Sintetizator analogic / organ minunat folosind numai componente discrete: 10 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

Sintetizatoarele analogice sunt foarte cool, dar și destul de greu de realizat.

Așa că am vrut să fac una cât se poate de simplă, astfel încât funcționarea sa să poată fi ușor de înțeles.

Pentru ca acesta să funcționeze, aveți nevoie de câteva sub-circuite de bază: un oscilator simplu cu rezistență de frecvență oscilantă selectabilă, câteva taste și un circuit de amplificare de bază.

Dacă utilizați niște tampoane conductive în loc de butoane pentru taste, ați putea face versiunea dvs. foarte cool

Stilofon!

În acest instructable vom învăța cum să-l realizăm și vom învăța cum funcționează.

Instrucțiunea este destinată pasionaților de electronice începători până la intermediari.

Pasul 1: Instrumente necesare

Veți avea nevoie de un fier de lipit și de niște plăci de prototipare, sau îl puteți asambla pe panou.

Dacă sunteți puțin mai avansat, vă voi oferi fișiere pentru gravarea propriului PCB.

Pasul 2: Începând cu un oscilator

Inima sintetizatorului este un circuit Multivibrator Astable realizat cu un amplificator operațional. Pe internet veți găsi derivări foarte lungi și detaliate ale funcționării sale, dar voi încerca să explic funcționarea sa într-un mod mai simplu.

Oscilatorul este format din câteva rezistențe și un condensator.

Circuitul comparator op-amp este configurat ca un declanșator Schmitt care folosește feedback pozitiv oferit de rezistențele R1 și R2 pentru a genera histerezis. Această rețea rezistivă este conectată între ieșirea amplificatoarelor și intrarea fără inversare (+). Când Vo (tensiunea de ieșire) este saturată la șina de alimentare pozitivă, o tensiune pozitivă este aplicată intrării non-inversoare a amplificatorilor op. În mod similar, atunci când Vo este saturat la șina de alimentare negativă, o tensiune negativă este aplicată intrării op-amperi care nu inversează.

Această tensiune încarcă și descarcă încet condensatorul la intrarea (-) prin rezistorul Rf. Să spunem că începem cu ieșire amplificator op la tensiunea de saturație pozitivă (+ Vsat). Condensatorul este încărcat și tensiunea sa (Vc) crește încet. Între timp, R1 și R2 formează un divizor de tensiune cu ieșirea sa de tensiune (Vdiv) la o valoare stabilă undeva între tensiunea de saturație de ieșire (+ Vsat) și 0V. Când tensiunea condensatorului depășește tensiunea divizorului de tensiune R1 și R2, amplificatorul operațional își inversează starea în tensiune de saturație negativă (-Vsat). Apoi, condensatorul este descărcat prin rezistorul Rf până când tensiunea sa (Vc) este mai mică decât tensiunea divizoarelor R1 și R2 (Vdiv). Apoi își rotește din nou starea la starea inițială (+ Vsat). Și așa mai departe și așa mai departe.

De fapt, aceasta produce tensiunea de ieșire a undelor pătrate a oscilatorului și, dacă are frecvența potrivită, produce un ton audibil.

Pasul 3: Calcularea frecvențelor

Frecvența oscilatorului poate fi calculată prin intermediul ecuației din imaginea de mai sus.

Puteți regla acest sintetizator orice doriți.

Am vrut să-l reglez în scara Do major - toate tastele albe de pe pian. În acest fel, nu există tonuri „greșite” și este ușor de jucat pentru copii.

Așa că am căutat online lista de frecvențe pentru tonurile specifice și am decis să reglez lucrurile de la nota C4 la C5.

Am făcut calculele pentru rezistența necesară. L-am făcut fantezist și l-am calculat cu Matlab (Octave).

Pentru divizorul de rezistențe R1 și R2 am ales rezistențe de 22k ohm, pentru condensator am ales capac 100nF.

Iată codul dacă ești prea leneș să o faci manual cu un calculator. Sau puteți utiliza doar ecuația răsturnată pentru calculul manual al rezistenței.

R1 = 220e3; R2 = 220e3;

lambda = R1 / (R1 + R2);

C = 100e-9;

f = [261,63 293,66 329,63 349,23 392 440 493,88 523,25]; % listă de frecvențe

R = 1./ (f. * 2. * C. * log ((1 + lambda) / (1-lambda)))

Iată rezultatele:

C4 = 17395 ohm

D4 = 15498 ohm

E4 = 13806 ohm

F4 = 13032 ohm

G4 = 11610 ohm

A4 = 10343 ohm

B4 = 9215 ohm

C5 = 8697 ohm

Desigur, am avut nevoie să rotunjesc valorile la cele mai apropiate valori ale rezistorului. Am folosit seria standard de rezistențe E12, care este cea mai des întâlnită în cutia de piese hobby. Deoarece seria de rezistențe E12 este destul de grosieră, am folosit 2 rezistențe în serie pentru fiecare valoare, pentru a mă apropia de rezistența dorită, iar sintetizatorul va fi mai acordat în acest fel.

C4 = 2,2k + 15k ohm D4 = 15k + 470 ohm

E4 = 8,2k + 5,6k ohm

F4 = 12k + 1k ohm

G4 = 4,7k + 6,8k ohm

A4 = 10k + 330 ohm

B4 = 8,2k + 1k ohm

C5 = 8,2k + 470 ohm

Pasul 4: schema oscilatorului finalizat

Iată schema pentru partea oscilatorului.

Cu tastele individuale, selectați rezistența dorită și se produce tonul dorit.

Această schemă explică de ce obțineți sunete înalte atunci când apăsați mai multe taste simultan. Prin apăsarea mai multor taste simultan, conectați mai multe ramuri ale rezistențelor în paralel și le conectați eficient în paralel, reducând rezistența totală. Rezistența mai mică produce un ton mai înalt.

Pasul 5: Amplificatorul difuzoarelor

Amplificatorul difuzorului s-ar putea face chiar mai simplu, dar am decis să fac un adevărat amplificator de clasă AB.

Etapa constă din tranzistoare PNP și NPN, condensatori de cuplare și două rezistențe de polarizare și diode.

Foarte de bază, dar funcționează bine.

În fața scenei amplificatorului am pus un potențiometru logaritmic (audio) de 100k pentru reglarea volumului.

Deoarece potențiometrul singur în circuit ar dezactiva oscilatorul (rezistență adăugată), am plesnit un tampon op-amp în fața acestuia, care introduce o rezistență mare de intrare pentru circuitul din față și o impedanță scăzută pentru circuite după aceasta.

Practic un buffer este un amplificator cu un câștig de 1.

Opamp-ul pe care îl folosesc este TL072, care are două circuite de amplificare, așa că de asta avem nevoie doar.

Pasul 6: Lucruri auxiliare

În partea stângă a imaginii se află anteturile conectorului de intrare, de unde conectați sursa de alimentare.

Acestea sunt urmate de două diode care protejează circuitul pentru conectarea accidentală a sursei de alimentare de polaritate greșită.

Am adăugat și două LED-uri pentru a indica prezența fiecărei linii de alimentare.

Pasul 7: Schema completă

Iată schema finalizată.

Pasul 8: sursa de alimentare

Circuitul necesită o alimentare simetrică.

Aveți nevoie de + 12V și -12V (9V ar funcționa și).

Am folosit o sursă de alimentare veche de la o imprimantă cu jet de cerneală spartă, deoarece avea șine + 12V și -12V (vezi fotografiile)

Dar puteți face, de asemenea, o sursă de alimentare simetrică + -12V dintr-o singură 24V utilizând schema de mai sus.

Dar nu uitați să montați un radiator la regulatorul 7812.

Sau puteți conecta în serie două surse de alimentare izolate de 12V.

Pasul 9: PCB

Dacă doriți să vă gravați propriile PCB-uri, puteți găsi fișierul pentru imprimare aici. Am folosit butoane de 10x10mm pentru chei.

Mulți oameni au vrut să știe unde să găsească butoane cu un capac mare frumos. Aici am reușit să găsesc butoane similare pe care le puteți folosi pentru tastatură:

www.banggood.com/custlink/GvDmqJEpth

De asemenea, ar trebui să încapă pe o placă de măsurare!

Acesta este un link afiliat - plătiți același preț ca și fără link, dar primesc un mic comision, astfel încât să pot cumpăra mai multe componente pentru proiectele viitoare:)

Pentru selectorul de condensatori, am lipit antetul, astfel încât să pot schimba rapid condensatorii.

Pe de altă parte, circuitul este suficient de simplu, astfel încât să îl puteți asambla pe panou sau pe o placă de lipit prototip. Ar fi și mai ușor să tratezi și să schimbi componentele pentru efecte diferite.

Pentru difuzor am reciclat un difuzor intern vechi pentru PC, am realizat o carcasă simplă imprimată 3D pentru acesta.

Pasul 10: Gata

Acum sintetizatorul dvs. este terminat și ar trebui să redați câteva melodii minunate cu el!

Sper că ți-a plăcut instructabilul. Simțiți-vă liber să verificați celelalte instructabile și videoclipuri de pe YouTube!

Mă puteți urmări pe Facebook și Instagram

www.instagram.com/jt_makes_it

pentru spoilere la ceea ce lucrez în prezent, în culise și alte extra!