Úžasný analógový syntetizátor/organ využívajúci iba diskrétne komponenty: 10 krokov (s obrázkami)

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

Analógové syntetizátory sú veľmi cool, ale tiež dosť ťažké na výrobu.

Preto som chcel urobiť taký jednoduchý, ako len môže byť, aby bol jeho fungovanie ľahko zrozumiteľné.

Na to, aby to fungovalo, potrebujete niekoľko základných subobvodov: Jednoduchý oscilátor s oscilačnou frekvenciou voliteľnou odporom, niektoré klávesy a obvod základného zosilňovača.

Ak použijete namiesto tlačidiel na klávesoch nejaké vodivé podložky, môžete svoju verziu veľmi vylepšiť

Stylofón!

V tomto návode sa naučíme, ako to urobiť, a naučíme sa, ako to funguje.

Tento návod je určený pre začiatočníkov a mierne pokročilých nadšencov elektroniky.

Krok 1: Potrebné nástroje

Budete potrebovať spájkovačku a niekoľko prototypovacích dosiek, alebo ju môžete zostaviť na doske.

Ak ste trochu pokročilejší, poskytnem súbory na leptanie vlastnej DPS.

Krok 2: Začíname s oscilátorom

Srdcom syntetizátora je astabilný multivibrátorový obvod vyrobený s operačným zosilňovačom. Na internete nájdete veľmi dlhé a podrobné derivácie jeho fungovania, ale pokúsim sa vysvetliť jeho fungovanie jednoduchším spôsobom.

Oscilátor sa skladá z niekoľkých rezistorov a jedného kondenzátora.

Obvod komparátora operačného zosilňovača je nakonfigurovaný ako Schmittov spúšť, ktorý na generovanie hysterézy používa pozitívnu spätnú väzbu poskytovanú odpormi R1 a R2. Táto odporová sieť je pripojená medzi výstup zosilňovača a neinvertujúci (+) vstup. Keď je Vo (výstupné napätie) nasýtené na kladnej napájacej koľajnici, kladné napätie je aplikované na neinvertujúci vstup operačných zosilňovačov. Podobne, keď je Vo nasýtený na zápornú napájaciu koľajnicu, na neinvertujúci vstup operačných zosilňovačov je aplikované záporné napätie.

Toto napätie sa pomaly nabíja a vybíja kondenzátor na vstupe (-) cez odpor Vf. Povedzme, že začíname s výstupom operačných zosilňovačov pri kladnom saturačnom napätí (+Vsat). Kondenzátor sa nabíja a jeho napätie (Vc) pomaly stúpa. Medzitým R1 a R2 tvoria delič napätia s výstupom napätia (Vdiv) na stabilnej hodnote niekde medzi výstupným saturačným napätím (+Vsat) a 0V. Keď napätie kondenzátora prekročí napätie deliča napätia R1 a R2, operačný zosilňovač zmení svoj stav na záporné saturačné napätie (-Vsat). Potom sa kondenzátor vybíja cez odpor Rf, kým jeho napätie (Vc) nie je nižšie ako napätie rozdeľovača R1 a R2 (Vdiv). Potom opäť prepne svoj stav do počiatočného stavu (+Vsat). A tak stále dokola.

To v skutočnosti vytvára výstupné napätie oscilátora so štvorcovou vlnou a ak má správnu frekvenciu, vydáva počuteľný tón.

Krok 3: Výpočet frekvencií

Frekvenciu oscilátora je možné vypočítať pomocou rovnice na obrázku vyššie.

Tento syntetizátor si môžete naladiť, čo sa vám páči.

Chcel som to vyladiť v mierke C dur - všetky biele klávesy na klavíri. Týmto spôsobom neexistujú žiadne „nesprávne“tóny a je ľahké hrať pre deti.

Skúsil som teda online nájsť zoznam frekvencií pre konkrétne tóny a rozhodol som sa vec vyladiť z noty C4 na C5.

Urobil som výpočty pre potrebný odpor. Urobil som to efektne a vypočítal som to pomocou Matlabu (Octave).

Pre delič rezistora R1 a R2 som zvolil rezistory 22k ohm, pre kondenzátor som zvolil kryt 100nF.

Tu je kód, ak ste príliš leniví na to, aby ste to urobili ručne pomocou kalkulačky. Alebo môžete na manuálny výpočet odporu použiť prevrátenú rovnicu.

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]; %zoznam frekvencií

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

Tu sú výsledky:

C4 = 17395 ohmov

D4 = 15498 ohmov

E4 = 13806 ohmov

F4 = 13032 ohmov

G4 = 11610 ohmov

A4 = 10343 ohmov

B4 = 9215 ohmov

C5 = 8697 ohmov

Samozrejme som potreboval zaokrúhliť hodnoty na najbližšie hodnoty odporu. Použil som štandardný rad odporov E12, ktorý sa najčastejšie nachádza v škatuľke s náhradnými dielmi. Pretože séria odporov E12 je dosť hrubá, použil som 2 odpory v sérii pre každú hodnotu, aby som sa dostal bližšie k požadovanému odporu, a syntezátor bude takto viac ladený.

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

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

F4 = 12 k + 1 k ohm

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

A4 = 10k + 330 ohmov

B4 = 8,2 k + 1 k ohm

C5 = 8,2 k + 470 ohmov

Krok 4: Hotová schéma oscilátora

Tu je schéma časti oscilátora.

Jednotlivé klávesy zvolia požadovaný odpor a zaznie požadovaný tón.

Táto schéma vysvetľuje, prečo pri stlačení viacerých klávesov naraz zaznie vysoký zvuk. Stlačením viacerých klávesov naraz spojíte viac vetiev rezistorov paralelne a efektívne ich paralelne zapojíte, čím sa zníži celkový odpor. Nižší odpor vytvára vyšší tón.

Krok 5: Zosilňovač reproduktorov

Reproduktorový zosilňovač by mohol byť ešte jednoduchší, ale rozhodol som sa vytvoriť skutočný stupeň zosilňovača triedy AB.

Etapa pozostáva z tranzistorov PNP a NPN, väzbových kondenzátorov a dvoch predpätých rezistorov a diód.

Veľmi základné, ale funguje to dobre.

Pred zosilňovačový stupeň som umiestnil 100k logaritmický (audio) potenciometer na úpravu hlasitosti.

Pretože potenciometer samotný v obvode by vyladil oscilátor (zvýšený odpor), dal som pred neho nárazník operačného zosilňovača, ktorý zavádza vysoký vstupný odpor pre obvod pred ním a nízku impedanciu pre obvody po to.

V zásade je nárazník zosilňovač so ziskom 1.

Používam operačný zosilňovač TL072, ktorý má v sebe dva obvody zosilňovača, takže toto je všetko, čo potrebujeme.

Krok 6: Pomocné látky

Na ľavej strane obrázku sú hlavičky vstupných konektorov, kam zapojíte napájanie.

Za nimi nasledujú dve diódy, ktoré chránia obvod pred náhodným pripojením zdroja napájania s nesprávnou polaritou.

Tiež som pridal dve LED diódy na indikáciu prítomnosti každého elektrického vedenia.

Krok 7: Úplná schéma

Tu je hotová schéma.

Krok 8: Napájací zdroj

Obvod vyžaduje symetrické napájanie.

Potrebujete +12V a -12V (fungovalo by aj 9V).

Použil som starý napájací zdroj z pokazenej atramentovej tlačiarne, pretože mal koľajnice +12V a -12V (pozri fotografie)

Ale môžete tiež vytvoriť symetrický zdroj +12 V z jedného 24 V pomocou vyššie uvedenej schémy.

Nezabudnite však na regulátor 7812 namontovať chladič.

Alebo môžete zapojiť do série dva izolované 12 V napájacie zdroje.

Krok 9: DPS

Ak chcete leptať svoje vlastné DPS, súbor na tlač nájdete tu. Na klávesy som použil tlačidlá 10x10 mm.

Mnoho ľudí chcelo vedieť, kde nájsť gombíky s peknou veľkou čiapkou. Tu sa mi podarilo nájsť podobné tlačidlá, ktoré môžete použiť pre klávesnicu:

www.banggood.com/custlink/GvDmqJEpth

Mali by sa tiež hodiť na dosku na chlieb!

Toto je partnerský odkaz - platíte rovnakú cenu ako bez odkazu, ale ja dostávam malú províziu, aby som si mohol kúpiť ďalšie komponenty pre budúce projekty:)

V prípade voliča kondenzátora som spájkoval záhlavie, aby som mohol rýchlo vymeniť kondenzátory.

Na druhej strane je obvod dostatočne jednoduchý na to, aby ste ho mohli zostaviť na dosku alebo na prototypovú spájkovaciu dosku. Ešte jednoduchšie by bolo pohrať sa s komponentmi a vymeniť ich za rôzne efekty.

Pre reproduktor som zrecykloval starý interný reproduktor pre počítač a vyrobil som preň jednoduchý obal s 3D tlačou.

Krok 10: Hotovo

Teraz je váš syntetizátor hotový a mali by ste s ním hrať úžasné skladby!

Dúfam, že sa vám návod páčil. Neváhajte sa pozrieť na moje ďalšie návody a videá na YouTube!

Môžete ma sledovať na Facebooku a Instagrame

www.instagram.com/jt_makes_it

za spoilery na tom, na čom práve pracujem, zákulisí a ďalšie doplnky!