Fantastisk analog syntes/organ som endast använder diskreta komponenter: 10 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:37

Analoga synthesizers är väldigt coola, men också ganska svåra att göra.

Så jag ville göra en så enkel som den kan bli, så att dess funktion kan vara lätt att förstå.

För att det ska fungera behöver du några grundläggande underkretsar: En enkel oscillator med motståndsvalbar oscillerande frekvens, några tangenter och en grundläggande förstärkarkrets.

Om du använder några ledande kuddar istället för tryckknappar för knapparna kan du göra din version av den väldigt coola

Stylofon!

I detta instruerbara lär vi oss hur man gör det och vi lär oss hur det fungerar.

Den instruerbara är avsedd för nybörjare till mellanliggande elektronikentusiaster.

Steg 1: Verktyg behövs

Du behöver ett lödkolv och några prototyper, eller så kan du montera det på brödbrädan.

Om du är lite mer avancerad kommer jag att tillhandahålla filer för etsning av ditt eget kretskort.

Steg 2: Börja med en oscillator

Hjärtat i synthesizern är en Astable Multivibrator -krets tillverkad med en operationsförstärkare. På internet hittar du mycket långa och detaljerade härledningar av dess drift, men jag ska försöka förklara hur det fungerar på ett enklare sätt.

Oscillatorn består av några motstånd och en kondensator.

Op-amp-jämförarkretsen är konfigurerad som en Schmitt-trigger som använder positiv feedback från resistorerna R1 och R2 för att generera hysteres. Detta resistiva nätverk är anslutet mellan förstärkarens utgång och icke-inverterande (+) ingång. När Vo (utspänning) är mättad vid den positiva matningsskenan, appliceras en positiv spänning på op-ampers icke-inverterande ingång. På samma sätt, när Vo är mättad till den negativa matningsskenan, appliceras en negativ spänning på op-ampars icke-inverterande ingång.

Denna spänning laddar och tömmer långsamt kondensatorn vid (-) ingången genom Rf-motståndet. Låt oss säga att vi börjar med op-ampereffekt vid positiv mättnadsspänning (+Vsat). Kondensatorn laddas och dess spänning (Vc) stiger långsamt. Under tiden bildar R1 och R2 en spänningsdelare med dess spänningsutgång (Vdiv) vid ett stabilt värde någonstans mellan utmättnadsspänning (+Vsat) och 0V. När kondensatorspänningen överskrider spänningen för R1- och R2-spänningsdelaren omvandlar op-amparen sitt tillstånd till negativ mättnadsspänning (-Vsat). Sedan laddas kondensatorn ut genom Rf -motståndet tills dess spänning (Vc) är lägre än R1- och R2 -delningsspänningen (Vdiv). Sedan vänder det igen sitt tillstånd till utgångsläget (+Vsat). Och så vidare.

Detta producerar faktiskt oscillatorns utgångsspänning med fyrkantig spänning och om den har rätt frekvens ger den en hörbar ton.

Steg 3: Beräkning av frekvenser

Oscillatorfrekvensen kan beräknas via ekvationen i bilden ovan.

Du kan ställa in denna synth vad du vill.

Jag ville stämma den i C -dur -skala - alla de vita tangenterna på pianot. På så sätt finns det inga "fel" toner och det är lätt att spela för barn.

Så jag sökte på nätet efter listan över frekvenser för de specifika tonerna och jag bestämde mig för att ställa in saken från C4 till C5 not.

Jag gjorde beräkningarna för det nödvändiga motståndet. Jag gjorde det fint och beräknade det med Matlab (Octave).

För R1 och R2 motståndsdelaren valde jag 22k ohm motstånd, för kondensatorn valde jag 100nF lock.

Här är koden om du är för lat för att göra det för hand med en miniräknare. Eller så kan du bara använda den vända ekvationen för den manuella motståndsberäkningen.

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]; %lista över frekvenser

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

Här är resultaten:

C4 = 17395 ohm

D4 = 15498 ohm

E4 = 13806 ohm

F4 = 13032 ohm

G4 = 11610 ohm

A4 = 10343 ohm

B4 = 9215 ohm

C5 = 8697 ohm

Naturligtvis behövde jag runda värdena till närmaste motståndsvärden. Jag använde standard E12 motståndsserie som är den vanligaste som finns i lådor för hobbydelar. Eftersom E12 -motståndsserien är ganska grov använde jag 2 motstånd i serie för varje värde för att komma närmare det önskade motståndet och synten kommer att vara mer anpassad på detta sätt.

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

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

F4 = 12k + 1k ohm

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

A4 = 10k + 330 ohm

B4 = 8,2k + 1k ohm

C5 = 8,2k + 470 ohm

Steg 4: Den färdiga oscillatorschemat

Här är schemat för oscillatordel.

Med de enskilda knapparna väljer du önskat motstånd och önskad ton produceras.

Denna schematik förklarar varför du får höga ljud när du trycker på flera tangenter samtidigt. Genom att trycka på flera tangenter samtidigt ansluter du fler grenar av motstånden parallellt och effektivt kopplar dem parallellt, vilket minskar det totala motståndet. Lägre motstånd ger högre tonhöjd.

Steg 5: Högtalarförstärkaren

Högtalarförstärkaren kunde göras ännu enklare, men jag bestämde mig för att göra ett riktigt förstärkarscen i AB -klass.

Scenen består av PNP- och NPN -transistorer, kopplingskondensatorer och två förspänningsmotstånd och dioder.

Mycket grundläggande men det fungerar bra.

Framför förstärkarsteget satte jag en 100k logaritmisk (ljud) potentiometer för justering av volymen.

Eftersom potentiometern ensam i kretsen skulle avstämma oscillatorn (extra motstånd), slog jag en op-amp-buffert framför den som introducerar högt ingångsmotstånd för kretsen framför den och låg impedans för kretsarna efter den.

I grund och botten är en buffert en förstärkare med en förstärkning på 1.

Opampen jag använder är TL072 som har två förstärkarkretsar i den, så det här är allt vi behöver.

Steg 6: Hjälpmedel

På bildens vänstra sida finns ingångskontakterna, där du ansluter strömförsörjningen.

De följs av två dioder som skyddar kretsen för oavsiktlig anslutning av fel polaritet.

Jag lade också till två lysdioder för att indikera närvaron av varje kraftledning.

Steg 7: Fullständig schematisk

Här är den färdiga schemat.

Steg 8: Strömförsörjningen

Kretsen kräver symmetrisk strömförsörjning.

Du behöver +12V och -12V (9V skulle också fungera).

Jag använde en gammal strömförsörjning från en trasig bläckstråleskrivare, eftersom den hade +12V och -12V skenor (se bilderna)

Men du kan också göra en symmetrisk +-12V strömförsörjning från en enda 24V med hjälp av schemat ovan.

Men glöm inte att montera en kylfläns på 7812 -regulatorn.

Eller så kan du ansluta i serie två isolerade 12V nätaggregat.

Steg 9: Kretskortet

Om du gillar att etsa dina egna kretskort kan du hitta filen för utskrift här. Jag använde 10x10mm tryckknappar för nycklarna.

Många ville veta var man kan hitta knappar med en fin stor keps. Här lyckades jag hitta liknande tryckknappar du kan använda för tangentbordet:

www.banggood.com/custlink/GvDmqJEpth

De borde också passa på en brödbräda!

Detta är en affiliate -länk - du betalar samma pris som utan länken, men jag får en liten provision så att jag kan köpa fler komponenter för kommande projekt:)

För kondensatorväljaren lödde jag rubriken så att jag snabbt kan byta kondensatorer.

På andra sidan är kretsen tillräckligt enkel så att du kan montera den på brödbrädan eller en prototypande lödbräda. Det skulle vara ännu lättare att pyssla med och byta komponenter för olika effekter.

För högtalaren återvände jag en gammal intern PC -högtalare, jag gjorde ett enkelt 3D -tryckt hölje för den.

Steg 10: Klar

Nu är din synth klar och du bör spela några fantastiska låtar med den!

Hoppas du gillade det instruerbara. Kolla gärna mina andra instruktioner och youtube -videor!

Du kan följa mig på Facebook och Instagram

www.instagram.com/jt_makes_it

för spoilers på det jag håller på med just nu, bakom kulisserna och andra tillbehör!