Awesome analoge synthesizer/orgel met alleen discrete componenten - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Analoge synthesizers zijn erg gaaf, maar ook best lastig om te maken.

Dus ik wilde er een zo eenvoudig mogelijk maken, zodat de werking ervan gemakkelijk te begrijpen is.

Om het te laten werken, heb je een paar basissubcircuits nodig: een eenvoudige oscillator met een door weerstand selecteerbare oscillatiefrequentie, enkele toetsen en een basisversterkercircuit.

Als je geleidende pads gebruikt in plaats van drukknoppen voor de toetsen, zou je je versie van de erg cool kunnen maken

Stylofoon!

In dit instructable zullen we leren hoe het te maken en we zullen leren hoe het werkt.

De instructable is bedoeld voor beginnende tot gevorderde elektronica-enthousiastelingen.

Stap 1: Benodigd gereedschap

Je hebt een soldeerbout en wat prototypingboards nodig, of je kunt het op het breadboard monteren.

Als je wat meer gevorderd bent, zal ik bestanden verstrekken voor het etsen van je eigen PCB.

Stap 2: Beginnen met een oscillator

Het hart van de synthesizer is een Astable Multivibrator-schakeling gemaakt met een operationele versterker. Op internet vindt u zeer lange en gedetailleerde afleidingen van de werking ervan, maar ik zal proberen de werking ervan op een eenvoudigere manier uit te leggen.

De oscillator bestaat uit een paar weerstanden en een condensator.

Het op-amp-comparatorcircuit is geconfigureerd als een Schmitt-trigger die positieve feedback gebruikt die wordt geleverd door weerstanden R1 en R2 om hysterese te genereren. Dit resistieve netwerk is aangesloten tussen de uitgang van de versterker en de niet-inverterende (+) ingang. Wanneer Vo (uitgangsspanning) verzadigd is op de positieve voedingsrail, wordt een positieve spanning toegepast op de niet-inverterende ingang van de op-amps. Evenzo, wanneer Vo verzadigd is aan de negatieve voedingsrail, wordt een negatieve spanning toegepast op de niet-inverterende ingang van de op-amps.

Deze spanning laadt langzaam op en ontlaadt de condensator aan de (-) ingang via de Rf-weerstand. Laten we zeggen dat we beginnen met op-amps output bij positieve verzadigingsspanning (+Vsat). De condensator wordt opgeladen en de spanning (Vc) stijgt langzaam. Ondertussen vormen R1 en R2 een spanningsdeler met zijn uitgangsspanning (Vdiv) op een stabiele waarde ergens tussen uitgangsverzadigingsspanning (+Vsat) en 0V. Wanneer de condensatorspanning de spanning van de R1- en R2-spanningsdeler overschrijdt, keert de op-amp zijn toestand om naar een negatieve verzadigingsspanning (-Vsat). Vervolgens wordt de condensator ontladen via de Rf-weerstand totdat de spanning (Vc) lager is dan de R1- en R2-delerspanning (Vdiv). Daarna keert het zijn toestand weer terug naar de begintoestand (+Vsat). En zo verder en verder.

Dit produceert in feite een blokgolf uitgangsspanning van de oscillator en als deze de juiste frequentie heeft, produceert deze een hoorbare toon.

Stap 3: De frequenties berekenen

De oscillatorfrequentie kan worden berekend via de vergelijking in de bovenstaande afbeelding.

Je kunt deze synth afstemmen wat je maar wilt.

Ik wilde het stemmen in C majeur - alle witte toetsen op de piano. Op deze manier zijn er geen "verkeerde" tonen en is het gemakkelijk te spelen voor kinderen.

Dus ik zocht online naar de lijst met frequenties voor de specifieke tonen en ik besloot het ding af te stemmen van C4 naar C5-noot.

Ik maakte de berekeningen voor de benodigde weerstand. Ik deed het fancy en berekende het met Matlab (Octave).

Voor de R1 en R2 weerstandsdeler koos ik 22k ohm weerstanden, voor de condensator koos ik 100nF cap.

Hier is de code als je te lui bent om het met de hand te doen met een rekenmachine. Of u kunt gewoon de omgedraaide vergelijking gebruiken voor de handmatige weerstandsberekening.

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]; %lijst met frequenties

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

Hier zijn de 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

Natuurlijk moest ik de waarden afronden naar de dichtstbijzijnde weerstandswaarden. Ik gebruikte standaard E12-weerstandsseries die het vaakst te vinden zijn in de doos met hobbyonderdelen. Omdat de E12-weerstandsserie vrij grof is, heb ik voor elke waarde 2 weerstanden in serie gebruikt om dichter bij de gewenste weerstand te komen en de synth zal op deze manier beter afgestemd zijn.

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

Stap 4: Het voltooide oscillatorschema

Hier is het schema voor het oscillatorgedeelte.

Met de individuele toetsen selecteer je de gewenste weerstand en wordt de gewenste toon geproduceerd.

Dit schema legt uit waarom je hoge tonen krijgt als je meerdere toetsen tegelijk indrukt. Door meerdere toetsen tegelijk in te drukken, sluit u meer takken van de weerstanden parallel aan en verbindt u ze effectief parallel, waardoor de totale weerstand wordt verminderd. Lagere weerstand produceert een hogere toon.

Stap 5: De luidsprekerversterker

De luidsprekerversterker zou nog eenvoudiger kunnen, maar ik heb besloten om een echte AB-klasse versterkertrap te maken.

Het podium bestaat uit PNP- en NPN-transistoren, koppelcondensatoren en twee biasweerstanden en diodes.

Heel basic, maar het werkt goed.

Voor de versterkertrap heb ik een 100k logaritmische (audio)potmeter geplaatst om het volume aan te passen.

Omdat de potentiometer alleen in het circuit de oscillator zou ontstemmen (toegevoegde weerstand), heb ik er een op-amp-buffer voor geslagen die een hoge ingangsweerstand introduceert voor het circuit ervoor en een lage impedantie voor de circuits erna het.

In principe is een buffer een versterker met een versterking van 1.

De opamp die ik gebruik is TL072 die twee versterkercircuits heeft, dus dit is alles wat we nodig hebben.

Stap 6: Hulpmateriaal

Aan de linkerkant van de afbeelding bevinden zich de headers van de ingangsconnector, waar u de voeding aansluit.

Ze worden gevolgd door twee diodes die het circuit beschermen tegen het per ongeluk aansluiten van de voeding met de verkeerde polariteit.

Ik heb ook twee LED's toegevoegd om de aanwezigheid van elke voedingslijn aan te geven.

Stap 7: Volledig schema

Hier is het voltooide schema.

Stap 8: De voeding

Het circuit vereist een symmetrische voeding.

Je hebt +12V en -12V nodig (9V zou ook werken).

Ik gebruikte een oude voeding van een kapotte inkjetprinter, aangezien deze +12V en -12V rails had (zie de foto's)

Maar je kunt ook een symmetrische +-12V voeding maken van een enkele 24V met behulp van het bovenstaande schema.

Maar vergeet niet om een koellichaam op de 7812-regelaar te monteren.

Of u kunt in serie twee geïsoleerde 12V-voedingen aansluiten.

Stap 9: De PCB

Als u uw eigen PCB's wilt etsen, vindt u hier het bestand om te printen. Voor de toetsen heb ik 10x10mm drukknoppen gebruikt.

Veel mensen wilden weten waar ze knoppen met een mooie grote dop konden vinden. Hier heb ik vergelijkbare drukknoppen gevonden die je voor het toetsenbord kunt gebruiken:

www.banggood.com/custlink/GvDmqJEpth

Ze moeten ook op een breadboard passen!

Dit is een gelieerde link - je betaalt dezelfde prijs als zonder de link, maar ik krijg een kleine commissie zodat ik meer componenten kan kopen voor toekomstige projecten:)

Voor de condensatorkiezer heb ik de header gesoldeerd, zodat ik de condensatoren snel kan wisselen.

Aan de andere kant is het circuit eenvoudig genoeg zodat je het op het breadboard of een prototype soldeerbord kunt monteren. Het zou nog gemakkelijker zijn om te sleutelen aan en de componenten te verwisselen voor verschillende effecten.

Voor de luidspreker heb ik een oude interne pc-luidspreker gerecycled, ik heb er een eenvoudige 3D-geprinte behuizing voor gemaakt.

Stap 10: Klaar

Nu is je synth klaar en moet je er een aantal geweldige deuntjes mee spelen!

Ik hoop dat je de instructable leuk vond. Voel je vrij om mijn andere instructables en youtube-video's te bekijken!

Je kunt me volgen op Facebook en Instagram

www.instagram.com/jt_makes_it

voor spoilers over waar ik momenteel aan werk, achter de schermen en andere extra's!