Zrób to sam, zasilany bateryjnie pedał Overdrive do efektów gitarowych: 5 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Z miłości do muzyki lub z miłości do elektroniki, celem tego Instruktażu jest pokazanie, jak krytyczne SLG88104V Rail to Rail I/O 375nA Quad OpAmp z jego niskim poborem mocy i niskim napięciem może zrewolucjonizować obwody przesterowania.

Typowe konstrukcje overdrive dostępne obecnie na rynku działają pod napięciem 9V. Jednak, jak wyjaśniono tutaj, udało nam się osiągnąć przesterowanie, które jest niezwykle ekonomiczne pod względem zużycia energii i działa na tak niskim VDD, że może pracować przy użyciu tylko dwóch baterii AA przy trzech woltach przez dłuższy czas i wyjątkowo długą żywotność baterii. Aby dodatkowo chronić akumulatory pozostawione w urządzeniu, standardowo stosowany jest mechaniczny wyłącznik do odłączania. Ponadto, ponieważ rozmiar SLG88104V jest niewielki przy minimalnej ilości użytych baterii, w razie potrzeby można wykonać mały lekki pedał. Wszystko to w połączeniu z przyjemnymi efektami dźwiękowymi sprawia, że jest to wiodący projekt overdrive.

Wzmacniane gitary pojawiły się na początku lat 30-tych. Jednak w tym czasie artyści pierwsi nagrywający dążyli do czystych brzmień typu orkiestrowego. W latach 40-tych DeArmond wyprodukował pierwszy na świecie samodzielny efekt. Ale w tamtych czasach wzmacniacze były zaworowe i nieporęczne. W latach 40-tych i aż do 50-tych, mimo że czyste tony były powszechne, konkurencyjne osoby i zespoły często zwiększały głośność swoich wzmacniaczy do stanu przesterowania, a dźwięk przesterowany stawał się coraz bardziej popularny. W latach 60-tych zaczęto produkować wzmacniacze tranzystorowe z Vox T-60, w 1964 i mniej więcej w tej samej epoce, aby jeszcze bardziej zachować zniekształcony dźwięk, który był bardzo poszukiwany w tym czasie, narodził się pierwszy efekt zniekształcenia.

Krok 1: Warunki wstępne

Analogowe lub cyfrowe przetwarzanie sygnałów muzycznych może zapewnić nowe efekty, a aktywne efekty przesterowania odtwarzają przesterowane efekty przesterowania wczesnych wzmacniaczy lampowych.

Zwykle niechciane i zminimalizowane pod względem wzmocnienia, a w przypadku tego efektu jest odwrotnie. Obcinanie wytwarza częstotliwości, które nie są obecne w oryginalnym dźwięku i to mogło być częściowo powodem jego atrakcyjności we wczesnych dniach. Silne i prawie prostokątne obcinanie powoduje powstawanie bardzo mieszanych dźwięków, które są nieharmonijne w stosunku do jego rodzimego tonu, podczas gdy miękkie obcinanie wytwarza harmoniczne podteksty, a więc ogólnie wytwarzany dźwięk zależy od ilości obcinania i zubożenia wraz z częstotliwością. Autor mocno wierzy, że jakość pedału overdrive zależy od proporcji tonów harmonicznych do tonów nieharmonicznych w całym jego zakresie oraz od jego zdolności do zachowania tonów harmonicznych przy wyższych wzmocnieniach.

Krok 2: Przegląd

Powyżej znajduje się przegląd proponowanego obwodu, którego celem jest zachowanie istniejących sygnałów i wytworzenie tych przesterowanych dźwięków. Korzystanie z SLG88104V umożliwia działanie pedału Overdrive na 3 V przy użyciu dwóch baterii AA, które są znacznie szerzej dostępne i tańsze w zakupie niż baterie 9 V PP3. W razie potrzeby można zamiast tego użyć baterii AAA, chociaż dodatkowa pojemność AA sprawia, że jest to więcej niż trafne. Ponadto obwód będzie mógł pracować przy napięciu 4,5 V (1,5 V linia środkowa +3 V) lub 6 V (3 V linia środkowa +3 V), chociaż nie jest to konieczne.

Selektywne wzmocnienie częstotliwości - ważna modyfikacja umożliwiająca wzmocnienie przy niższych napięciach.

Krok 3: Wyjaśnienie i teoria

Zdecydowaliśmy się użyć nieodwracającej topologii wzmacniacza jako podstawy dla stopni wzmocnienia ze względu na jego wysoką impedancję wejściową i łatwą adaptację do wyboru częstotliwości.

Zobacz Formułę 1.

Jak widzieliśmy, zysk w tej konfiguracji zależy wyłącznie od informacji zwrotnej. Jeśli przekonwertujemy to jako topologię górnoprzepustową, wzmocnienie będzie zależne od sprzężenia zwrotnego i częstotliwości wejściowych, jak w niektórych układach przesterowania. Ponadto, jeśli obwód sprzężenia zwrotnego filtra zostanie podwojony, topologia zastosuje jeden zakres responsywnych wzmocnień na wejściu, a następnie kolejny inny zestaw responsywnych wzmocnień.

Taka konfiguracja może służyć zarówno wyjaśnieniu projektu, jak i umożliwieniu bardziej kierunkowego / selektywnego wzmocnienia częstotliwości. Poniżej znajduje się schemat takiego układu z formułami prowadzącymi do ciekawych wniosków. Ta topologia jest ważnym sednem, na którym opiera się końcowy obwód przesterowania, który kilkakrotnie włączy go jako główny rdzeń, aby utrzymać działający model.

Aby spojrzeć na sprawy nieco prościej, dla określonej częstotliwości f używamy Formuły 2 i Formuły 3.

Rzeczywiste równanie dla AGain przy określonej częstotliwości f to zatem Formuła 4, która rozkłada się dalej, tworząc końcową Formułę 5.

Jak widać, jest to analogiczne do dodania uproszczonych równań powyżej, z wyjątkiem nieodłącznego wzmocnienia jedności wzmacniacza, które jest stałe. Podsumowując, wzmocnienie odpowiedzi częstotliwościowej każdej odnogi topologii górnoprzepustowego sprzężenia zwrotnego jest złożone.

Celem takich układów jest uzyskanie bardziej równomiernego wzmocnienia sygnału wejściowego w całym zakresie częstotliwości, tak aby przy wyższych częstotliwościach, gdzie wzmocnienie OpAmpa jest zmniejszone, możemy wprowadzić większe wzmocnienie. Przy niskich napięciach dźwięk może być zachowany dzięki tym niskim częstotliwościom, nawet jeśli zapas nie jest zbyt wysoki.

Krok 4: Schemat obwodu

Krok 5: Wyjaśnienie obwodu

SLG88103/4V zawiera wbudowaną ochronę wejścia, aby zapobiec przepięciom na jego wejściach. Dodatkowe diody zabezpieczające zostały dodane na początkowym etapie wejścia overdrive, aby zapewnić dodatkową wytrzymałość konstrukcji.

Wzmocnienie pierwszego stopnia działa jak bufor o wysokiej impedancji pierwszego stopnia i wzmacnia początkowo, aby przygotować się do stopnia przesterowania. Wzmocnienie wynosi około dwóch, chociaż zmienia się wraz z częstotliwością. Na tym etapie należy zadbać o to, aby wzmocnienie pozostało na niskim poziomie, ponieważ każde wzmocnienie na tym etapie jest zwielokrotniane do wzmocnienia overdrive.

Po przejściu do etapu przesterowania, w którym sygnał zostanie poddany dużym wzmocnieniom, wzmocnienie selektywne częstotliwościowo ponownie zapewnia, że wyższe częstotliwości uzyskują to wzmocnienie dla bardziej spójnego wzmocnienia, a następnie indukujemy przesterowanie za pomocą dwóch diod w trybie przewodzenia do przodu. Prosty filtr dolnoprzepustowy tworzy ton, a to prowadzi do prostego potencjometru głośności i bufora do sterowania wyjściem.

Wykorzystywane są tylko trzy wbudowane wzmacniacze operacyjne, a ostatni pozostały jest odpowiednio okablowany zgodnie z „właściwą konfiguracją dla nieużywanych wzmacniaczy operacyjnych”. W razie potrzeby można zastosować 2 x SLG88103V zamiast pojedynczego SLG88104V.

Dioda emitująca światło o niskiej mocy wskazuje stan włączenia. Znaczenie tego, że jest to wersja o niskim poborze mocy, jest nie do przecenienia ze względu na niskie prądy spoczynkowe i moc roboczą SLG88104V. Głównym poborem energii z obwodu będzie dioda LED wskaźnika zasilania.

W rzeczywistości, ze względu na wyjątkowo niski prąd spoczynkowy 375 nA, zapotrzebowanie na moc SLG88104V jest bardzo małe. Większość strat mocy następuje przez odsprzęgające kondensatory dolnoprzepustowe i rezystor wtórny emitera. Jeśli zmierzymy pobór prądu przez cały obwód, okazuje się, że wynosi on tylko około 20 µA, wzrastając do maksymalnie około 90 µA, gdy gitara pracuje. Jest to bardzo małe w porównaniu do 2 mA zużywanego przez diodę LED i jest powodem, dla którego konieczne jest użycie diody LED o niskim poborze mocy. Możemy oszacować, że średni czas pracy pojedynczej baterii alkalicznej AA przy pełnym rozładowaniu do 1 V wynosi około 2000 mAh* przy szybkości rozładowania 100 mA. Przyzwoita nowa para akumulatorów wytwarzająca 3 V powinna wtedy być w stanie dostarczyć ponad 4000 mAh. Po zainstalowaniu diody LED nasz obwód mierzy pobór 1,75 mA, z którego możemy oszacować ponad 2285 godzin lub 95 dni ciągłego użytkowania. Ponieważ przesterowania są aktywnymi obwodami, nasz przester może wyprodukować „piekielnego kopa” przy minimalnym zużyciu prądu. Na marginesie, dwie baterie AAA powinny wystarczyć na około połowę czasu AA.

Poniżej znajduje się działający model tego obwodu overdrive. Oczywiście, jak w przypadku każdego pedału, użytkownik musi dostosować ustawienia, aby znaleźć dźwięk, który najbardziej mu odpowiada. Podkręcenie tonów średnich i niskich wzmacniacza wyżej niż góra wydawało się dawać naprawdę fajne przesterowane dźwięki (ponieważ góra była ostrzejsza). Przypominało to wtedy cieplejsze, staromodne brzmienie.

Ze względu na małą obudowę SLG88104V i bardzo niskie zużycie energii, udało nam się uzyskać pedał overdrive o niskiej mocy, który jest mniej nieporęczny i działa na tylko dwóch bateriach typu ołówek przez długi czas.

Baterie AA są łatwiej dostępne i istnieje możliwość, że nie będą wymieniane przez cały okres eksploatacji żadnej pracującej jednostki, co czyni ją niezwykle łatwą w utrzymaniu i przyjazną dla środowiska. Co więcej, może być zbudowany z niewielkiej liczby elementów zewnętrznych, dzięki czemu może być tani, łatwy w wykonaniu i, jak wspomniano wcześniej, lekki.

* Źródło: Arkusz danych Energizer E91 (patrz wykres słupkowy), powerstream.com

Wnioski

W tej instrukcji skonstruowaliśmy niskonapięciowy pedał overdrive o niskiej mocy.

Oprócz obsługi przetwarzania analogowego układów scalonych sygnałów mieszanych GreenPAK i innych cyfrowych półprzewodników, wykazano, że wzmacniacze niskonapięciowe Rail to Rail Low Voltage, Low Current OpAmp są przydatne w obwodach overdrive. Są autonomiczne w wielu innych aplikacjach, a szczególnie korzystne w aplikacjach wrażliwych na moc.

Co więcej, jeśli jesteś zainteresowany obwodami wystarczającymi do zaprogramowania własnych projektów układów scalonych, pobierz nasze oprogramowanie GreenPAK przydatne do takich projektów lub po prostu przejrzyj gotowe pliki projektowe GreenPAK dostępne na naszej stronie internetowej. Inżynieria może być jeszcze prostsza, wystarczy podłączyć zestaw GreenPAK Development Kit do komputera i uruchomić program, aby stworzyć własny układ scalony.