Elektronika 
 
Budujemy teremin – instrument jak z filmów SciFi
Hefajstos
Choć pierwsze modele tereminu były konstruowane jeszcze na lampach elektronowych, instrument ten wygląda jak wyjęty z filmów fantastyczno – naukowych, wydając dźwięki na podstawie położenia rąk grającego. I choć gra na nim jest niezwykle widowiskowa, samo urządzenie jest stosunkowo proste w budowie i można się pokusić o jego konstrukcję czy to samodzielnie – w domu, czy też na zajęciach w klubie czy na kółku technicznym.

Mimo, że teremin sprawia wrażenie instrumentu typowo futurystycznego, jego historia sięga lat dwudziestych dwudziestego wieku. Wynalazcą tego instrumentu był rosyjski fizyk i wynalazca Lew Termen1 , który wykorzystał efekt zakłócania działania generatora lampowego przez zmiany w rozkładzie pola elektrycznego w jego okolicy. Teremin, opatentowany w 1928 roku, pierwotnie lampowy, doczekał się wersji tranzystorowej i jest produkowany i sprzedawany do dziś, choć jego zastosowania są raczej niszowe.

 

Gra na terminie polega na zbliżaniu dłoni do anten wystających po obu stronach obudowy. Odległość ręki od jednej z anten kontroluje wysokość dźwięku. Druga antena dopowiada za głośność. Oba te parametry zmieniają się płynnie w czasie ruchu rąk, trudno więc grać konkretne nuty, ale nie jest to niewykonalne i przy poświęceniu pewnego czasu na ćwiczenia instrument ten jest do opanowania. Dźwięki jakie się z niego wydobywają trochę przypominają grę na pile a trochę – brzmienia smyczkowe. W internecie bez problemu znajdziemy zarówno przykłady gry na tym instrumencie2 jak i przykłady amatorskich konstrukcji. Szczególnie godnym polecenia jest opis tereminu skonstruowanego przez Roberta Mooga a opisanego w artykule pochodzącym z 1996 roku i dostępnym w sieci pod adresem https://www.cs.nmsu.edu/~rth/EMTheremin.pdf. Schemat może wydawać się nieco skomplikowany, szczególnie dla początkujących elektroników, ale układ elektryczny składa się a kilku oddzielnych modułów które można uruchamiać pojedynczo. Warto się jednak z niego zabrać, bo koszt budowy instrumentu spokojnie zamknie się w 100 zł (przy cenie gotowego przekraczającej 2000 zł)

Układ tereminu składa się z trzech oscylatorów o częstotliwościach mieszczących się w zakresie niższych częstotliwości radiowych (około 500 kHz). Każdy z generatorów jest zbudowany w oparciu o dwa tranzystory. Przykładem może być układ oparty o tranzystory Q1 i Q2 pracujące w układzie wzmacniacza różnicowego. Kondensator C12 i cewka L5 tworzą obwód rezonansowy odpowiadający za częstotliwość tego oscylatora. Jednak ta częstotliwość zależy także od dodatkowych pojemności i indukcyjności które zależą od otoczenia, którego wpływ jest dodatkowo wzmacniany anteną podłączoną przez dość sporą indukcyjność (cewki L1 – L4)3. Zadaniem tej cewki jest zatrzymanie zakłóceń radiowych.

 

Generator oznaczony na schemacie jako variable pitch oscilator generuje sygnał o częstotliwości zmieniającej się w zależności od tego co znajduje się w okolicach anteny. Jego drgania są mieszane z drganiami generatora o stałej częstości – przestrajanej w niewielkim zakresie potencjometrem P1. Sygnał z obu generatorów mieszany jest na nieliniowej oporności diody D4, dzięki czemu otrzymujemy między innymi sygnał o częstotliwości będącej różnicą częstotliwości generatora stałego i tego który jest przestrajany zbliżeniem rąk do anteny.

Pewnym problemem może być zdobycie elementów elektronicznych. Układ scalony LM13600 nie jest obecnie dostępny w sklepach elektronicznych i trzeba poszukać układu który mógłby go zastąpić (na przykład NE5517). Mi udało się zamówić takie układy a portalu Aliexpress. Tranzystory możemy stosować w zasadzie dowolne – na przykład popularne BC547. Większym problemem będzie zdobycie odpowiednich cewek i niestety będziemy skazani na ich samodzielne nawijanie. Jeśli zależy nam na cewkach strojonych – takich jak w oryginalnym urządzeniu, musimy poszukać dowolnych cewek strojonych rdzeniem i je przewinąć (to przyda się miernik indukcyjności) albo użyć gotowych cewek nawiniętych na ferrytowych rdzeniach toroidalnych dodając równolegle do tworzącego wraz z nią kondensatora – trymer o maksymalnej pojemności około 100pF. Jeśli zakres strojenia będzie niewystarczający – dolutowujemy równolegle kondensatory stałe o niewielkiej pojemności.

Po uruchomieniu obu generatorów musimy zadbać o to, by ich częstotliwości były do siebie bardzo zbliżone. I tu bez dostępu do częstościomierza – niestety się nie obejdzie. Na szczęście będzie potrzebny tylko na chwilę a częstotliwości generatorów nie są zbyt wysokie, więc da się je mierzyć nawet prostym układem mikroporocesorowym. Możemy także użyć do strojenia oscyloskopu obserwując na ekranie dudnienia obu oscylatorów na diodzie D4.

Oscylator w układzie głośności pracuje dokładnie tak samo jak oscylatory tonu, jednak jest od nich nieco odstrojony, by nie wywoływać zakłóceń o częstotliwościach akustycznych. Tu antena działa jak kondensator o pojemności zależnej o tego jak daleko trzymamy od niej rękę, zmieniający nie częstotliwość – ale amplitudę sygnału, który po wyprostowaniu steruje wzmacniaczem sterowanym napięciem.

 

Do montażu możemy użyć uniwersalnej płytki drukowanej. Warto zaopatrzyć się w płytkę o większych rozmiarach, by móc swobodnie eksperymentować z dodatkowymi kondensatorami lub pobawić się wymieniając cewki. Pamiętajmy, że układ pracuje na częstotliwościach radiowych, a więc istotny jest montaż: połączenia powinny być krótkie i proste wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z sygnałem o wielkiej częstotliwości.


3
 Jeśli cewki nawijamy samodzielnie – można je zastąpić pojedynczą cewka o indukcyjności 40mH
 
Opinie
 
Facebook
 
  
3306 wyświetleń

numer 10/2017
2017-10-08

Od redakcji
Dla młodszych
Fizyka
Język
Literatura
Polityka
Rozmaitości

nowyOlimp.net na Twitterze

nowy Olimp - internetowe czasopismo naukowe dla młodzieży.
Kolegium redakcyjne: gaja@nowyolimp.net; hefajstos@nowyolimp.net