DIY bateriemi napájený overdrive pedál pro kytarové efekty: 5 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

Pro lásku k hudbě nebo pro lásku k elektronice je cílem tohoto Instructable ukázat, jak zásadní může být Quad OpAmp SLG88104V Rail to Rail I/O 375nA Quad Opav s jeho nízkým výkonem a nízkým napětím revoluci v obvodech rychloběhu.

Typické designy overdrive na dnešním trhu běží na 9V. Nicméně, jak je zde vysvětleno, byli jsme schopni dosáhnout rychloběhu, který je extrémně ekonomický z hlediska spotřeby energie a běží na tak nízkém VDD, že může pracovat s použitím pouze dvou baterií AA při třech voltech po delší dobu a extrémně dlouhou životnost baterie. Aby se dále uchovaly baterie ponechané v jednotce, je standardně použit mechanický spínač pro odpojení. Navíc, protože půdorys SLG88104V je malý s minimálním množstvím použitých baterií, lze na přání vyrobit malý lehký pedál. To vše v kombinaci s líbivými zvukovými efekty z něj dělá špičkový overdrive design.

Zesílené kytary se objevily na počátku třicátých let minulého století. V té době se však raní nahrávací umělci snažili o čisté zvuky typu orchestru. Do 40. let DeArmond vyrobil první samostatný efekt na světě. Ale v té době byly zesilovače ventilové a objemné. Během 40. a 50. let, přestože převládaly čisté tóny, konkurenceschopní jednotlivci a kapely často zvyšovali hlasitost zesilovačů na stav overdrive a zvuk zkreslení byl stále oblíbenější. V 60. letech se začaly vyrábět tranzistorové zesilovače s Vox T-60, v roce 1964 a přibližně ve stejné éře, aby se dále zachoval zkreslený zvuk, který byl v té době velmi žádaný a zrodil se první efekt zkreslení.

Krok 1: Předpoklady

Analogové nebo digitální zpracování hudebních signálů může poskytnout nové efekty a aktivní efekty overdrive znovu vytvářejí ořezané efekty těchto raných ventilových zesilovačů.

Obvykle nežádoucí a minimalizované z hlediska zesílení, opak je pravdou, pokud jde o tento efekt. Clipping produkuje frekvence, které nejsou přítomny v původním zvuku a které mohly být částečně důvodem jeho přitažlivosti v počátcích. Silné a téměř čtvercové vlny související ořezávání produkuje velmi hash zvuky, které jsou neharmonické vůči jeho mateřskému tónu, zatímco měkké ořezávání produkuje harmonické podtóny, a proto obecně produkovaný zvuk závisí na množství ořezávání a vyčerpávání s frekvencí. Je autorem tohoto přesvědčení, že kvalita pedálu overdrive závisí na jeho poměru harmonických k neharmonickým tónům v celém jeho rozsahu a na jeho schopnosti zachovat harmonické tóny při vyšších zesíleních.

Krok 2: Přehled

Nahoře je přehled navrhovaného obvodu, jehož cílem je zachovat stávající signály a produkovat tyto zvuky přetížení. Použití SLG88104V umožňuje pedál Overdrive běžící na 3 V pomocí dvou AA baterií, které jsou mnohem dostupnější a jejich pořízení je levnější než 9 V PP3 baterie. Pokud je to žádoucí, lze místo toho použít baterie AAA, i když díky extra kapacitě AA je to více než vhodné. Kromě toho bude obvod schopen pracovat na 4,5 V (1,5 V středová linie +3 V) nebo 6 V (3 V středová linie +3 V), pokud je to žádoucí, i když to není nutné.

Selektivní zesílení frekvence - důležitá modifikace k dosažení zesílení při nižších napětích.

Krok 3: Vysvětlení a teorie

Rozhodli jsme se použít neinvertující topologii zesilovače jako základ pro stupně zesílení kvůli jeho vysoké vstupní impedanci a snadné adaptaci pro výběr frekvence.

Viz Formule 1.

Jak jsme viděli, zisk v tomto nastavení je výhradně podmíněn zpětnou vazbou. Pokud to převedeme jako topologii vysokého průchodu, zisk bude záviset na zpětné vazbě a vstupních frekvencích podle některých uspořádání rychloběhu. Dále, pokud je obvod zpětné vazby filtru zdvojnásoben, pak topologie použije na vstup jeden rozsah citlivých zisků a pak další odlišnou sadu citlivých zisků.

Toto nastavení může sloužit k vyjasnění návrhu a umožnění více frekvenčně směrového / selektivního zesílení. Níže je schéma takového uspořádání se vzorci vytvářejícími zajímavé závěry. Tato topologie je důležitým jádrem, na které se spoléhá konečný obvod rychloběhu, který jej několikrát začlení jako hlavní jádro, aby udržel funkční model.

Abychom se na věci podívali trochu jednodušeji, pro určitou frekvenci f používáme formule 2 a formuli 3.

Skutečná rovnice pro AGain na konkrétní frekvenci f je tedy vzorec 4, který se dále rozpadá a vzniká konečný vzorec 5.

Jak je evidentní, je to analogické s přidáním zjednodušených rovnic výše, s výjimkou inherentního zisku jednoty zesilovače, který je konstantní. V souhrnu se zesiluje frekvenční odezva každé větve topologie zpětné vazby s vysokým průchodem.

Cílem takových uspořádání je dosáhnout rovnoměrnějšího zesílení vstupního signálu v celém frekvenčním rozsahu, takže na vyšších frekvencích, kde je zisk zesilovače OpAmp snížen, můžeme zavést větší zisk. Při nízkém napětí lze zvuk zachovat prostřednictvím těchto nízkých frekvencí, i když světlá výška není příliš vysoká.

Krok 4: Schéma zapojení

Krok 5: Okruh vysvětlen

SLG88103/4V obsahuje vrozenou ochranu vstupu, aby se zabránilo přepětí na jeho vstupech. V počáteční fázi vstupu rychloběhu byly přidány extra ochranné diody pro extra robustnost designu.

Zesílení prvního stupně funguje jako vyrovnávací paměť prvního stupně s vysokou impedancí a zpočátku se zesiluje, aby se připravilo na stupeň rychloběhu. Zisk je kolem dvou, i když se liší podle frekvence. V této fázi je třeba dbát na to, aby zesílení zůstalo nízké, protože jakékoli zesílení v tomto stádiu je znásobeno do zesílení overdrive.

Následně až do fáze overdrive, kde signál projde velkými zisky, frekvenčně selektivní zesílení opět zajišťuje, že vyšší frekvence získají podporu pro konzistentnější zesílení a následně indukujeme ořezávání pomocí dvou diod v dopředném vodivém režimu. Jednoduchý nízkoprůchodový filtr tvoří tón, což vede k jednoduchému potenciometru hlasitosti a vyrovnávací paměti pro ovládání výstupu.

Jsou použity pouze tři palubní operační zesilovače a poslední zbývající je zapojen odpovídajícím způsobem podle „správného nastavení pro nepoužívané operační zesilovače“. V případě potřeby lze místo jediného SLG88104V použít 2 x SLG88103V’S.

Světelná dioda s nízkým výkonem indikuje zapnutý stav. Důležitost toho, že jde o verzi s nízkým výkonem, nelze podceňovat kvůli nízkým klidovým proudům a provoznímu výkonu SLG88104V. Hlavní spotřebou energie z obvodu bude LED indikátor napájení.

Ve skutečnosti je kvůli extrémně nízkému klidovému proudu 375 nA úvaha o výkonu pro SLG88104V velmi malá. Většina ztrát energie je prostřednictvím odpojení nízkoprůchodových kondenzátorů a odporu sledovače emitoru. Pokud změříme aktuální spotřebu klidového proudu celého obvodu, ukáže se, že je to jen asi 20 µA, což se zvyšuje, přibližně na 90 µA, když je kytara v akci. To je velmi malé ve srovnání s 2 mA spotřebovanými LED a to je důvod, proč je použití LED s nízkým výkonem nezbytné. Můžeme odhadnout průměrnou životnost jedné alkalické baterie AA na vybití z plného na 1 V kolem 2000 mAh* při rychlosti vybíjení 100 mA. Slušný nový pár baterií produkujících 3 V by pak měl být schopen zdroje přes 4000 mAh. S nasazenou LED diodou náš obvod měří odběr 1,75 mA, ze kterého můžeme odhadnout více než 2285 hodin nebo 95 dní nepřetržitého používání. Protože jsou rychloběhy aktivními obvody, náš overdrive dokáže při minimálním využití proudu „zatraceně nakopnout“. Jako vedlejší poznámku by dvě baterie AAA měly vydržet přibližně poloviční dobu než baterie AA.

Níže je uveden pracovní model tohoto obvodu s rychloběhem. Je zřejmé, že jako u každého pedálu musí uživatel upravit nastavení, aby našel zvuk, který je pro něj nejvhodnější. Zdálo se, že přepnutí středů a basů zesilovače na vyšší než výšky nám poskytlo opravdu skvělé zvuky overdrive (protože výšky byly drsnější). Pak to připomínalo teplejší staromódní typ zvuku.

Díky malému balení SLG88104V a velmi nízké spotřebě energie se nám podařilo dosáhnout pedálu rychloběhu s malým výkonem, který je méně objemný a běží po dlouhou dobu pouze na dvou tužkových bateriích.

Baterie AA jsou snadněji dostupné a existuje možnost, že se nezmění po celou dobu životnosti žádné pracovní jednotky, což z ní činí extrémně snadnou údržbu a ekologii. Kromě toho může být postaven s malým počtem externích komponent, takže může být levný, snadno vyrobitelný a jak již bylo řečeno, lehký.

* Zdroj: Datový list Energizer E91 (viz sloupcový graf), powerstream.com

Závěry

V tomto Instructable jsme zkonstruovali nízkonapěťový nízkoenergetický overdrive pedál.

Kromě zpracování analogového zpracování integrovaných obvodů GreenPAK se smíšeným signálem a dalších digitálních polovodičů se ukázalo, že nízkoproudové opAmp od GreenPAK jsou užitečné v obvodech s rychloběhem. Jsou autonomní v mnoha dalších aplikacích a obzvláště výhodné v aplikacích citlivých na energii.

Kromě toho, pokud vás zajímají obvody dostatečně dobré na programování návrhů vašich vlastních integrovaných obvodů, stáhněte si náš software GreenPAK užitečný pro takové návrhy nebo si jen prohlédněte již dokončené soubory návrhů GreenPAK dostupné na naší webové stránce. Inženýrství může být ještě jednodušší, vše, co musíte udělat, je připojit vývojovou sadu GreenPAK k počítači a spustit program a vytvořit si vlastní IC.