Úžasný analogový syntezátor/varhany využívající pouze diskrétní součásti: 10 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Analogové syntezátory jsou velmi cool, ale také docela obtížné je vyrobit.

Chtěl jsem tedy vytvořit co nejjednodušší, aby jeho fungování bylo snadno srozumitelné.

Aby to fungovalo, potřebujete několik základních dílčích obvodů: Jednoduchý oscilátor s oscilační frekvencí volitelnou rezistorem, některá tlačítka a základní obvod zesilovače.

Pokud použijete místo tlačítek tlačítka vodivé podložky, můžete svou verzi udělat velmi cool

Stylofon!

V tomto návodu se naučíme, jak to udělat, a naučíme se, jak to funguje.

Instruktáž je určena pro začátečníky až mírně pokročilé nadšence elektroniky.

Krok 1: Potřebné nástroje

Budete potřebovat páječku a několik prototypovacích desek, nebo ji můžete sestavit na prkénko.

Pokud jste trochu pokročilejší, poskytnu soubory pro leptání vlastní DPS.

Krok 2: Začínáme s oscilátorem

Srdcem syntetizátoru je obvod Astable Multivibrator vyrobený z operačního zesilovače. Na internetu najdete velmi dlouhé a podrobné derivace jeho fungování, ale pokusím se vysvětlit jeho fungování jednodušeji.

Oscilátor se skládá z několika odporů a jednoho kondenzátoru.

Obvod komparátoru operačního zesilovače je konfigurován jako Schmittova spoušť, která ke generování hystereze využívá pozitivní zpětnou vazbu poskytovanou rezistory R1 a R2. Tato odporová síť je připojena mezi výstup zesilovače a neinvertující (+) vstup. Když je Vo (výstupní napětí) nasycené na kladné napájecí liště, je na neinvertující vstup operačního zesilovače přivedeno kladné napětí. Podobně, když je Vo nasycen na zápornou napájecí kolejnici, je na neinvertující vstup operačního zesilovače přivedeno záporné napětí.

Toto napětí se pomalu nabíjí a vybíjí kondenzátor na (-) vstupu přes odpor Rf. Řekněme, že začneme s výstupem operačního zesilovače při kladném saturačním napětí (+Vsat). Kondenzátor se nabíjí a jeho napětí (Vc) pomalu stoupá. Mezitím R1 a R2 tvoří dělič napětí s napěťovým výstupem (Vdiv) na stabilní hodnotě někde mezi výstupním saturačním napětím (+Vsat) a 0V. Když napětí kondenzátoru překročí napětí děliče napětí R1 a R2, operační zesilovač převede svůj stav na záporné saturační napětí (-Vsat). Poté se kondenzátor vybíjí přes odpor Rf, dokud jeho napětí (Vc) není nižší než napětí děliče R1 a R2 (Vdiv). Poté znovu převrátí svůj stav do počátečního stavu (+Vsat). A tak pořád dokola.

To ve skutečnosti produkuje výstupní napětí oscilátoru se čtvercovou vlnou a pokud má správnou frekvenci, vydává slyšitelný tón.

Krok 3: Výpočet frekvencí

Frekvence oscilátoru lze vypočítat pomocí rovnice na obrázku výše.

Tento syntezátor si můžete naladit, co chcete.

Chtěl jsem to naladit v měřítku C dur - všechny bílé klávesy na klavíru. Tímto způsobem neexistují žádné „špatné“tóny a je snadné hrát pro děti.

Hledal jsem tedy online seznam frekvencí pro konkrétní tóny a rozhodl jsem se tu věc naladit od C4 do C5 noty.

Udělal jsem výpočty pro potřebný odpor. Udělal jsem to efektně a vypočítal to pomocí Matlabu (Octave).

Pro odporový dělič R1 a R2 jsem zvolil rezistory 22k ohm, pro kondenzátor jsem zvolil víčko 100nF.

Zde je kód, pokud jste příliš líní, abyste to udělali ručně pomocí kalkulačky. Nebo můžete pro ruční výpočet odporu použít převrácenou rovnici.

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 frekvencí

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

Zde jsou výsledky:

C4 = 17395 ohmů

D4 = 15498 ohmů

E4 = 13806 ohmů

F4 = 13032 ohmů

G4 = 11610 ohmů

A4 = 10343 ohmů

B4 = 9215 ohmů

C5 = 8697 ohmů

Samozřejmě jsem potřeboval zaokrouhlit hodnoty na nejbližší hodnoty odporu. Použil jsem standardní odporovou řadu E12, která se nejčastěji vyskytuje v krabici s náhradními díly. Protože řada odporů E12 je docela hrubá, použil jsem pro každou hodnotu 2 odpory v sérii, abych se dostal blíže k požadovanému odporu, a syntezátor bude více ladit tímto způsobem.

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

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

F4 = 12k + 1k ohm

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

A4 = 10k + 330 ohmů

B4 = 8,2 k + 1 k ohm

C5 = 8,2 k + 470 ohmů

Krok 4: Dokončené schéma oscilátoru

Zde je schéma části oscilátoru.

Jednotlivé klávesy zvolí požadovaný odpor a vytvoří se požadovaný tón.

Toto schéma vysvětluje, proč při stisknutí více kláves najednou získáte vysoké zvuky. Stisknutím více kláves najednou spojíte více větví paralelně a efektivně je zapojíte paralelně, čímž snížíte celkový odpor. Nižší odpor vytváří vyšší tón.

Krok 5: Zesilovač reproduktorů

Reproduktorový zesilovač by mohl být proveden ještě jednodušeji, ale rozhodl jsem se vytvořit skutečný zesilovač třídy AB.

Stupeň se skládá z tranzistorů PNP a NPN, vazebních kondenzátorů a dvou předpěťových rezistorů a diod.

Velmi základní, ale funguje to dobře.

Před zesilovací stupeň jsem dal 100k logaritmický (audio) potenciometr pro nastavení hlasitosti.

Protože samotný potenciometr v obvodu by vyladil oscilátor (přidaný odpor), plácl jsem před něj vyrovnávací paměť op-amp, která zavádí vysoký vstupní odpor pro obvod před ním a nízkou impedanci pro obvody po to.

V zásadě je vyrovnávací paměť zesilovač se ziskem 1.

Používám operační zesilovač TL072, který má dva obvody zesilovače, takže to je vše, co potřebujeme.

Krok 6: Pomocné věci

Na levé straně obrázku jsou záhlaví vstupních konektorů, kam připojíte napájecí zdroj.

Za nimi následují dvě diody, které chrání obvod před náhodným připojením napájecího zdroje se špatnou polaritou.

Také jsem přidal dvě LED diody pro indikaci přítomnosti každého elektrického vedení.

Krok 7: Úplné schéma

Zde je hotové schéma.

Krok 8: Napájení

Obvod vyžaduje symetrické napájení.

Potřebujete +12V a -12V (9V by také fungovalo).

Použil jsem starý napájecí zdroj z rozbité inkoustové tiskárny, protože měl kolejnice +12V a -12V (viz fotografie)

Můžete však také vytvořit symetrické napájení +-12V z jednoho 24V pomocí výše uvedeného schématu.

Nezapomeňte však na regulátor 7812 namontovat chladič.

Nebo můžete zapojit do série dva izolované napájecí zdroje 12V.

Krok 9: DPS

Pokud chcete leptat vlastní desky plošných spojů, soubor pro tisk najdete zde. Na klíče jsem použil tlačítka 10x10 mm.

Mnoho lidí chtělo vědět, kde najít knoflíky s pěknou velkou čepicí. Zde se mi podařilo najít podobná tlačítka, která můžete použít pro klávesnici:

www.banggood.com/custlink/GvDmqJEpth

Měli by se také hodit na prkénko!

Toto je affiliate odkaz - platíte stejnou cenu jako bez odkazu, ale dostávám malou provizi, abych mohl koupit další komponenty pro budoucí projekty:)

U selektoru kondenzátoru jsem připájel záhlaví, abych mohl rychle vyměnit kondenzátory.

Na druhé straně je obvod dostatečně jednoduchý, takže jej můžete sestavit na prkénko nebo prototypovací pájecí desku. Ještě jednodušší by bylo pohrát si s komponenty a vyměnit je za různé efekty.

Pro reproduktor jsem recykloval starý interní reproduktor pro PC a vytvořil jsem pro něj jednoduchý kryt s 3D tiskem.

Krok 10: Hotovo

Nyní je váš syntetizátor hotový a měli byste s ním hrát úžasné melodie!

Doufám, že se vám návod líbil. Neváhejte se podívat na mé další instruktážní videa a videa na YouTube!

Můžete mě sledovat na Facebooku a Instagramu

www.instagram.com/jt_makes_it

pro spoilery na tom, na čem právě pracuji, zákulisí a další doplňky!