Impresionante sintetizador / órgano analógico que utiliza solo componentes discretos: 10 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Los sintetizadores analógicos son geniales, pero también bastante difíciles de hacer.

Así que quería hacer uno lo más simple posible, para que su funcionamiento fuera fácilmente comprensible.

Para que funcione, necesita algunos subcircuitos básicos: un oscilador simple con frecuencia de oscilación seleccionable por resistencia, algunas teclas y un circuito amplificador básico.

Si usa almohadillas conductoras en lugar de botones pulsadores para las teclas, podría hacer su versión de la muy buena

Stylophone!

En este instructivo aprenderemos cómo hacerlo y aprenderemos cómo funciona.

El instructivo está destinado a entusiastas de la electrónica principiantes e intermedios.

Paso 1: herramientas necesarias

Necesitará un soldador y algunas placas de creación de prototipos, o puede montarlo en la placa de pruebas.

Si está un poco más avanzado, le proporcionaré archivos para grabar su propia PCB.

Paso 2: comenzar con un oscilador

El corazón del sintetizador es un circuito multivibrador Astable hecho con un amplificador operacional. En Internet encontrarás derivaciones muy largas y detalladas de su funcionamiento, pero intentaré explicar su funcionamiento de una forma más sencilla.

El oscilador consta de unas pocas resistencias y un condensador.

El circuito comparador del amplificador operacional está configurado como un disparador Schmitt que utiliza la retroalimentación positiva proporcionada por las resistencias R1 y R2 para generar histéresis. Esta red resistiva está conectada entre la salida de los amplificadores y la entrada no inversora (+). Cuando Vo (voltaje de salida) está saturado en el riel de suministro positivo, se aplica un voltaje positivo a la entrada no inversora del amplificador operacional. Del mismo modo, cuando Vo está saturado en el riel de suministro negativo, se aplica un voltaje negativo a la entrada no inversora del amplificador operacional.

Este voltaje carga y descarga lentamente el capacitor en la entrada (-) a través de la resistencia Rf. Digamos que comenzamos con la salida de amplificadores operacionales a un voltaje de saturación positivo (+ Vsat). El condensador se está cargando y su voltaje (Vc) aumenta lentamente. Mientras tanto, R1 y R2 forman un divisor de voltaje con su salida de voltaje (Vdiv) a un valor estable en algún lugar entre el voltaje de saturación de salida (+ Vsat) y 0V. Cuando el voltaje del capacitor excede el voltaje del divisor de voltaje R1 y R2, el amplificador operacional invierte su estado a voltaje de saturación negativo (-Vsat). Luego, el capacitor se descarga a través de la resistencia Rf hasta que su voltaje (Vc) es menor que el voltaje de los divisores R1 y R2 (Vdiv). Luego, vuelve a cambiar su estado al estado inicial (+ Vsat). Y así sucesivamente.

De hecho, esto produce un voltaje de salida de voltaje de onda cuadrada del oscilador y, si tiene la frecuencia correcta, produce un tono audible.

Paso 3: calcular las frecuencias

La frecuencia del oscilador se puede calcular mediante la ecuación de la imagen de arriba.

Puedes afinar este sintetizador como quieras.

Quería afinarlo en la escala de Do mayor: todas las teclas blancas del piano. De esta manera, no hay tonos "incorrectos" y es fácil de jugar para los niños.

Así que busqué en línea la lista de frecuencias para los tonos específicos y decidí sintonizar la cosa de C4 a C5.

Hice los cálculos para la resistencia necesaria. Lo hice elegante y lo calculé con Matlab (Octave).

Para el divisor de resistencias R1 y R2, elegí resistencias de 22k ohmios, para el capacitor elegí un límite de 100nF.

Aquí está el código si es demasiado vago para hacerlo a mano con una calculadora. O simplemente puede usar la ecuación invertida para el cálculo manual de la resistencia.

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 de frecuencias

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

Aquí están los resultados:

C4 = 17395 ohmios

D4 = 15498 ohmios

E4 = 13806 ohmios

F4 = 13032 ohmios

G4 = 11610 ohmios

A4 = 10343 ohmios

B4 = 9215 ohmios

C5 = 8697 ohmios

Por supuesto, necesitaba redondear los valores a los valores de resistencia más cercanos. Usé la serie de resistencias estándar E12, que es la que se encuentra con mayor frecuencia en la caja de piezas de hobby. Debido a que la serie de resistencias E12 es bastante tosca, utilicé 2 resistencias en serie para cada valor con el fin de acercarme a la resistencia deseada y el sintetizador estará más afinado de esta manera.

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

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

F4 = 12k + 1k ohmios

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

A4 = 10 k + 330 ohmios

B4 = 8,2 k + 1 k ohmios

C5 = 8,2 k + 470 ohmios

Paso 4: el esquema del oscilador terminado

Aquí está el esquema de la parte del oscilador.

Con las teclas individuales, selecciona la resistencia deseada y se produce el tono deseado.

Este esquema explica por qué obtiene sonidos agudos al presionar varias teclas a la vez. Al presionar varias teclas a la vez, conecta más ramas de las resistencias en paralelo y las conecta efectivamente en paralelo, reduciendo la resistencia total. Una resistencia más baja produce un tono más agudo.

Paso 5: el amplificador de altavoz

El amplificador de altavoz podría hacerse aún más simple, pero decidí hacer un verdadero escenario amplificador de clase AB.

El escenario consta de transistores PNP y NPN, condensadores de acoplamiento y dos resistencias de polarización y diodos.

Muy básico pero funciona bien.

Delante de la etapa del amplificador puse un potenciómetro logarítmico (audio) de 100k para ajustar el volumen.

Debido a que el potenciómetro por sí solo en el circuito desafinaría el oscilador (resistencia agregada), coloqué un búfer de amplificador operacional frente a él que introduce una alta resistencia de entrada para el circuito frente a él y baja impedancia para los circuitos posteriores eso.

Básicamente, un búfer es un amplificador con una ganancia de 1.

El opamp que estoy usando es TL072 que tiene dos circuitos amplificadores, así que esto es todo lo que necesitamos.

Paso 6: Material auxiliar

En el lado izquierdo de la imagen están los encabezados del conector de entrada, donde se conecta la fuente de alimentación.

Les siguen dos diodos que protegen el circuito de una conexión accidental de una fuente de alimentación de polaridad incorrecta.

También agregué dos LED para indicar la presencia de cada línea de energía.

Paso 7: esquema completo

Aquí está el esquema terminado.

Paso 8: la fuente de alimentación

El circuito requiere una fuente de alimentación simétrica.

Necesita + 12V y -12V (9V también funcionaría).

Usé una fuente de alimentación vieja de una impresora de inyección de tinta rota, ya que tenía rieles de + 12V y -12V (ver las fotos)

Pero también puede hacer una fuente de alimentación simétrica de + -12V a partir de una sola de 24V usando el esquema anterior.

Pero no olvide montar un disipador de calor en el regulador 7812.

O puede conectar en serie dos fuentes de alimentación de 12V aisladas.

Paso 9: PCB

Si desea grabar sus propios PCB, puede encontrar el archivo para imprimir aquí. Usé pulsadores de 10x10 mm para las teclas.

Mucha gente quería saber dónde encontrar botones con una bonita gorra. Aquí logré encontrar botones similares que puede usar para el teclado:

www.banggood.com/custlink/GvDmqJEpth

¡También deberían caber en una placa de pruebas!

Este es un enlace de afiliado: paga el mismo precio que sin el enlace, pero yo obtengo una pequeña comisión para poder comprar más componentes para los proyectos venideros:)

Para el selector de condensadores, soldé el cabezal para poder cambiar rápidamente los condensadores.

Por otro lado, el circuito es lo suficientemente simple como para que pueda ensamblarlo en la placa de pruebas o en una placa de soldadura de prototipos. Sería aún más fácil jugar e intercambiar los componentes por diferentes efectos.

Para el altavoz, reciclé un viejo altavoz interno de PC, le hice una carcasa simple impresa en 3D.

Paso 10: ¡Listo

¡Ahora tu sintetizador está listo y deberías tocar algunas melodías increíbles con él!

Espero que les haya gustado el instructable. ¡Siéntete libre de ver mis otros instructivos y videos de youtube!

Puedes seguirme en Facebook e Instagram

www.instagram.com/jt_makes_it

¡para spoilers sobre lo que estoy trabajando actualmente, detrás de escena y otros extras!