DIY batériou poháňaný overdrive pedál pre gitarové efekty: 5 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Z lásky k hudbe alebo z lásky k elektronike je cieľom tohto Instructable ukázať, aké dôležité môže byť Quad OpAmp SLG88104V Rail to Rail I/O 375nA Quad so svojim nízkym výkonom a nízkym napätím revolúciou v obvodoch preťaženia.

Typické konštrukcie preháňacích motorov na dnešnom trhu bežia na 9V. Ako je tu však vysvetlené, dokázali sme dosiahnuť overdrive, ktorý je extrémne úsporný z hľadiska spotreby energie a beží na takom nízkom VDD, že môže pracovať iba s dvoma batériami AA pri troch voltoch dlhší čas a extrémne dlhou životnosťou batérie. Na ďalšie uchovanie batérií ponechaných v jednotke sa štandardne používa mechanický vypínač na odpojenie. Navyše, pretože stopa modelu SLG88104V je malá s minimálnym počtom použitých batérií, je možné na požiadanie vyrobiť malý ľahký pedál. To všetko v kombinácii s obľúbenými zvukovými efektmi z neho robí špičkový dizajn preháňania.

Zosilnené gitary sa objavili na začiatku 30. rokov minulého storočia. V tom čase sa však raní nahrávací umelci usilovali o čisté zvuky typu orchestra. V štyridsiatych rokoch minulého storočia vyrobil DeArmond prvý samostatný efekt na svete. Ale v tej dobe boli zosilňovače založené na ventiloch a boli objemné. V štyridsiatych a v päťdesiatych rokoch minulého storočia, aj keď prevládali čisté tóny, súťaživí jednotlivci a kapely často prepínali svoj zosilňovač na režim preplnenia a zvuk skreslenia bol stále obľúbenejší. V 60-tych rokoch sa začali vyrábať tranzistorové zosilňovače s Vox T-60, v roku 1964 a približne v tej istej dobe, aby sa ešte viac zachoval skresľujúci zvuk, ktorý bol v tej dobe veľmi žiadaný.

Krok 1: Predpoklady

Analógové alebo digitálne spracovanie hudobných signálov môže poskytnúť nové efekty a efekty aktívneho preťaženia obnovia preplnené orezové efekty týchto prvých ventilových zosilňovačov.

Obyčajne nechcené a minimalizované z hľadiska zosilnenia je opakom tohto účinku. Clipping produkuje frekvencie, ktoré nie sú prítomné v pôvodnom zvuku, a ktoré mohli byť čiastočne dôvodom jeho príťažlivosti v prvých dňoch. Orezávanie súvisiace so silnými a takmer štvorcovými vlnami vytvára veľmi hašovacie zvuky, ktoré sú neharmonické voči jeho rodičovskému tónu, zatiaľ čo mäkké orezávanie vytvára harmonické podtóny, a preto spravidla vytvorený zvuk závisí od množstva orezávania a vyčerpávania s frekvenciou. Tento autor je presvedčený, že kvalita pedálu s preťažením závisí od jeho podielu harmonických k neharmonickým tónom v celom rozsahu a od jeho schopnosti zachovať harmonické tóny pri vyšších zosilneniach.

Krok 2: Prehľad

Hore je prehľad navrhovaného obvodu, ktorého cieľom je zachovať existujúce signály a vytvárať tieto zvuky preplnenia. Použitie SLG88104V umožňuje pedál Overdrive bežiaci na 3 V pomocou dvoch batérií AA, ktoré sú oveľa dostupnejšie a ich kúpa je lacnejšia ako 9 V batérie PP3. Ak je to žiaduce, môžu byť namiesto toho použité batérie AAA, aj keď vďaka extra kapacite AA sú viac než vhodné. Ďalej bude obvod schopný pracovať na 4,5 V (1,5 V stredová čiara +3 V) alebo 6 V (3 V stredná čiara +3 V), ak je to potrebné, aj keď to nie je potrebné.

Selektívne zosilnenie frekvencie - dôležitá modifikácia na dosiahnutie zosilnenia pri nižších napätiach.

Krok 3: Vysvetlenie a teória

Rozhodli sme sa použiť neinvertujúcu topológiu zosilňovača ako základ pre zosilňovacie stupne kvôli jeho vysokej vstupnej impedancii a jednoduchému prispôsobeniu pre výber frekvencie.

Pozrite si Formulu 1.

Ako sme videli, zisk v tomto nastavení je výlučne podmienený spätnou väzbou. Ak to konvertujeme ako topológiu s vysokou priepustnosťou, zisk bude závisieť od spätnej väzby a vstupných frekvencií podľa niektorých usporiadaní preťaženia. Ďalej, ak je obvod spätnej väzby filtra zdvojnásobený, potom topológia použije jeden rozsah responzívnych zosilnení na vstup a potom ďalšiu odlišnú sadu responzívnych zosilnení.

Toto nastavenie môže slúžiť na objasnenie návrhu a na umožnenie viacfrekvenčného smerového / selektívneho zosilnenia. Nasleduje diagram takéhoto usporiadania so vzorcami, ktoré prinášajú zaujímavé závery. Táto topológia je dôležitým jadrom, na ktoré sa spoliehajú posledné obvody preťaženia, ktoré ju niekoľkokrát zahrnú ako hlavné jadro na udržanie funkčného modelu.

Aby sme sa na veci pozreli trochu jednoduchšie, pre určitú frekvenciu f používame vzorec 2 a vzorec 3.

Skutočná rovnica pre AGain pri konkrétnej frekvencii f je teda vzorec 4, ktorý sa ďalej rozkladá a vzniká konečný vzorec 5.

Ako je zrejmé, je to analogické s pridaním vyššie uvedených zjednodušených rovníc, s výnimkou inherentného zisku jednoty zosilňovača, ktorý je konštantný. V súhrne je zosilnenie frekvenčnej odozvy každej vetvy topológie spätnej väzby topológie spätné.

Cieľom takýchto usporiadaní je dosiahnuť rovnomernejšie zosilnenie vstupného signálu vo frekvenčnom rozsahu, aby sme na vyšších frekvenciách, kde je zisk zosilňovača OpAmp znížený, mohli zaviesť väčší zisk. Pri nízkych napätiach je možné zvuk zachovať aj cez tieto nízke frekvencie, aj keď svetlá výška nie je príliš vysoká.

Krok 4: Schéma zapojenia

Krok 5: Obvod je vysvetlený

SLG88103/4V obsahuje vrodenú ochranu vstupu, aby sa zabránilo prepätiu na jeho vstupoch. V počiatočnej fáze vstupu overdrive boli pridané extra ochranné diódy, aby bola zaistená mimoriadna robustnosť dizajnu.

Zosilnenie prvého stupňa funguje ako nárazníkový nárazník prvého stupňa s vysokou impedanciou a spočiatku sa zosilňuje, aby sa pripravil na stupeň preťaženia. Zisk je okolo dvoch, aj keď sa líši podľa frekvencie. V tejto fáze je potrebné dbať na to, aby zosilnenie zostalo na nízkej úrovni, pretože akákoľvek amplifikácia v tomto štádiu sa znásobí na zosilnenie preplnenú.

V nadväznosti na fázu overdrive, kde signál prejde veľkými ziskami, frekvenčne selektívne zosilnenie opäť zaisťuje, že vyššie frekvencie získajú podporu pre konzistentnejšie zosilnenie a následne indukujeme orezávanie pomocou dvoch diód v dopredu vodivom režime. Tón tvorí jednoduchý dolnopriepustný filter, čo vedie k jednoduchému potenciometru hlasitosti a vyrovnávacej pamäti na ovládanie výstupu.

Používajú sa iba tri palubné operačné zosilňovače a posledný zostávajúci je správne zapojený podľa „správneho nastavenia nepoužitých operačných zosilňovačov“. Ak je to žiaduce, namiesto jedného SLG88104V je možné použiť 2 x SLG88103V’S.

Svetelná dióda s nízkym výkonom indikuje zapnutý stav. Dôležitosť toho, že ide o verziu s nízkym výkonom, nemožno podceňovať kvôli nízkym pokojovým prúdom a prevádzkovému výkonu SLG88104V. Hlavnou spotrebou energie z obvodu bude LED indikátor napájania.

V dôsledku extrémne nízkeho pokojového prúdu 375 nA je výkonový pomer pre SLG88104V veľmi malý. Väčšina strát energie je spôsobená oddelením nízkopriepustných kondenzátorov a odporu sledovača emitora. Ak zmeriame aktuálnu spotrebu pokojového prúdu celého obvodu, ukáže sa, že je to len asi 20 µA, čo sa zvyšuje, maximálne na 90 µA, keď je gitara v činnosti. To je veľmi malé v porovnaní s 2 mA spotrebovanými diódou LED a je to dôvod, prečo je použitie diódy LED s nízkym výkonom nevyhnutné. Môžeme odhadnúť priemernú životnosť jednej alkalickej batérie AA na vybitie z plného napätia na 1 V okolo 2 000 mAh* pri vybíjaní 100 mA. Slušný nový pár batérií produkujúcich 3 V by potom mal byť schopný zdroja cez 4000 mAh. Keď je dióda LED nasadená, náš obvod meria odber 1,75 mA, z ktorého môžeme odhadnúť viac ako 2285 hodín alebo 95 dní nepretržitého používania. Pretože overdrives sú aktívne obvody, náš overdrive môže pri minimálnom súčasnom použití spôsobiť „pekelné kopy“. Na okraj treba dodať, že dve batérie AAA by mali vydržať zhruba polovicu času AA.

Nasleduje pracovný model tohto obvodu preťaženia. Je zrejmé, že ako pre každý pedál, používateľ musí upraviť nastavenia, aby našiel zvuk, ktorý je pre nich najvhodnejší. Zdá sa, že otočenie stredov a basov zosilňovača na vyššie ako výšky poskytuje skutočne chladné zvuky preťaženia (pretože výšky boli drsnejšie). Potom to pripomínalo teplejší staromódny typ zvuku.

Vďaka malému balíku SLG88104V a veľmi nízkej spotrebe energie sa nám podarilo dosiahnuť pedál pre nízku spotrebu, ktorý je menej objemný a funguje veľmi dlho iba na dvoch tužkových batériách.

Batérie AA sú dostupnejšie a je možné, že sa počas životnosti žiadnej pracovnej jednotky nevymenia, čo z nich robí mimoriadne jednoduchú údržbu a ekologické. Ďalej môže byť postavený s malým počtom externých komponentov, takže môže byť lacný, ľahko vyrobiteľný a ako už bolo uvedené, ľahký.

* Zdroj: Technický list Energizer E91 (pozri stĺpcový graf), powerstream.com

Závery

V tomto návode sme skonštruovali pedál pre nízke napätie s nízkym výkonom a preťažením.

Okrem spracovania analógového spracovania integrovaných obvodov zmiešaného signálu GreenPAK a ďalších digitálnych polovodičov sa ukázalo, že nízkoprúdové zosilňovače GreenPAK Rail to Rail sú užitočné aj v obvodoch s preťažením. Sú autonómne v mnohých ďalších aplikáciách a obzvlášť výhodné v aplikáciách citlivých na energiu.

Navyše, ak vás zaujíma obvod dostatočne dobrý na programovanie návrhov vašich vlastných integrovaných obvodov, neváhajte si stiahnuť náš softvér GreenPAK užitočný pre tieto návrhy alebo si len pozrite už dokončené súbory návrhu GreenPAK dostupné na našej webovej stránke. Inžinierstvo môže byť ešte jednoduchšie. Všetko, čo musíte urobiť, je pripojiť vývojovú súpravu GreenPAK k počítaču a spustiť program na vytvorenie vlastného integrovaného obvodu.