des Oszillators halten Sie in der Hand. Bewegen Sie Ihre andere Hand um die Getränkedose, um das Theremin zu spielen!

Befolgen Sie die Schritt-für-Schritt-Anleitung im Digilent Wiki und bauen Sie Ihr eigenes Theremin.