DIY batteriebetriebenes Overdrive-Pedal für Gitarreneffekte - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Für die Liebe zur Musik oder für die Liebe zur Elektronik ist das Ziel dieses Instructable zu zeigen, wie wichtig der SLG88104V Rail-to-Rail-I / O 375nA Quad-OpAmp mit seinen Weiterentwicklungen bei geringem Stromverbrauch und niedriger Spannung sein kann, um Overdrive-Schaltungen zu revolutionieren.

Typische Overdrive-Designs auf dem heutigen Markt laufen mit 9V. Wie hier erläutert, ist es uns jedoch gelungen, einen Overdrive zu erzielen, der äußerst sparsam im Stromverbrauch ist und mit einer so niedrigen VDD läuft, dass er mit nur zwei AA-Batterien bei drei Volt über einen längeren Zeitraum und eine extrem lange Akkulaufzeit arbeiten kann. Um die im Gerät verbliebenen Batterien weiter zu schonen, wird standardmäßig ein mechanischer Schalter zum Auskuppeln verwendet. Da die Stellfläche des SLG88104V bei minimalem Batterieverbrauch klein ist, kann auf Wunsch ein kleines, leichtes Pedal hergestellt werden. All dies kombiniert mit sympathischen Soundeffekten macht es zu einem führenden Overdrive-Design.

Verstärkte Gitarren erschienen in den frühen 1930er Jahren. Zu dieser Zeit strebten die frühen Aufnahmekünstler jedoch nach sauberen Orchesterklängen. In den 40er Jahren stellte DeArmond den weltweit ersten Standalone-Effekt her. Aber zu dieser Zeit waren Verstärker röhrenbasiert und sperrig. Während der 40er und bis in die 50er Jahre, obwohl Clean-Sounds vorherrschend waren, drehten konkurrierende Einzelpersonen und Bands ihre Verstärker-Lautstärke häufig auf Overdrive-Status und der Distortion-Sound wurde immer beliebter. In den 60er Jahren wurden mit dem Vox T-60 Transistorverstärker hergestellt, im Jahr 1964 und ungefähr zur gleichen Zeit, um den damals sehr begehrten Distortion-Sound weiter zu erhalten, wurde der erste Distortion-Effekt geboren.

Schritt 1: Voraussetzungen

Die analoge oder digitale Verarbeitung von Musiksignalen kann neue Effekte liefern, und aktive Overdrive-Effekte erzeugen die übersteuerten Clipping-Effekte dieser frühen Röhrenverstärker.

In der Regel unerwünscht und hinsichtlich der Verstärkung minimiert, ist bei diesem Effekt das Gegenteil der Fall. Das Clipping erzeugt Frequenzen, die im Originalton nicht vorhanden sind und die in der Anfangszeit mitunter auch der Grund für seine Attraktivität gewesen sein könnten. Starkes und fast rechteckwellenbezogenes Clipping erzeugt sehr Hash-Sounds, die unharmonisch zu seinem Elternton sind, während weiches Clipping harmonische Obertöne erzeugt. Dieser Autor ist der festen Überzeugung, dass die Qualität eines Overdrive-Pedals von seinem Verhältnis von harmonischen zu unharmonischen Tönen über seinen gesamten Bereich und seiner Fähigkeit abhängt, die harmonischen Töne bei höheren Verstärkungen zu erhalten.

Schritt 2: Übersicht

Oben ist ein Überblick über eine vorgeschlagene Schaltung, deren Ziel es ist, vorhandene Signale zu erhalten und diese Overdrive-Sounds zu erzeugen. Mit dem SLG88104V kann ein Overdrive-Pedal mit 3 V betrieben werden, wobei zwei AA-Batterien verwendet werden, die viel häufiger erhältlich und günstiger in der Anschaffung sind als 9 V PP3-Batterien. Auf Wunsch können stattdessen AAA-Batterien verwendet werden, obwohl die zusätzliche Kapazität der AA mehr als geeignet ist. Darüber hinaus kann die Schaltung auf Wunsch mit 4,5 V (1,5 V Mittellinie +3 V) oder 6 V (3 V Mittellinie +3 V) arbeiten, obwohl dies nicht erforderlich ist.

Selektive Frequenzverstärkung – wichtige Modifikation, um eine Verstärkung bei niedrigeren Spannungen zu erreichen.

Schritt 3: Erklärung und Theorie

Wir verwenden die nicht invertierende Topologie des Verstärkers aufgrund seiner hohen Eingangsimpedanz und einfachen Anpassung für die Frequenzauswahl als Basis für die Verstärkungsstufen.

Siehe Formel 1.

Wie wir gesehen haben, hängt die Verstärkung in diesem Setup ausschließlich von der Rückkopplung ab. Wenn wir dies in eine Hochpasstopologie umwandeln, hängt die Verstärkung gemäß einigen Overdrive-Anordnungen von Feedback und Eingangsfrequenzen ab. Wenn außerdem die Filterrückkopplungsschaltung verdoppelt wird, dann wird die Topologie einen Bereich von Ansprechverstärkungen auf den Eingang anwenden und dann einen weiteren unterschiedlichen Satz von Ansprechverstärkungen.

Dieser Aufbau kann sowohl dazu dienen, das Design zu verdeutlichen als auch eine stärker frequenzgerichtete / selektive Verstärkung zu ermöglichen. Unten ist das Diagramm einer solchen Anordnung mit Formeln, die interessante Schlussfolgerungen ergeben. Diese Topologie ist eine wichtige Crux, auf die sich die endgültige Overdrive-Schaltung stützt, die sie mehrmals als Hauptkern einbindet, um ein funktionierendes Modell aufrechtzuerhalten.

Um die Dinge etwas einfacher zu betrachten, verwenden wir für eine bestimmte Frequenz f Formel 2 und Formel 3.

Die eigentliche Gleichung für AGain bei einer bestimmten Frequenz f ist somit Formel 4, die weiter zerlegt wird, um eine endgültige Formel 5 zu erzeugen.

Wie offensichtlich ist, ist dies analog zur Addition der obigen vereinfachten Gleichungen, abgesehen von der inhärenten Einheitsverstärkung des Verstärkers, die konstant ist. Zusammenfassend wird die Frequenzgangverstärkung jedes Hochpass-Rückkopplungstopologiezweigs zusammengesetzt.

Das Ziel solcher Anordnungen besteht darin, eine gleichmäßigere Verstärkung des Eingangssignals über den Frequenzbereich zu erreichen, sodass wir bei höheren Frequenzen, bei denen die Verstärkung des OpAmp reduziert wird, mehr Verstärkung einsetzen können. Bei niedrigen Spannungen kann der Klang durch diese tiefen Frequenzen erhalten bleiben, obwohl der Headroom nicht sehr hoch ist.

Schritt 4: Schaltplan

Schritt 5: Schaltung erklärt

Der SLG88103/4V verfügt über einen integrierten Eingangsschutz, um Überspannungen an seinen Eingängen zu verhindern. Zusätzliche Schutzdioden wurden in der Anfangsphase des Overdrive-Eingangs für zusätzliche Robustheit des Designs hinzugefügt.

Die Verstärkung der ersten Stufe wirkt als Puffer mit hoher Impedanz der ersten Stufe und verstärkt anfangs, um sich auf die Overdrive-Stufe vorzubereiten. Die Verstärkung beträgt etwa zwei, obwohl sie mit der Frequenz variiert. In dieser Phase muss darauf geachtet werden, dass die Verstärkung niedrig bleibt, da jede Verstärkung in dieser Phase mit der Overdrive-Verstärkung multipliziert wird.

Im Anschluss an die Overdrive-Stufe, in der das Signal große Verstärkungen erfährt, stellt die frequenzselektive Verstärkung wieder sicher, dass die höheren Frequenzen für eine gleichmäßigere Verstärkung angehoben werden, und nacheinander induzieren wir mit zwei Dioden im Vorwärtsleitungsmodus Clipping. Ein einfacher Tiefpassfilter bildet den Ton, und dies führt zu einem einfachen Lautstärkepotentiometer und einem Puffer zum Ansteuern des Ausgangs.

Nur drei der On-Board-Operationsverstärker werden verwendet, und der letzte verbleibende ist entsprechend „richtiges Setup für ungenutzte OpAmps“verdrahtet. Auf Wunsch können anstelle des einzelnen SLG88104V auch 2 x SLG88103V verwendet werden.

Eine Leuchtdiode mit niedriger Leistung zeigt einen eingeschalteten Zustand an. Die Bedeutung einer Low-Power-Version kann aufgrund der geringen Ruheströme und der geringen Betriebsleistung des SLG88104V nicht unterschätzt werden. Der Hauptstromverbrauch des Stromkreises ist die Betriebsanzeige-LED.

Aufgrund des extrem niedrigen Ruhestroms von 375 nA ist die Leistungsbetrachtung für das SLG88104V sogar sehr gering. Der Großteil der Verlustleistung wird durch die entkoppelnden Tiefpasskondensatoren und den Emitterfolgerwiderstand verursacht. Wenn wir die Stromaufnahme des Ruhestroms der gesamten Schaltung messen, beträgt dieser nur etwa 20 µA und steigt im Einsatz der Gitarre auf etwa maximal 90 µA an. Dies ist sehr gering im Vergleich zu den 2 mA, die von der LED verbraucht werden, und ist der Grund, warum die Verwendung einer Low-Power-LED zwingend erforderlich ist. Wir können schätzen, dass die durchschnittliche Lebensdauer einer einzelnen AA-Alkalibatterie von der vollen auf 1 V entladen wird, etwa 2000 mAh* bei einer Entladerate von 100 mA beträgt. Ein anständiges neues Paar Batterien mit 3 V sollte dann in der Lage sein, über 4000 mAh zu liefern. Mit der LED misst unsere Schaltung eine Stromaufnahme von 1,75 mA, von der wir über 2285 Stunden oder 95 Tage Dauerbetrieb schätzen können. Da Overdrives aktive Schaltungen sind, kann unser Overdrive bei minimalem Stromverbrauch einen "höllischen Kick" erzeugen. Als Randnotiz sollten zwei AAA-Batterien etwa die Hälfte der Zeit der AA halten.

Unten ist das Arbeitsmodell dieser Overdrive-Schaltung. Wie bei jedem Pedal muss der Benutzer natürlich die Einstellungen anpassen, um den für ihn am besten geeigneten Klang zu finden. Die Mitten und Bässe des Amps höher als die Höhen zu drehen, schien uns wirklich coole Overdrive-Sounds zu geben (da die Höhen härter waren). Es ähnelte dann der wärmeren, altmodischen Art von Klang.

Aufgrund des winzigen Gehäuses und des sehr geringen Stromverbrauchs des SLG88104V ist es uns gelungen, ein Low-Power-Overdrive-Pedal zu erzielen, das weniger sperrig ist und über lange Zeit mit nur zwei Bleistiftbatterien betrieben wird.

AA-Batterien sind leichter verfügbar, und es besteht die Möglichkeit, dass sie für die Lebensdauer eines Arbeitsgeräts nicht gewechselt werden, was es extrem wartungsfreundlich und umweltfreundlich macht. Außerdem kann es mit einer kleinen Anzahl externer Komponenten gebaut werden, so dass es kostengünstig, einfach herzustellen und, wie bereits erwähnt, leichtgewichtig sein kann.

* Quelle: Energizer E91 Datenblatt (siehe Balkendiagramm), powerstream.com

Schlussfolgerungen

In diesem Instructable haben wir ein Niederspannungs-Overdrive-Pedal mit geringem Stromverbrauch konstruiert.

Abgesehen von der analogen Verarbeitung für die Mixed-Signal-ICs von GreenPAK und andere digitale Halbleiter haben sich die Rail-to-Rail-Niederspannungs- und Niederstrom-OpAmps von GreenPAK als nützlich in Overdrive-Schaltkreisen erwiesen. Sie sind in vielen anderen Anwendungen autonom und besonders vorteilhaft in leistungsempfindlichen Anwendungen.

Wenn Sie außerdem Interesse an Schaltungen haben, um Ihre eigenen IC-Designs zu programmieren, können Sie unsere GreenPAK-Software herunterladen, die für solche Designs nützlich ist, oder sich einfach die bereits fertiggestellten GreenPAK-Designdateien auf unserer Webseite ansehen. Das Engineering könnte noch einfacher sein. Alles, was Sie tun müssen, ist das GreenPAK Development Kit an Ihren Computer anzuschließen und das Programm zu starten, um Ihren benutzerdefinierten IC zu erstellen.