Fantastico sintetizzatore analogico/organo che utilizza solo componenti discreti: 10 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

I sintetizzatori analogici sono molto interessanti, ma anche piuttosto difficili da realizzare.

Quindi volevo renderne uno il più semplice possibile, in modo che il suo funzionamento fosse facilmente comprensibile.

Perché funzioni, sono necessari alcuni sottocircuiti di base: un semplice oscillatore con frequenza di oscillazione selezionabile tramite resistore, alcuni tasti e un circuito amplificatore di base.

Se usi dei pad conduttivi invece dei pulsanti per i tasti, potresti rendere la tua versione molto cool

stilofono!

In questo tutorial impareremo come realizzarlo e impareremo come funziona.

L'istruttore è pensato per gli appassionati di elettronica da principianti a intermedi.

Passaggio 1: strumenti necessari

Avrai bisogno di un saldatore e di alcune schede di prototipazione, oppure puoi assemblarlo sulla breadboard.

Se sei un po' più avanzato, fornirò i file per incidere il tuo PCB.

Passaggio 2: iniziare con un oscillatore

Il cuore del sintetizzatore è un circuito Astable Multivibrator realizzato con un amplificatore operazionale. In internet troverete derivazioni molto lunghe e dettagliate del suo funzionamento, ma cercherò di spiegarne il funzionamento in maniera più semplice.

L'oscillatore è costituito da pochi resistori e un condensatore.

Il circuito del comparatore dell'amplificatore operazionale è configurato come un trigger di Schmitt che utilizza il feedback positivo fornito dai resistori R1 e R2 per generare l'isteresi. Questa rete resistiva è collegata tra l'uscita degli amplificatori e l'ingresso non invertente (+). Quando Vo (tensione di uscita) è saturata sulla linea di alimentazione positiva, viene applicata una tensione positiva all'ingresso non invertente degli amplificatori operazionali. Allo stesso modo, quando Vo è saturato sulla linea di alimentazione negativa, viene applicata una tensione negativa all'ingresso non invertente degli amplificatori operazionali.

Questa tensione carica e scarica lentamente il condensatore all'ingresso (-) attraverso il resistore Rf. Diciamo di iniziare con l'uscita degli amplificatori operazionali a tensione di saturazione positiva (+Vsat). Il condensatore si sta caricando e la sua tensione (Vc) sta salendo lentamente. Nel frattempo R1 e R2 formano un partitore di tensione con la sua uscita di tensione (Vdiv) ad un valore stabile da qualche parte tra la tensione di saturazione dell'uscita (+Vsat) e 0V. Quando la tensione del condensatore supera la tensione del partitore di tensione R1 e R2, l'amplificatore operazionale inverte il suo stato in una tensione di saturazione negativa (-Vsat). Quindi il condensatore viene scaricato attraverso il resistore Rf fino a quando la sua tensione (Vc) è inferiore alla tensione dei divisori R1 e R2 (Vdiv). Quindi capovolge nuovamente il suo stato allo stato iniziale (+Vsat). E così via.

Questo infatti produce una tensione di uscita in tensione ad onda quadra dell'oscillatore e se è della giusta frequenza, produce un tono udibile.

Passaggio 3: calcolo delle frequenze

La frequenza dell'oscillatore può essere calcolata tramite l'equazione nell'immagine sopra.

Puoi accordare questo synth come preferisci.

Volevo accordarlo in scala di do maggiore - tutti i tasti bianchi del pianoforte. In questo modo, non ci sono toni "sbagliati" ed è facile da suonare per i bambini.

Così ho cercato online l'elenco delle frequenze per i toni specifici e ho deciso di accordare la cosa dalla nota C4 a C5.

Ho fatto i calcoli per la resistenza necessaria. L'ho fatto di fantasia e l'ho calcolato con Matlab (Octave).

Per il divisore di resistori R1 e R2 ho scelto resistori da 22k ohm, per il condensatore ho scelto un cap da 100nF.

Ecco il codice se sei troppo pigro per farlo a mano con una calcolatrice. Oppure puoi semplicemente usare l'equazione capovolta per il calcolo del resistore manuale.

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]; %elenco di frequenze

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

Ecco i risultati:

C4 = 17395 ohm

D4 = 15498 ohm

E4 =13806 ohm

F4 = 13032 ohm

G4 = 11610 ohm

A4 = 10343 ohm

B4 = 9215 ohm

C5 = 8697 ohm

Ovviamente avevo bisogno di arrotondare i valori ai valori del resistore più vicini. Ho usato una serie di resistori E12 standard, che si trova più spesso nella scatola dei componenti per hobby. Poiché la serie di resistori E12 è piuttosto grossolana, ho usato 2 resistori in serie per ogni valore per avvicinarmi alla resistenza desiderata e il synth sarà più in sintonia in questo modo.

C4 = 2,2 k + 15 k ohm D4 = 15 k + 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 = 8,2k + 470 ohm

Passaggio 4: lo schema dell'oscillatore finito

Ecco lo schema per la parte dell'oscillatore.

Con i singoli tasti si seleziona la resistenza desiderata e viene prodotto il tono desiderato.

Questo schema spiega perché si ottengono suoni acuti quando si premono più tasti contemporaneamente. Premendo più tasti contemporaneamente, si collegano più rami dei resistori in parallelo ed effettivamente li si collega in parallelo, riducendo la resistenza totale. Una resistenza più bassa produce un tono più acuto.

Passaggio 5: l'amplificatore per altoparlanti

L'amplificatore per altoparlanti potrebbe essere ancora più semplice, ma ho deciso di realizzare un vero stadio amplificatore in classe AB.

Lo stadio è costituito da transistor PNP e NPN, condensatori di accoppiamento e due resistori e diodi di polarizzazione.

Molto semplice ma funziona bene.

Davanti allo stadio dell'amplificatore ho messo un potenziometro logaritmico (audio) da 100k per la regolazione del volume.

Poiché il potenziometro da solo nel circuito desintonizza l'oscillatore (resistenza aggiunta), ho schiaffeggiato un buffer dell'amplificatore operazionale di fronte ad esso che introduce un'elevata resistenza di ingresso per il circuito di fronte e una bassa impedenza per i circuiti dopo esso.

Fondamentalmente un buffer è un amplificatore con un guadagno di 1.

L'amplificatore operazionale che sto usando è TL072 che ha due circuiti di amplificazione al suo interno, quindi questo è tutto ciò di cui abbiamo bisogno.

Passaggio 6: cose ausiliarie

Sul lato sinistro dell'immagine ci sono le intestazioni del connettore di ingresso, dove si collega l'alimentatore.

Sono seguiti da due diodi che proteggono il circuito per il collegamento accidentale dell'alimentatore con polarità errata.

Ho anche aggiunto due led per indicare la presenza di ogni linea di alimentazione.

Passaggio 7: schema completo

Ecco lo schema finito.

Passaggio 8: l'alimentatore

Il circuito richiede un'alimentazione simmetrica.

Hai bisogno di +12V e -12V (9V funzionerebbe anche).

Ho usato un vecchio alimentatore da una stampante a getto d'inchiostro rotta, poiché aveva binari +12V e -12V (vedi foto)

Ma puoi anche fare un alimentatore simmetrico +-12V da un singolo 24V usando lo schema sopra.

Ma non dimenticare di montare un dissipatore di calore sul regolatore 7812.

Oppure si possono collegare in serie due alimentatori da 12V isolati.

Passaggio 9: il PCB

Se ti piace incidere i tuoi PCB puoi trovare il file per la stampa qui. Ho usato pulsanti 10x10mm per le chiavi.

Molte persone volevano sapere dove trovare i bottoni con un bel cappuccio grande. Qui sono riuscito a trovare pulsanti simili che puoi usare per la tastiera:

www.banggood.com/custlink/GvDmqJEpth

Dovrebbero stare anche su una breadboard!

Questo è un link di affiliazione - paghi lo stesso prezzo che senza il link, ma ricevo una piccola commissione in modo da poter acquistare più componenti per i progetti a venire:)

Per il selettore del condensatore, ho saldato l'intestazione in modo da poter cambiare rapidamente i condensatori.

D'altra parte, il circuito è abbastanza semplice da poterlo assemblare sulla breadboard o su una scheda di saldatura di prototipazione. Sarebbe ancora più facile armeggiare e scambiare i componenti per effetti diversi.

Per l'altoparlante ho riciclato un vecchio altoparlante interno per PC, ho realizzato un semplice involucro stampato in 3D.

Passaggio 10: fatto

Ora il tuo synth è pronto e dovresti suonarci dei fantastici brani!

Spero ti sia piaciuto l'istruibile. Sentiti libero di controllare gli altri miei istruttori e i video di YouTube!

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per spoiler su ciò a cui sto attualmente lavorando, dietro le quinte e altri extra!