Impressionant sintetitzador analògic / òrgan que utilitza només components discrets: 10 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Els sintetitzadors analògics són molt divertits, però també són bastant difícils de fabricar.

Per tant, volia fer-ne un de tan senzill com sigui possible, de manera que el seu funcionament es pugui entendre fàcilment.

Perquè funcioni, necessiteu uns quants subcircuits bàsics: un oscil·lador senzill amb freqüència oscil·lable seleccionable per resistència, algunes tecles i un circuit amplificador bàsic.

Si utilitzeu alguns coixinets conductors en lloc de polsadors per a les tecles, podríeu fer que la vostra versió de la versió sigui molt divertida

Estilòfon!

En aquest instructiu aprendrem a fer-lo i aprendrem com funciona.

L'instructible està pensat per als amants de l'electrònica de principiants a intermedis.

Pas 1: es necessiten eines

Necessitareu un soldador i algunes taules de prototipatge, o bé podeu muntar-lo a la pissarra.

Si sou una mica més avançat, us proporcionaré fitxers per gravar el vostre propi PCB.

Pas 2: començar amb un oscil·lador

El cor del sintetitzador és un circuit multivibrador Astable fabricat amb un amplificador operacional. A Internet trobareu derivacions molt llargues i detallades del seu funcionament, però intentaré explicar el seu funcionament d’una manera més senzilla.

L'oscil·lador consta d'algunes resistències i un condensador.

El circuit comparador d'amplificadors operatius es configura com un activador de Schmitt que utilitza retroalimentació positiva proporcionada per les resistències R1 i R2 per generar histèresi. Aquesta xarxa resistiva està connectada entre la sortida dels amplificadors i l’entrada sense inversió (+). Quan el Vo (tensió de sortida) està saturat al rail d’alimentació positiu, s’aplica una tensió positiva a l’entrada sense inversió dels amplificadors operatius. De la mateixa manera, quan Vo està saturat al rail d'alimentació negatiu, s'aplica una tensió negativa a l'entrada d'amplificadors d'opció sense inversió.

Aquesta tensió es carrega i descarrega lentament el condensador a l'entrada (-) a través de la resistència Rf. Diguem que comencem amb sortida de amplificadors operatius a tensió de saturació positiva (+ Vsat). El condensador s’està carregant i el seu voltatge (Vc) augmenta lentament. Mentrestant, R1 i R2 formen un divisor de tensió amb la seva sortida de tensió (Vdiv) a un valor estable entre la tensió de saturació de sortida (+ Vsat) i 0V. Quan la tensió del condensador supera la tensió del divisor de tensió R1 i R2, l’amplificador operatiu inverteix el seu estat a tensió de saturació negativa (-Vsat). Aleshores, el condensador s’està descarregant a través de la resistència Rf fins que la seva tensió (Vc) sigui inferior a la tensió dels divisors R1 i R2 (Vdiv). Aleshores torna a canviar el seu estat a l’estat inicial (+ Vsat). I així successivament.

De fet, això produeix una tensió de sortida d'ona quadrada de l'oscil·lador i, si és de la freqüència adequada, produeix un to audible.

Pas 3: càlcul de les freqüències

La freqüència de l’oscil·lador es pot calcular mitjançant l’equació de la imatge superior.

Podeu sintonitzar aquest sintetitzador com vulgueu.

Volia sintonitzar-lo en Do major: totes les tecles blanques del piano. D'aquesta manera, no hi ha tons "equivocats" i és fàcil de jugar per als nens.

Així que vaig buscar en línia la llista de freqüències dels tons específics i vaig decidir afinar la nota de C4 a C5.

Vaig fer els càlculs de la resistència necessària. Ho vaig fer de fantasia i el vaig calcular amb Matlab (Octave).

Per al divisor de resistències R1 i R2 vaig triar resistències de 22 k ohmis, per al condensador vaig triar un tap de 100 nF.

Aquí teniu el codi si us fa mandra fer-ho a mà amb una calculadora. O simplement podeu fer servir l’equació invertida per al càlcul de la resistència manual.

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]; % llista de freqüències

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

Aquests són els resultats:

C4 = 17395 ohm

D4 = 15498 ohm

E4 = 13806 ohm

F4 = 13032 ohm

G4 = 11610 ohm

A4 = 10343 ohm

B4 = 9215 ohm

C5 = 8697 ohm

Per descomptat, necessitava arrodonir els valors als valors de resistència més propers. He utilitzat la sèrie estàndard de resistències E12, que és la que es troba més sovint a la caixa de recanvis. Com que la sèrie de resistències E12 és bastant grossa, he utilitzat 2 resistències en sèrie per a cada valor per tal d’acostar-me a la resistència desitjada i el sintetitzador estarà més afinat d’aquesta manera.

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

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

F4 = 12k + 1k ohm

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

A4 = 10k + 330 ohm

B4 = 8,2 k + 1 k ohm

C5 = 8,2 k + 470 ohm

Pas 4: esquema de l’oscil·lador acabat

Aquí teniu l’esquema de la part de l’oscil·lador.

Amb les tecles individuals, seleccioneu la resistència desitjada i es produeix el to desitjat.

Aquest esquema explica per què obteniu sons aguts en prémer diverses tecles alhora. En prémer diverses tecles alhora, connectareu més branques de les resistències en paral·lel i les connectareu de manera efectiva en paral·lel, reduint la resistència total. Una resistència més baixa produeix un to agut.

Pas 5: l'amplificador de l'altaveu

L'amplificador dels altaveus es podria fer encara més senzill, però vaig decidir fer un veritable amplificador de classe AB.

L'escenari consta de transistors PNP i NPN, condensadors d'acoblament i dos resistors de polarització i díodes.

Molt bàsic, però funciona bé.

Davant de l'escenari de l'amplificador he posat un potenciòmetre logarítmic (àudio) de 100 k per ajustar el volum.

Com que el potenciòmetre per si sol al circuit desafinaria l’oscil·lador (resistència afegida), vaig donar un cop d’amplificador a un amplificador operacional que introdueix una alta resistència d’entrada per al circuit que hi ha al davant i una baixa impedància per als circuits després això.

Bàsicament, un buffer és un amplificador amb un guany d'1.

L'opamp que estic fent servir és TL072, que té dos circuits d'amplificador, de manera que això és tot el que necessitem.

Pas 6: coses auxiliars

Al costat esquerre de la imatge hi ha les capçaleres del connector d'entrada, on connecteu la font d'alimentació.

Els segueixen dos díodes que protegeixen el circuit per a la connexió accidental de la font d'alimentació de polaritat incorrecta.

També he afegit dos LED per indicar la presència de cada línia elèctrica.

Pas 7: Esquema complet

Aquí teniu l’esquema acabat.

Pas 8: la font d'alimentació

El circuit requereix una font d’alimentació simètrica.

Necessiteu + 12V i -12V (9V també funcionarien).

Vaig utilitzar una font d'alimentació antiga d'una impressora d'injecció de tinta trencada, ja que tenia rails de + 12V i -12V (vegeu les fotos)

Però també podeu fer una font d’alimentació simètrica de + -12V a partir d’una sola de 24V mitjançant l’esquema anterior.

Però no oblideu muntar un dissipador de calor al regulador 7812.

O podeu connectar en sèrie dues fonts d’alimentació aïllades de 12V.

Pas 9: el PCB

Si voleu gravar els vostres propis PCB, podeu trobar el fitxer per imprimir aquí. Vaig utilitzar botons de 10x10mm per a les tecles.

Molta gent volia saber on trobar botons amb un bonic casquet. Aquí he aconseguit trobar botons de pulsació similars que podeu utilitzar per al teclat:

www.banggood.com/custlink/GvDmqJEpth

També haurien d’adaptar-se a una pissarra.

Aquest és un enllaç d’afiliació: pagueu el mateix preu que sense l’enllaç, però rebo una petita comissió per poder comprar més components per als propers projectes:)

Per al selector de condensadors, he soldat la capçalera perquè pugui canviar ràpidament els condensadors.

A l’altra banda, el circuit és prou senzill perquè pugueu muntar-lo a la taula de protecció o a una placa de soldadura de prototipus. Fins i tot seria més fàcil jugar i canviar els components per diferents efectes.

Per a l’altaveu que he reciclat un altaveu intern antic de l’ordinador, he creat un senzill recinte imprès en 3D.

Pas 10: Fet

Ara el sintetitzador està acabat i hauríeu de tocar algunes cançons increïbles amb ell.

Espero que us hagi agradat allò instructable. No dubteu a consultar els meus altres vídeos instructius i de YouTube.

Em podeu seguir a Facebook i Instagram

www.instagram.com/jt_makes_it

per a spoilers sobre el que estic treballant actualment, entre bastidors i altres extres.