🕺🏻 🍗 ℹ️ 如何自己组装一个模拟电子琴 🌙 🔸 🕒

0.前言

我在这里阅读了各种互联网，并决定构建自己的Levitron，而没有任何数字废话。说到做到。我在公开展示中散布了创造力。

1.简要说明

Levitron是一种利用磁场使物体与重力保持平衡的装置。早就知道不可能利用静磁场使物体悬浮。我记得在学校物理学中，这被称为不稳定平衡状态。但是，花费一点点的欲望，知识，精力，金钱和时间，就有可能通过使用电子设备作为反馈来动态地悬浮物体。

原来是这样的：

2.功能电路

位于线圈末端的电磁传感器发出的电压与磁感应强度成正比。在没有外部磁场的情况下，这些电压将相同，而与线圈电流的大小无关。

如果下部传感器附近有一个永磁体，则控制单元将生成与磁场成比例的信号，将其放大到所需的水平，然后将其传输到PWM，以控制通过线圈的电流。因此，产生反馈并且线圈将产生这样的磁场，其将使磁体与重力保持平衡。

有点怪异，所有结果都证明了，我会尝试不同的方法：
-没有磁铁-线圈末端的感应相同-来自传感器的信号相同-控制单元产生最小信号-线圈在全功率下工作；
-他们使磁铁靠近-感应非常不同-来自传感器的信号非常不同-控制单元提供最大信号-线圈完全关闭-没有人握住磁铁并且磁铁开始掉落；
-Beckons下降-远离线圈-传感器的信号差减小-控制单元减小输出信号-通过线圈的电流增加-线圈的感应增加-磁铁开始吸引；
-吸引吸引-接近线圈-来自传感器的信号差增大-控制单元增大输出信号-通过线圈的电流减小-减小线圈的感应力-磁体开始下降；
-奇迹-磁铁不会掉落并且不会被吸引-或者说，它会掉落并且每秒被吸引数千次-也就是说，会产生动态平衡-磁铁只是悬挂在空中。

3.建设

主要结构元件是电磁线圈（电磁线圈），该线圈保持着磁场。

将直径为0.6毫米的78米漆包铜线紧紧缠绕在D36x48的塑料框架上，结果大约绕了600圈。根据计算，使用4.8欧姆的电阻和12V电源，电流将为2.5A，功率为30W。这是选择外部电源所必需的。（实际上，结果是6.0欧姆，它们不太可能切断更多的电线，而是节省了直径。）将

来自门铰链的直径20毫米的钢芯插入线圈内。在其末端，借助热熔胶固定传感器，传感器的方向必须相同。

带传感器的线圈安装在铝带支架上，铝带支架又安装在外壳上，外壳内部有一个控制板。

外壳上有一个LED，一个开关和一个电源插座。

外部电源单元（GA-1040U）具有备用电源，在12V时提供高达3.2A的电流。

作为悬浮物体，使用带有可口可乐罐头的N35H磁铁D15x5。我必须马上说一满罐不适合，所以我们用薄钻在末端打孔，沥干有价值的饮料（如果您不怕刨花，可以喝）并将磁铁粘在顶环上。

4.基本方案

来自传感器U1和U2的信号被馈送到差分电路中包含的运算放大器OP1 / 4。上传感器U1连接到反相输入，下传感器U2连接到同相输入，即信号相减，在输出OP1-4处，我们获得的电压仅与下传感器U2附近的永磁体产生的磁感应强度成比例。

元素C1，R6和R7的组合是此方案的重点，它使您可以实现完全稳定的效果，磁体将像球一样悬挂。怎么运行的？信号的恒定分量通过分频器R6R7并衰减11倍。可变分量无衰减地通过C1R7滤波器。可变成分来自哪里？常数部分取决于磁体在下部传感器附近的位置，而可变部分是由于磁体围绕平衡点（即平衡点）的振荡而产生的。是因为时间的变化，即从速度。我们对固定的磁体感兴趣，即它的速度为0。因此，在控制信号中，我们有两个部分-常数负责位置，变量负责此位置的稳定性。
此外，准备的信号被OP1 / 3放大。使用可变电阻器P2，可在调谐阶段设置必要的增益以实现平衡，具体取决于磁体和线圈的特定参数。

在OP1 / 1上组装了一个简单的比较器，当附近没有磁体时，该比较器将禁用PWM，从而禁用线圈。非常方便的事情是，如果您卸下磁体，请勿从插座上断开电源。响应级别由可变电阻器P1设置。

接下来，将控制信号提供给脉冲宽度调制器U3。输出电压范围为12V，输出脉冲的频率由值C2，R10和P3设置，并且占空比取决于DTC输入上的输入信号的电平。
PWM控制功率晶体管T1的开关，进而控制通过线圈的电流。

不能设置LED1，但需要SD1二极管，以释放过量电流并避免由于自感应而在线圈关闭时产生过压。

NL1-这是我们自制的线圈，专用于一个单独的部分。

结果，在平衡模式下，图片将如下所示：U1_OUT = 2.9V，U2_OUT = 3.6V，OP1 / 4_OUT = 0.7V，U3_IN = 1.8V，T1_OPEN = 25％，NL1_CURR = 0.5A。

为了清楚起见，我在PWM和线圈的输出端应用了传递特性，频率响应和相位响应的图形，以及波形图。

5.组件选择

该设备由廉价且负担得起的组件组装而成。最昂贵的是铜线WIK06N，78米长的WIK06N支付了1200卢布，其他所有东西都便宜得多。通常有广阔的实验领域，您可以不使用磁芯，也可以使用更细的电线。要记住的主要事情是，沿线圈轴的感应取决于匝数，沿线圈的电流以及线圈的几何形状。

线性特性高达840Gs的SS496A模拟霍尔传感器用作磁场传感器U1和U2，在我们的案例中就是这种情况。当使用灵敏度不同的模拟量时，您需要调整OP1 / 3处的增益，并检查线圈末端的最大感应水平（在我们的示例中，其磁芯达到500 G），以便传感器在峰值负载下不会进入饱和状态。

OP1是LM324N四路运算放大器。当线圈关闭时，它在第14个输出端产生20mV而不是零，但这是完全可以接受的。最主要的是不要忘记从最接近实际安装标称值的100K电阻堆中选择R1，R2，R3，R4。

通过反复试验选择面额C1，R6和R7作为稳定不同口径磁体的最佳选择（已测试N35H磁体D27x8，D15x5和D12x3）。 R6 / R7之比可以保持不变，如果有问题，C1值应增加到2-5μF。

当使用非常小的磁体时，您可能没有足够的增益，在这种情况下，请将R8额定值降低到500欧姆。

D1和D2是普通的整流二极管1N4001，在这里适合使用。

通用的TL494CN芯片用作脉宽调制器U3。工作频率由元件C2，R10和P3设置（根据20kHz方案）。最佳范围是20-30 kHz，频率较低时会出现线圈啸叫。代替R10和P3，您只需放置一个5.6K电阻即可。

T1是一个IRFZ44N场效应晶体管，它将适合同一系列的任何其他产品。选择其他晶体管时，您可能需要安装散热器，重点关注沟道电阻和栅极电荷的最小值。
SD1是一个肖特基二极管VS-25CTQ045，在这里我大幅度地抓住了一个常规的高速二极管，但它可能会变得很热。

LED1是黄色的L-63YT LED，正如他们所说的，在这里可以品尝和着色，您可以对其进行更多设置，以使所有物体都通过多色灯发光。

U4是5V稳压器L78L05ACZ，用于为传感器和运算放大器供电。当使用具有额外5V输出的外部电源时，可以不使用它，但是最好保留电容器。