Super synthétiseur analogique/orgue utilisant uniquement des composants discrets : 10 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Les synthétiseurs analogiques sont très cool, mais aussi assez difficiles à fabriquer.

J'ai donc voulu en faire un aussi simple que possible, afin que son fonctionnement soit facilement compréhensible.

Pour que cela fonctionne, vous avez besoin de quelques sous-circuits de base: un simple oscillateur avec une fréquence d'oscillation sélectionnable par résistance, quelques touches et un circuit amplificateur de base.

Si vous utilisez des coussinets conducteurs au lieu de boutons poussoirs pour les touches, vous pourriez faire votre version du très cool

Stylophone !

Dans ce instructable, nous apprendrons comment le faire et nous apprendrons comment cela fonctionne.

L'instructable est destiné aux amateurs d'électronique débutants à intermédiaires.

Étape 1: Outils nécessaires

Vous aurez besoin d'un fer à souder et de quelques planches de prototypage, ou vous pouvez l'assembler sur la planche à pain.

Si vous êtes un peu plus avancé, je vous fournirai des fichiers pour graver votre propre PCB.

Étape 2: Commencer avec un oscillateur

Le cœur du synthétiseur est un circuit multivibrateur Astable composé d'un amplificateur opérationnel. Sur Internet, vous trouverez des dérivations très longues et détaillées de son fonctionnement, mais je vais essayer d'expliquer son fonctionnement de manière plus simple.

L'oscillateur se compose de quelques résistances et d'un condensateur.

Le circuit comparateur d'amplificateur opérationnel est configuré comme un déclencheur de Schmitt qui utilise une rétroaction positive fournie par les résistances R1 et R2 pour générer une hystérésis. Ce réseau résistif est connecté entre la sortie des amplificateurs et l'entrée non inverseuse (+). Lorsque Vo (tension de sortie) est saturée sur le rail d'alimentation positif, une tension positive est appliquée à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel. De même, lorsque Vo est saturé sur le rail d'alimentation négatif, une tension négative est appliquée à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel.

Cette tension charge et décharge lentement le condensateur à l'entrée (-) via la résistance Rf. Disons que nous commençons avec la sortie des amplificateurs opérationnels à une tension de saturation positive (+Vsat). Le condensateur se charge et sa tension (Vc) augmente lentement. Pendant ce temps, R1 et R2 forment un diviseur de tension avec sa tension de sortie (Vdiv) à une valeur stable quelque part entre la tension de saturation de sortie (+Vsat) et 0V. Lorsque la tension du condensateur dépasse la tension des diviseurs de tension R1 et R2, l'amplificateur opérationnel inverse son état en tension de saturation négative (-Vsat). Ensuite, le condensateur est déchargé à travers la résistance Rf jusqu'à ce que sa tension (Vc) soit inférieure à la tension des diviseurs R1 et R2 (Vdiv). Ensuite, il retourne à nouveau son état à l'état initial (+Vsat). Et ainsi de suite.

Cela produit en fait une tension de sortie de tension carrée de l'oscillateur et si elle est de la bonne fréquence, elle produit une tonalité audible.

Étape 3: Calcul des fréquences

La fréquence de l'oscillateur peut être calculée via l'équation de l'image ci-dessus.

Vous pouvez régler ce synthé comme bon vous semble.

Je voulais l'accorder en do majeur - toutes les touches blanches du piano. De cette façon, il n'y a pas de "mauvaises" tonalités et il est facile de jouer pour les enfants.

J'ai donc cherché en ligne la liste des fréquences pour les tonalités spécifiques et j'ai décidé d'accorder la chose de C4 à C5.

J'ai fait les calculs pour la résistance nécessaire. Je l'ai fait fantaisie et l'ai calculé avec Matlab (Octave).

Pour le diviseur de résistance R1 et R2, j'ai choisi des résistances de 22k ohms, pour le condensateur j'ai choisi un capuchon de 100nF.

Voici le code si vous êtes trop paresseux pour le faire à la main avec une calculatrice. Ou vous pouvez simplement utiliser l'équation inversée pour le calcul manuel de la résistance.

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 de fréquences

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

Voici les résultats:

C4 = 17395 ohms

D4 = 15498 ohms

E4 =13806 ohms

F4 = 13032 ohms

G4 = 11610 ohms

A4 = 10343 ohms

B4 = 9215 ohms

C5 = 8697 ohms

Bien sûr, je devais arrondir les valeurs aux valeurs de résistance les plus proches. J'ai utilisé la série de résistances standard E12 qui est la plus souvent trouvée dans les boîtes de pièces de loisirs. Parce que la série de résistances E12 est assez grossière, j'ai utilisé 2 résistances en série pour chaque valeur afin de me rapprocher de la résistance souhaitée et le synthé sera ainsi plus accordé.

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

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

F4 = 12k + 1k ohm

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

A4 = 10k + 330 ohms

B4 = 8,2k + 1k ohm

C5 = 8,2k + 470 ohms

Étape 4: Le schéma fini de l'oscillateur

Voici le schéma de la partie oscillateur.

Avec les touches individuelles, vous sélectionnez la résistance souhaitée et la tonalité souhaitée est produite.

Ce schéma explique pourquoi vous obtenez des sons aigus lorsque vous appuyez sur plusieurs touches à la fois. En appuyant sur plusieurs touches à la fois, vous connectez plus de branches des résistances en parallèle et les connectez efficacement en parallèle, réduisant ainsi la résistance totale. Une résistance plus faible produit une tonalité plus aiguë.

Étape 5: L'amplificateur de haut-parleur

L'amplificateur de haut-parleur pourrait être fait encore plus simple, mais j'ai décidé de faire un véritable étage d'amplificateur de classe AB.

L'étage se compose de transistors PNP et NPN, de condensateurs de couplage et de deux résistances et diodes de polarisation.

Très basique mais ça marche bien.

Devant l'étage d'amplification, j'ai mis un potentiomètre logarithmique (audio) de 100k pour régler le volume.

Parce que le potentiomètre à lui seul dans le circuit désaccorderait l'oscillateur (résistance ajoutée), j'ai giflé un tampon d'amplificateur opérationnel devant lui qui introduit une résistance d'entrée élevée pour le circuit devant lui et une faible impédance pour les circuits après ce.

Fondamentalement, un tampon est un amplificateur avec un gain de 1.

L'ampli op que j'utilise est le TL072 qui contient deux circuits amplificateurs, c'est donc tout ce dont nous avons besoin.

Étape 6: trucs auxiliaires

Sur le côté gauche de l'image, il y a les en-têtes de connecteur d'entrée, où vous connectez l'alimentation.

Ils sont suivis de deux diodes qui protègent le circuit en cas de branchement accidentel d'une alimentation électrique de mauvaise polarité.

J'ai également ajouté deux LED pour indiquer la présence de chaque ligne électrique.

Étape 7: Schéma complet

Voici le schéma terminé.

Étape 8: L'alimentation

Le circuit nécessite une alimentation symétrique.

Vous avez besoin de +12V et -12V (9V fonctionneraient également).

J'ai utilisé une vieille alimentation d'une imprimante à jet d'encre cassée, car elle avait des rails +12V et -12V (voir les photos)

Mais vous pouvez également créer une alimentation +-12V symétrique à partir d'une seule alimentation 24V en utilisant le schéma ci-dessus.

Mais n'oubliez pas de monter un dissipateur thermique sur le régulateur 7812.

Ou vous pouvez connecter en série deux alimentations 12V isolées.

Étape 9: Le PCB

Si vous aimez graver vos propres circuits imprimés, vous pouvez trouver le fichier à imprimer ici. J'ai utilisé des boutons poussoirs 10x10mm pour les clés.

Beaucoup de gens voulaient savoir où trouver des boutons avec une belle grosse casquette. Ici, j'ai réussi à trouver des boutons-poussoirs similaires que vous pouvez utiliser pour le clavier:

www.banggood.com/custlink/GvDmqJEpth

Ils devraient également tenir sur une planche à pain !

Ceci est un lien d'affiliation - vous payez le même prix que sans le lien, mais je reçois une petite commission donc je peux acheter plus de composants pour les projets à venir:)

Pour le sélecteur de condensateur, j'ai soudé le header pour pouvoir changer rapidement les condensateurs.

De l'autre côté, le circuit est assez simple pour que vous puissiez l'assembler sur la maquette ou une carte de soudure de prototypage. Il serait encore plus facile de bricoler et d'échanger les composants pour différents effets.

Pour le haut-parleur, j'ai recyclé un vieux haut-parleur interne de PC, j'ai fabriqué un simple boîtier imprimé en 3D pour celui-ci.

Étape 10: terminé

Maintenant, votre synthé est terminé et vous devriez jouer de superbes morceaux avec !

J'espère que vous avez aimé l'instructable. N'hésitez pas à consulter mes autres instructables et vidéos youtube !

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pour les spoilers sur ce sur quoi je travaille actuellement, les coulisses et autres extras !