Niesamowity analogowy syntezator/organ wykorzystujący wyłącznie dyskretne komponenty: 10 kroków (ze zdjęciami)

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

Syntezatory analogowe są bardzo fajne, ale też dość trudne do wykonania.

Chciałem więc stworzyć jeden tak prosty, jak to tylko możliwe, aby jego działanie było łatwo zrozumiałe.

Aby to zadziałało, potrzebujesz kilku podstawowych obwodów: Prosty oscylator z wybieraną rezystorem częstotliwości oscylacyjnej, kilka kluczy i podstawowy obwód wzmacniacza.

Jeśli użyjesz podkładek przewodzących zamiast przycisków do klawiszy, możesz sprawić, że Twoja wersja będzie bardzo fajna

Stylofon!

W tej instrukcji dowiemy się, jak to zrobić i dowiemy się, jak to działa.

Instruktaż jest przeznaczony dla początkujących i średnio zaawansowanych entuzjastów elektroniki.

Krok 1: Potrzebne narzędzia

Będziesz potrzebować lutownicy i kilku płytek prototypowych lub możesz je zmontować na płytce stykowej.

Jeśli jesteś trochę bardziej zaawansowany, udostępnię pliki do wytrawiania własnej płytki PCB.

Krok 2: Rozpoczęcie od oscylatora

Sercem syntezatora jest układ Astable Multivibrator wykonany ze wzmacniacza operacyjnego. W internecie znajdziecie bardzo długie i szczegółowe wyprowadzenia z jego działania, ale postaram się wyjaśnić jego działanie w prostszy sposób.

Oscylator składa się z kilku rezystorów i jednego kondensatora.

Obwód komparatora wzmacniacza operacyjnego jest skonfigurowany jako wyzwalacz Schmitta, który wykorzystuje dodatnie sprzężenie zwrotne dostarczane przez rezystory R1 i R2 do generowania histerezy. Ta rezystancyjna sieć jest połączona między wyjściem wzmacniacza a wejściem nieodwracającym (+). Gdy Vo (napięcie wyjściowe) jest nasycone na dodatniej szynie zasilającej, na wejście nieodwracające wzmacniacza operacyjnego podawane jest napięcie dodatnie. Podobnie, gdy Vo jest nasycone na ujemnej szynie zasilającej, ujemne napięcie jest przykładane do wejścia nieodwracającego wzmacniacza operacyjnego.

To napięcie powoli ładuje i rozładowuje kondensator na wejściu (-) przez rezystor Rf. Powiedzmy, że zaczynamy od wyjścia wzmacniaczy operacyjnych przy dodatnim napięciu nasycenia (+Vsat). Kondensator jest ładowany, a jego napięcie (Vc) powoli rośnie. W międzyczasie R1 i R2 tworzą dzielnik napięcia, którego napięcie wyjściowe (Vdiv) ma stabilną wartość gdzieś pomiędzy napięciem nasycenia wyjścia (+Vsat) a 0V. Gdy napięcie kondensatora przekracza napięcie dzielnika napięcia R1 i R2, wzmacniacz operacyjny zmienia swój stan na ujemne napięcie nasycenia (-Vsat). Następnie kondensator jest rozładowywany przez rezystor Rf, aż jego napięcie (Vc) będzie niższe niż napięcie dzielników R1 i R2 (Vdiv). Następnie ponownie przełącza swój stan do stanu początkowego (+Vsat). I tak dalej i dalej.

To faktycznie wytwarza prostokątne napięcie wyjściowe oscylatora i jeśli ma odpowiednią częstotliwość, wytwarza słyszalny ton.

Krok 3: Obliczanie częstotliwości

Częstotliwość oscylatora można obliczyć za pomocą równania na powyższym obrazku.

Możesz nastroić ten syntezator, jak chcesz.

Chciałem nastroić go w skali C-dur - wszystkie białe klawisze na fortepianie. W ten sposób nie ma „niewłaściwych” tonów i łatwo jest grać dla dzieci.

Poszukałem więc w Internecie listy częstotliwości dla konkretnych tonów i zdecydowałem się dostroić rzecz od nuty C4 do C5.

Wykonałem obliczenia potrzebnego rezystora. Zrobiłem to fantazyjnie i obliczyłem to za pomocą Matlaba (Octave).

Dla dzielnika rezystorowego R1 i R2 wybrałem rezystory 22k omów, dla kondensatora wybrałem czapkę 100nF.

Oto kod, jeśli jesteś zbyt leniwy, aby zrobić to ręcznie za pomocą kalkulatora. Lub możesz po prostu użyć odwróconego równania do ręcznego obliczenia rezystora.

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]; %lista częstotliwości

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

Oto wyniki:

C4 = 17395 om

D4 = 15498 om

E4 = 13806 omów

F4 = 13032 om

G4 = 11610 omów

A4 = 10343 om

B4 = 9215 omów

C5 = 8697 omów

Oczywiście musiałem zaokrąglić wartości do najbliższych wartości rezystorów. Użyłem standardowej serii rezystorów E12, która jest najczęściej spotykana w pudełku części hobbystycznych. Ponieważ szereg rezystorów E12 jest dość szorstki, użyłem 2 rezystorów szeregowo dla każdej wartości, aby zbliżyć się do pożądanej rezystancji i w ten sposób syntezator będzie bardziej dostrojony.

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

E4 = 8,2k + 5,6k omów

F4 = 12k + 1k om

G4 = 4,7k + 6,8k omów

A4 = 10k + 330 omów

B4 = 8,2k + 1k om

C5 = 8,2k + 470 omów

Krok 4: Gotowy schemat oscylatora

Oto schemat części oscylatora.

Poszczególnymi klawiszami wybierasz żądany opór i wytwarzany jest żądany ton.

Ten schemat wyjaśnia, dlaczego po naciśnięciu kilku klawiszy naraz słychać wysokie dźwięki. Wciskając kilka klawiszy na raz, łączysz więcej gałęzi rezystorów równolegle i efektywnie łącząc je równolegle, zmniejszając całkowitą rezystancję. Niższy opór daje wyższy ton.

Krok 5: Wzmacniacz głośnikowy

Wzmacniacz głośnikowy mógłby być jeszcze prostszy, ale postanowiłem zrobić prawdziwy stopień wzmacniacza w klasie AB.

Stopień składa się z tranzystorów PNP i NPN, kondensatorów sprzęgających oraz dwóch rezystorów polaryzacji i diod.

Bardzo prosty, ale działa dobrze.

Przed stopniem wzmacniacza umieściłem potencjometr logarytmiczny (audio) 100k do regulacji głośności.

Ponieważ sam potencjometr w obwodzie rozstroiłby oscylator (dodana rezystancja), przed nim uderzyłem bufor wzmacniacza operacyjnego, który wprowadza wysoką rezystancję wejściową dla obwodu przed nim i niską impedancję dla obwodów po to.

Zasadniczo bufor to wzmacniacz o wzmocnieniu 1.

Opamp, którego używam, to TL072, który ma dwa obwody wzmacniacza, więc to wszystko, czego potrzebujemy.

Krok 6: Materiały pomocnicze

Po lewej stronie obrazu znajdują się złącza wejściowe, do których podłącza się zasilanie.

Za nimi znajdują się dwie diody, które zabezpieczają obwód przed przypadkowym podłączeniem zasilania o niewłaściwej polaryzacji.

Dodałem również dwie diody LED wskazujące obecność każdej linii zasilającej.

Krok 7: Pełny schemat

Oto gotowy schemat.

Krok 8: Zasilacz

Obwód wymaga symetrycznego zasilania.

Potrzebujesz +12V i -12V (9V też by działało).

Użyłem jakiegoś starego zasilacza z zepsutej drukarki atramentowej, bo miał szyny +12V i -12V (patrz zdjęcia)

Ale możesz też zrobić symetryczny zasilacz +-12 V z pojedynczego zasilacza 24 V, korzystając z powyższego schematu.

Ale nie zapomnij zamontować radiatora do regulatora 7812.

Lub możesz połączyć szeregowo dwa izolowane zasilacze 12V.

Krok 9: PCB

Jeśli lubisz wytrawiać własne płytki PCB, plik do druku znajdziesz tutaj. Do klawiszy użyłem przycisków 10x10mm.

Wiele osób chciało wiedzieć, gdzie znaleźć guziki z fajną dużą czapką. Tutaj udało mi się znaleźć podobne przyciski, których można użyć na klawiaturze:

www.banggood.com/custlink/GvDmqJEpth

Powinny również zmieścić się na płytce stykowej!

To jest link partnerski - płacisz taką samą cenę jak bez linku, ale dostaję niewielką prowizję, dzięki czemu mogę kupić więcej komponentów do przyszłych projektów:)

Do selektora kondensatorów przylutowałem główkę, żebym mógł szybko wymienić kondensatory.

Z drugiej strony obwód jest na tyle prosty, że można go zmontować na płytce stykowej lub prototypowej płytce lutowniczej. Jeszcze łatwiej byłoby majstrować i wymieniać komponenty w celu uzyskania różnych efektów.

Dla głośnika, który przetworzyłem stary wewnętrzny głośnik PC, zrobiłem dla niego prostą obudowę wydrukowaną w 3D.

Krok 10: Gotowe

Teraz twój syntezator jest gotowy i powinieneś zagrać z nim niesamowite melodie!

Mam nadzieję, że podoba Ci się instruktaż. Zapraszam do sprawdzenia moich innych instrukcji i filmów z YouTube!

Możesz śledzić mnie na Facebooku i Instagramie

www.instagram.com/jt_makes_it

za spoilery na temat tego, nad czym obecnie pracuję, za kulisami i inne dodatki!