Pedale overdrive alimentato a batteria fai-da-te per effetti per chitarra: 5 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Per l'amore per la musica o per l'amore per l'elettronica, lo scopo di questo Instructable è mostrare quanto sia fondamentale l'amplificatore operazionale SLG88104V Rail to Rail I/O 375nA Quad con i suoi progressi a bassa potenza e bassa tensione per rivoluzionare i circuiti di overdrive.

I tipici design overdrive oggi sul mercato funzionano a 9V. Tuttavia, come spiegato qui, siamo stati in grado di ottenere un overdrive estremamente economico nel suo consumo energetico e con un VDD così basso che può funzionare utilizzando solo due batterie AA a tre volt per periodi prolungati e una durata della batteria estremamente lunga. Per preservare ulteriormente le batterie rimaste nell'unità, viene utilizzato di serie un interruttore meccanico per il disinnesto. Inoltre, poiché l'ingombro dell'SLG88104V è ridotto con una quantità minima di batterie utilizzate, se lo si desidera, è possibile realizzare un pedale piccolo e leggero. Tutto questo combinato con effetti sonori simpatici lo rende un design overdrive leader.

Le chitarre amplificate apparvero nei primi anni '30. Tuttavia, a quel tempo i primi artisti della registrazione si sforzavano di ottenere suoni puliti di tipo orchestrale. Negli anni '40 DeArmond ha prodotto il primo effetto standalone al mondo. Ma a quel tempo gli amplificatori erano a valvole e ingombranti. Durante gli anni '40 e fino agli anni '50, anche se i toni puliti erano prevalenti, individui e band competitivi alzavano spesso il volume degli amplificatori fino allo stato di overdrive e il suono distorto diventava sempre più popolare. Negli anni '60 si iniziò a produrre amplificatori a transistor con il Vox T-60, nel 1964 e intorno alla stessa epoca per preservare ulteriormente il suono di distorsione che era molto ricercato in quel momento nacque il primo effetto di distorsione.

Passaggio 1: prerequisiti

L'elaborazione analogica o digitale dei segnali musicali può fornire nuovi effetti e gli effetti overdrive attivi ricreano gli effetti di clipping overdrive di quei primi amplificatori a valvole.

Di solito indesiderato e minimizzato in termini di amplificazione, è vero il contrario in termini di questo effetto. Il clipping produce frequenze che non sono presenti nel suono originale e che potrebbe essere stato in parte il motivo del suo fascino nei primi tempi. Il clipping forte e quasi correlato all'onda quadra produce suoni molto hash che sono disarmonico al suo tono genitore, mentre il clipping morbido produce armonici e quindi generalmente il suono prodotto dipende dalla quantità di clipping e dall'esaurimento con la frequenza. È ferma convinzione di questo autore che la qualità di un pedale overdrive dipenda dalla sua proporzione di toni armonici e disarmonico in tutta la sua gamma e dalla sua capacità di preservare i toni armonici ad amplificazioni più elevate.

Passaggio 2: Panoramica

Sopra c'è una panoramica di un circuito proposto, il cui scopo è preservare i segnali esistenti e produrre quei suoni overdrive. L'utilizzo di SLG88104V consente a un pedale Overdrive di funzionare a 3 V utilizzando due batterie AA che sono molto più ampiamente disponibili e meno costose da acquistare rispetto alle batterie PP3 da 9 V. Se lo si desidera, è possibile utilizzare invece batterie AAA, sebbene la capacità extra dell'AA lo renda più che adatto. Inoltre, il circuito sarà in grado di funzionare a 4,5 V (1,5 V linea centrale +3 V) o 6 V (3 V linea centrale +3 V) se lo si desidera, anche se non necessario.

Amplificazione selettiva di frequenza - modifica importante per realizzare l'amplificazione a tensioni più basse.

Passaggio 3: spiegazione e teoria

Abbiamo scelto di utilizzare la topologia non invertente dell'amplificatore come base per gli stadi di guadagno grazie alla sua elevata impedenza di ingresso e al facile adattamento per la selezione della frequenza.

Vedi Formula 1.

Come abbiamo visto, il guadagno in questa configurazione è esclusivamente subordinato al feedback. Se lo convertiamo in una topologia passa alto, il guadagno dipenderà dal feedback e dalle frequenze di ingresso secondo alcune disposizioni di overdrive. Inoltre, se il circuito di retroazione del filtro viene raddoppiato, la topologia applicherà un intervallo di guadagni reattivi all'ingresso e quindi un ulteriore insieme diverso di guadagni reattivi.

Questa configurazione può servire sia a chiarire il design sia a consentire un'amplificazione più direzionale/selettiva in frequenza. Di seguito è riportato il diagramma di tale disposizione con formule che producono conclusioni interessanti. Questa topologia è un punto cruciale su cui si basa il circuito finale dell'overdrive che lo incorporerà più volte come core principale per mantenere un modello funzionante.

Per rendere le cose un po' più semplici, per una certa frequenza f usiamo Formula 2 e Formula 3.

L'effettiva equazione per AGain a una particolare frequenza f è quindi la Formula 4 che si scompone ulteriormente per produrre una Formula 5 finale.

Come evidente questo è analogo all'aggiunta delle equazioni semplificate di cui sopra tranne che per il guadagno unitario inerente dell'amplificatore che è costante. In sintesi, il guadagno della risposta in frequenza di ciascuna gamba della topologia di retroazione passa alto è composto.

Lo scopo di tali accorgimenti è ottenere un'amplificazione più uniforme del segnale di ingresso sulla gamma di frequenze in modo che a frequenze più alte dove il guadagno dell'OpAmp è ridotto, possiamo introdurre più guadagno. A basse tensioni il suono può essere preservato attraverso quelle basse frequenze anche se l'headroom non è molto alto.

Passaggio 4: diagramma del circuito

Passaggio 5: spiegazione del circuito

L'SLG88103/4V incorpora una protezione di ingresso innata per prevenire la sovratensione ai suoi ingressi. Sono stati aggiunti diodi di protezione extra nella fase iniziale dell'ingresso overdrive per una maggiore robustezza del design.

L'amplificazione del primo stadio funge da buffer ad alta impedenza del primo stadio e amplifica inizialmente per prepararsi allo stadio di overdrive. Il guadagno è di circa due anche se varia con la frequenza. In questa fase è necessario prestare attenzione per garantire che l'amplificazione rimanga bassa, poiché qualsiasi amplificazione in questa fase viene moltiplicata nell'amplificazione overdrive.

Seguendo lo stadio overdrive, dove il segnale subirà grandi guadagni, l'amplificazione selettiva in frequenza assicura nuovamente che le frequenze più alte ottengano quell'aumento per un'amplificazione più coerente e consecutivamente induciamo il clipping utilizzando due diodi in modalità conduttiva diretta. Un semplice filtro passa basso forma il tono e questo porta a un semplice potenziometro del volume e un buffer per pilotare l'uscita.

Vengono utilizzati solo tre degli amplificatori operazionali di bordo e l'ultimo rimanente è cablato in modo appropriato come da "configurazione corretta per amplificatori operazionali inutilizzati". Se lo si desidera, è possibile utilizzare 2 x SLG88103V'S invece del singolo SLG88104V.

Un diodo a emissione luminosa a bassa potenza indica uno stato acceso. L'importanza di essere una versione a bassa potenza non può essere sottovalutata a causa delle basse correnti di riposo e della potenza di funzionamento dell'SLG88104V. Il consumo di energia principale dal circuito sarà il LED dell'indicatore di alimentazione.

Infatti, a causa della corrente di riposo di 375 nA estremamente bassa, la considerazione della potenza per l'SLG88104V è molto piccola. La maggior parte della perdita di potenza avviene attraverso i condensatori passa-basso di disaccoppiamento e il resistore follower dell'emettitore. Se misuriamo il consumo di corrente della corrente di riposo del circuito completo, risulta essere solo di circa 20 µA, aumentando fino a circa un massimo di 90 µA quando la chitarra è in azione. Questo è molto piccolo rispetto ai 2 mA consumati dal LED ed è il motivo per cui l'uso di un LED a bassa potenza è imperativo. Possiamo stimare che la vita media di una singola batteria alcalina AA da scaricare da piena a 1 V sia di circa 2000 mAh* con una velocità di scarica di 100 mA. Un nuovo paio di batterie decenti che producono 3 V dovrebbe quindi essere in grado di fornire oltre 4000 mAh. Con il LED in posizione, il nostro circuito misura un assorbimento di 1,75 mA da cui possiamo stimare oltre 2285 ore o 95 giorni di utilizzo continuo. Poiché gli overdrive sono circuiti attivi, il nostro overdrive può produrre "un calcio infernale" con un utilizzo minimo di corrente. Come nota a margine, due batterie AAA dovrebbero durare circa la metà del tempo delle AA.

Di seguito è riportato il modello funzionante di questo circuito overdrive. Ovviamente, come con qualsiasi pedale, l'utente deve regolare le impostazioni per trovare il suono più adatto a lui. Alzare i medi e i bassi dell'amplificatore più in alto degli alti sembrava offrire suoni overdrive davvero fantastici per noi (dato che gli alti erano più duri). Quindi assomigliava al tipo di suono vecchio stile più caldo.

Grazie al piccolo pacchetto dell'SLG88104V e al consumo energetico molto basso, siamo riusciti a ottenere un pedale overdrive a bassa potenza che è meno ingombrante e funziona con solo due batterie a matita per un lungo periodo di tempo.

Le batterie AA sono più facilmente disponibili e c'è la possibilità che non vengano cambiate per tutta la vita di qualsiasi unità funzionante, il che rende la manutenzione estremamente facile ed ecologica. Inoltre, può essere costruito con un numero ridotto di componenti esterni, quindi può essere economico, facile da realizzare e, come detto in precedenza, leggero.

* Fonte: Energizer E91 Datasheet (vedi grafico a barre), powerstream.com

Conclusioni

In questo Instructable abbiamo costruito un pedale overdrive a bassa tensione e bassa potenza.

Oltre a gestire l'elaborazione analogica per i circuiti integrati a segnale misto di GreenPAK e altri semiconduttori digitali, i Rail to Rail Low Voltage di GreenPAK, gli OpAmp a bassa corrente si sono dimostrati utili nei circuiti overdrive. Sono autonomi in molte altre applicazioni e particolarmente vantaggiosi nelle applicazioni sensibili alla potenza.

Inoltre, se sei interessato a circuiti sufficientemente adeguati per programmare i tuoi progetti di circuiti integrati, sentiti libero di scaricare il nostro software GreenPAK utile per tali progetti o semplicemente di visualizzare i file di progettazione GreenPAK già completati disponibili sulla nostra pagina web. L'ingegneria potrebbe essere ancora più semplice, tutto ciò che devi fare è collegare il kit di sviluppo GreenPAK al tuo computer e premere il programma per creare il tuo IC personalizzato.