Fantastischer analoger Synthesizer / Orgel mit nur diskreten Komponenten - Gunook

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

Analoge Synthesizer sind sehr cool, aber auch ziemlich schwierig herzustellen.

Also wollte ich es so einfach wie möglich machen, damit seine Funktionsweise leicht verständlich ist.

Damit es funktioniert, benötigen Sie einige grundlegende Teilschaltungen: Einen einfachen Oszillator mit einer über einen Widerstand wählbaren Schwingfrequenz, einige Tasten und eine grundlegende Verstärkerschaltung.

Wenn Sie einige leitfähige Pads anstelle von Druckknöpfen für die Tasten verwenden, könnten Sie Ihre Version des sehr coolen machen

Stylophon!

In diesem anweisbaren lernen wir, wie man es macht und wir werden lernen, wie es funktioniert.

Das anweisbare ist für Anfänger bis fortgeschrittene Elektronik-Enthusiasten gedacht.

Schritt 1: Benötigte Werkzeuge

Sie benötigen einen Lötkolben und einige Prototyping-Boards, oder Sie können es auf dem Steckbrett montieren.

Wenn Sie etwas fortgeschrittener sind, stelle ich Dateien zum Ätzen Ihrer eigenen Leiterplatte zur Verfügung.

Schritt 2: Beginnen mit einem Oszillator

Das Herz des Synthesizers ist eine Astabile Multivibrator-Schaltung mit einem Operationsverstärker. Im Internet finden Sie sehr lange und detaillierte Ableitungen zu seiner Funktionsweise, aber ich werde versuchen, seine Funktionsweise einfacher zu erklären.

Der Oszillator besteht aus einigen Widerständen und einem Kondensator.

Die Op-Amp-Komparatorschaltung ist als Schmitt-Trigger konfiguriert, der eine positive Rückkopplung verwendet, die von den Widerständen R1 und R2 bereitgestellt wird, um eine Hysterese zu erzeugen. Dieses Widerstandsnetzwerk ist zwischen den Ausgang des Verstärkers und den nicht invertierenden (+) Eingang geschaltet. Wenn Vo (Ausgangsspannung) an der positiven Versorgungsschiene gesättigt ist, wird eine positive Spannung an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angelegt. Ebenso wird, wenn Vo an der negativen Versorgungsschiene gesättigt ist, eine negative Spannung an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angelegt.

Diese Spannung lädt und entlädt den Kondensator am (-)-Eingang langsam über den Rf-Widerstand. Nehmen wir an, wir beginnen mit der Ausgabe von Operationsverstärkern bei positiver Sättigungsspannung (+Vsat). Der Kondensator wird geladen und seine Spannung (Vc) steigt langsam an. In der Zwischenzeit bilden R1 und R2 einen Spannungsteiler mit seinem Spannungsausgang (Vdiv) auf einem stabilen Wert irgendwo zwischen der Ausgangssättigungsspannung (+Vsat) und 0V. Wenn die Kondensatorspannung die Spannung des Spannungsteilers R1 und R2 überschreitet, invertiert der Operationsverstärker seinen Zustand in eine negative Sättigungsspannung (-Vsat). Dann wird der Kondensator über den Rf-Widerstand entladen, bis seine Spannung (Vc) niedriger ist als die Teilerspannung R1 und R2 (Vdiv). Dann kehrt es seinen Zustand wieder in den Anfangszustand (+Vsat) um. Und so weiter und weiter.

Dies erzeugt tatsächlich eine Rechteckwellen-Ausgangsspannung des Oszillators, und wenn sie die richtige Frequenz hat, erzeugt sie einen hörbaren Ton.

Schritt 3: Berechnung der Frequenzen

Die Oszillatorfrequenz kann über die Gleichung im obigen Bild berechnet werden.

Sie können diesen Synthesizer nach Belieben stimmen.

Ich wollte es in C-Dur-Tonleiter stimmen – alle weißen Tasten des Klaviers. Auf diese Weise gibt es keine "falschen" Töne und es ist für Kinder einfach zu spielen.

Also suchte ich online nach der Liste der Frequenzen für die spezifischen Töne und beschloss, das Ding von C4 auf C5 zu stimmen.

Ich habe die Berechnungen für den benötigten Widerstand gemacht. Ich habe es mir schick gemacht und mit Matlab (Octave) berechnet.

Für den Widerstandsteiler R1 und R2 habe ich 22k Ohm-Widerstände gewählt, für den Kondensator habe ich eine 100nF-Kappe gewählt.

Hier ist der Code, wenn Sie zu faul sind, es mit einem Taschenrechner von Hand zu machen. Oder Sie können einfach die umgedrehte Gleichung für die manuelle Widerstandsberechnung verwenden.

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]; %Liste der Frequenzen

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

Hier sind die Ergebnisse:

C4 = 17395 Ohm

D4 = 15498 Ohm

E4 =13806 Ohm

F4 = 13032 Ohm

G4 = 11610 Ohm

A4 = 10343 Ohm

B4 = 9215 Ohm

C5 = 8697 Ohm

Natürlich musste ich die Werte auf die nächsten Widerstandswerte runden. Ich habe die Standard-E12-Widerstandsserie verwendet, die am häufigsten in der Hobby-Teilebox zu finden ist. Da die E12-Widerstandsserie ziemlich grob ist, habe ich für jeden Wert 2 Widerstände in Reihe verwendet, um dem gewünschten Widerstand näher zu kommen und der Synthesizer wird auf diese Weise besser gestimmt.

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

E4 =8,2k + 5,6kOhm

F4 = 12k + 1k Ohm

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

A4 = 10k + 330 Ohm

B4 = 8,2k + 1k Ohm

C5 = 8,2k + 470 Ohm

Schritt 4: Der fertige Oszillator-Schema

Hier ist der Schaltplan für den Oszillatorteil.

Mit den einzelnen Tasten wählen Sie den gewünschten Widerstand und der gewünschte Ton wird erzeugt.

Dieses Schema erklärt, warum Sie hohe Töne erhalten, wenn Sie mehrere Tasten gleichzeitig drücken. Durch gleichzeitiges Drücken mehrerer Tasten schalten Sie mehr Zweige der Widerstände parallel und schalten sie effektiv parallel, wodurch der Gesamtwiderstand reduziert wird. Ein geringerer Widerstand erzeugt einen höheren Ton.

Schritt 5: Der Lautsprecherverstärker

Der Lautsprecherverstärker könnte noch einfacher gemacht werden, aber ich habe mich entschieden, eine echte Verstärkerstufe der AB-Klasse zu bauen.

Die Stufe besteht aus PNP- und NPN-Transistoren, Koppelkondensatoren und zwei Vorwiderständen und Dioden.

Sehr einfach, aber es funktioniert gut.

Vor der Verstärkerstufe habe ich ein 100k logarithmisches (Audio) Potentiometer zum Einstellen der Lautstärke platziert.

Da das Potentiometer allein in der Schaltung den Oszillator verstimmen würde (zusätzlicher Widerstand), habe ich einen Operationsverstärker-Puffer davor gelegt, der einen hohen Eingangswiderstand für die Schaltung davor und eine niedrige Impedanz für die Schaltungen dahinter einführt es.

Grundsätzlich ist ein Puffer ein Verstärker mit einer Verstärkung von 1.

Der Operationsverstärker, den ich verwende, ist TL072, der zwei Verstärkerschaltungen enthält, also ist dies alles, was wir brauchen.

Schritt 6: Hilfsmaterial

Auf der linken Seite des Bildes befinden sich die Eingangsbuchsen, an denen Sie das Netzteil anschließen.

Es folgen zwei Dioden, die den Stromkreis vor versehentlichem Anschluss der Stromversorgung mit falscher Polarität schützen.

Ich habe auch zwei LEDs hinzugefügt, um das Vorhandensein jeder Stromleitung anzuzeigen.

Schritt 7: Vollständiger Schaltplan

Hier ist der fertige Schaltplan.

Schritt 8: Das Netzteil

Die Schaltung erfordert eine symmetrische Stromversorgung.

Sie benötigen +12V und -12V (9V würde auch funktionieren).

Ich habe ein altes Netzteil von einem defekten Tintenstrahldrucker verwendet, da es +12V- und -12V-Schienen hatte (siehe Fotos)

Sie können jedoch auch eine symmetrische +-12-V-Stromversorgung aus einer einzelnen 24-V-Stromversorgung herstellen, indem Sie das obige Schema verwenden.

Aber vergessen Sie nicht, einen Kühlkörper am Regler 7812 zu montieren.

Oder Sie können zwei isolierte 12-V-Netzteile in Reihe schalten.

Schritt 9: Die Platine

Wenn Sie Ihre eigenen Leiterplatten ätzen möchten, finden Sie die Datei zum Drucken hier. Ich habe 10x10mm Druckknöpfe für die Tasten verwendet.

Viele Leute wollten wissen, wo man Knöpfe mit einer schönen großen Kappe findet. Hier habe ich es geschafft, ähnliche Drucktasten zu finden, die Sie für die Tastatur verwenden können:

www.banggood.com/custlink/GvDmqJEpth

Sie sollten auch auf ein Steckbrett passen!

Dies ist ein Affiliate-Link - Sie zahlen den gleichen Preis wie ohne den Link, aber ich bekomme eine kleine Provision, damit ich mehr Komponenten für kommende Projekte kaufen kann:)

Für den Kondensatorselektor habe ich den Header gelötet, damit ich die Kondensatoren schnell wechseln kann.

Auf der anderen Seite ist die Schaltung so einfach, dass Sie sie auf dem Steckbrett oder einer Prototyping-Lötplatine montieren können. Noch einfacher wäre es, die Komponenten für verschiedene Effekte zu basteln und auszutauschen.

Für den Lautsprecher habe ich einen alten internen PC-Lautsprecher recycelt und ein einfaches 3D-gedrucktes Gehäuse dafür gemacht.

Schritt 10: Fertig

Jetzt ist Ihr Synthesizer fertig und Sie sollten einige tolle Melodien damit spielen!

Hoffe, Sie mochten das instructable. Fühlen Sie sich frei, meine anderen instructables und YouTube-Videos zu überprüfen!

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für Spoiler zu dem, woran ich gerade arbeite, hinter den Kulissen und anderen Extras!