Odličen analogni sintetizator/organ, ki uporablja samo diskretne komponente: 10 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Analogni sintetizatorji so zelo kul, a tudi precej težki za izdelavo.

Zato sem želel eno narediti čim bolj preprosto, tako da je njeno delovanje lahko razumljivo.

Če želite, da deluje, potrebujete nekaj osnovnih podkrogov: Preprost oscilator z nihajno frekvenco, ki ga lahko izberete z uporom, nekaj tipk in osnovno vezje ojačevalnika.

Če namesto gumbov za tipke uporabite nekaj prevodnih blazinic, bi lahko bila vaša različica zelo kul

Stylophone!

V tem navodilu se bomo naučili, kako ga narediti, in naučili se bomo, kako deluje.

Navodila so namenjena začetnikom in srednješolcem.

1. korak: potrebna orodja

Potrebovali boste spajkalnik in nekaj prototipnih plošč ali pa ga sestavite na plošči.

Če ste malo naprednejši, vam bom priskrbel datoteke za jedkanje lastnega tiskanega vezja.

Korak: Začnite z oscilatorjem

Srce sintetizatorja je vezje stabilnega multivibratorja z operacijskim ojačevalnikom. Na internetu boste našli zelo dolge in podrobne izpeljave o njegovem delovanju, vendar bom poskušal razložiti njegovo delovanje na enostavnejši način.

Oscilator je sestavljen iz nekaj uporov in enega kondenzatorja.

Primerjalno vezje op-amp je konfigurirano kot Schmittov sprožilec, ki za ustvarjanje histereze uporablja pozitivne povratne informacije uporov R1 in R2. To uporovno omrežje je povezano med izhodom ojačevalnikov in neinvertirajočim (+) vhodom. Ko je Vo (izhodna napetost) nasičena na pozitivni napajalni tirnici, se na neinvertirni vhod op-amperov uporabi pozitivna napetost. Podobno, ko je Vo nasičen na negativno napajalno tirnico, se negativna napetost nanaša na neinvertirni vhod op-amperov.

Ta napetost počasi polni in prazni kondenzator na vhodu (-) skozi upor Rf. Recimo, da začnemo z izhodom op-amperov pri pozitivni napetosti nasičenja (+Vsat). Kondenzator se polni in njegova napetost (Vc) počasi narašča. V tem času R1 in R2 tvorita napetostni delilnik z izhodno napetostjo (Vdiv) pri stabilni vrednosti nekje med izhodno napetostjo nasičenja (+Vsat) in 0V. Ko napetost kondenzatorja preseže napetost delilnika napetosti R1 in R2, op-amp spremeni svoje stanje v negativno nasičeno napetost (-Vsat). Nato se kondenzator izprazni skozi upor Rf, dokler njegova napetost (Vc) ni nižja od napetosti delilnikov R1 in R2 (Vdiv). Nato znova spremeni stanje v začetno stanje (+Vsat). In tako naprej in tako naprej.

To v resnici proizvede izhodno napetost oscilatorja kvadratne valovne napetosti in če je prave frekvence, proizvede zvočni ton.

3. korak: Izračun frekvenc

Frekvenco oscilatorja je mogoče izračunati z enačbo na zgornji sliki.

Ta sintetizator lahko nastavite, kar želite.

Hotel sem ga uglasiti v C -duro - vse bele tipke na klavirju. Na ta način ni "napačnih" tonov in je enostavno igrati za otroke.

Tako sem na spletu iskal seznam frekvenc za določene tone in se odločil, da stvar uglasbim iz note C4 na C5.

Naredil sem izračune za potreben upor. To sem naredil po svoje in izračunal z Matlabom (Octave).

Za razdelilnik uporov R1 in R2 sem izbral upore 22k ohmov, za kondenzator sem izbral pokrovček 100nF.

Tukaj je koda, če ste leni, da bi to naredili ročno s kalkulatorjem. Ali pa lahko za ročni izračun upora uporabite obrnjeno enačbo.

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]; %seznam frekvenc

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

Tu so rezultati:

C4 = 17395 ohmov

D4 = 15498 ohmov

E4 = 13806 ohmov

F4 = 13032 ohm

G4 = 11610 ohmov

A4 = 10343 ohm

B4 = 9215 ohmov

C5 = 8697 ohmov

Seveda sem moral vrednosti zaokrožiti na najbližje vrednosti upora. Uporabil sem standardno serijo uporov E12, ki jo najpogosteje najdemo v škatli z deli za hobi. Ker je serija uporov E12 precej groba, sem za vsako vrednost uporabil 2 upora zaporedoma, da bi se približal želeni upornosti, zato bo sintetizator bolj usklajen.

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

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

F4 = 12k + 1k ohm

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

A4 = 10k + 330 ohm

B4 = 8,2 k + 1 k ohm

C5 = 8,2 k + 470 ohmov

4. korak: Shema končanega oscilatorja

Tukaj je shema oscilatornega dela.

S posameznimi tipkami izberete želeni upor in proizvede se želeni ton.

Ta shema pojasnjuje, zakaj pri pritisku na več tipk hkrati dobite visoke zvoke. Če pritisnete več tipk hkrati, vzporedno povežete več vej uporov in jih učinkovito povežete vzporedno ter tako zmanjšate skupni upor. Manjši upor ustvarja višji ton.

5. korak: Ojačevalnik zvočnikov

Ojačevalnik zvočnikov bi lahko naredil še enostavnejši, vendar sem se odločil, da naredim pravi oder ojačevalnika razreda AB.

Stopnja je sestavljena iz tranzistorjev PNP in NPN, sklopnih kondenzatorjev ter dveh pristranskih uporov in diod.

Zelo osnovno, vendar deluje dobro.

Pred stopnjo ojačevalnika sem postavil 100k logaritmični (zvočni) potenciometer za nastavitev glasnosti.

Ker bi potenciometer sam po sebi v vezju nastavil oscilator (dodani upor), sem pred njim udaril medpomnilnik op-amp, ki uvaja visoko vhodno upornost za vezje pred njim in nizko impedanco za vezja po to.

V bistvu je medpomnilnik ojačevalnik z ojačitvijo 1.

Opamp, ki ga uporabljam, je TL072, v katerem sta dva ojačevalna vezja, zato je to vse, kar potrebujemo.

6. korak: Pomožne stvari

Na levi strani slike so vhodni priključki, kamor priključite napajalnik.

Sledijo dve diodi, ki varujeta vezje pred nenamernim priključitvijo napačnega napajalnika polaritete.

Dodal sem tudi dve LED za označevanje prisotnosti vsakega daljnovoda.

7. korak: Celotna shema

Tukaj je končana shema.

8. korak: Napajanje

Vezje zahteva simetrično napajanje.

Potrebujete +12V in -12V (tudi 9V bi delovalo).

Uporabil sem nekaj starega napajalnika iz pokvarjenega brizgalnega tiskalnika, saj je imel +12V in -12V tirnice (glej fotografije)

Lahko pa naredite tudi simetrično napajanje +-12V iz enega samega 24V z uporabo zgornje sheme.

Ne pozabite pa namestiti hladilnika na regulator 7812.

Lahko pa zaporedno povežete dva izolirana 12V napajalnika.

9. korak: PCB

Če želite jedkati lastne tiskane vezje, lahko datoteko za tiskanje najdete tukaj. Za tipke sem uporabil gumbe 10x10 mm.

Mnogi ljudje so želeli vedeti, kje najti gumbe z lepim velikim pokrovčkom. Tu mi je uspelo najti podobne gumbe, ki jih lahko uporabite za tipkovnico:

www.banggood.com/custlink/GvDmqJEpth

Prav tako bi morali stati na krovu!

To je partnerska povezava - plačate enako ceno kot brez povezave, vendar dobim majhno provizijo, da lahko kupim več komponent za prihodnje projekte:)

Za izbirnik kondenzatorjev sem spajkal glavo, da lahko hitro zamenjam kondenzatorje.

Po drugi strani je vezje dovolj preprosto, da ga lahko sestavite na plošči ali na prototipu spajkalne plošče. Še lažje bi se pomešali in zamenjali komponente za različne učinke.

Za zvočnik sem recikliral stari notranji zvočnik za računalnik, zanj sem naredil preprosto ohišje s 3D tiskanjem.

10. korak: Končano

Zdaj je vaš sintetizator končan in z njim bi morali odigrati nekaj čudovitih melodij!

Upam, da vam je bil pouk všeč. Vabljeni k ogledu mojih drugih navodil in videoposnetkov na youtubu!

Sledite mi lahko na Facebooku in Instagramu

www.instagram.com/jt_makes_it

za spojlerje, na čem trenutno delam, zakulisje in druge dodatke!