Педаль овердрайва с питанием от батареи для самостоятельного изготовления гитарных эффектов: 5 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Для любви к музыке или для любви к электронике цель этой инструкции - показать, насколько критичным может быть четырехъядерный операционный усилитель SLG88104V Rail to Rail I / O 375nA с его малым энергопотреблением и низковольтными усовершенствованиями, чтобы произвести революцию в схемах перегрузки.

Типичные конструкции повышающей передачи, представленные сегодня на рынке, работают при напряжении 9 В. Однако, как объясняется здесь, мы смогли добиться чрезвычайно экономичного в плане энергопотребления перегрузки и работы на таком низком VDD, что он может работать только от двух батареек AA на три вольта в течение продолжительных периодов времени и чрезвычайно долгого времени автономной работы. Для дальнейшей экономии батарей, оставшихся в устройстве, в стандартной комплектации используется механический выключатель для отключения. Кроме того, поскольку SLG88104V занимает мало места при минимальном количестве используемых батарей, при желании можно сделать небольшую легкую педаль. Все это в сочетании с приятными звуковыми эффектами делает его лучшим дизайном овердрайва.

Гитары с усилителем появились в начале 1930-х годов. Однако в то время ранние музыканты стремились к чистому звучанию оркестрового типа. К 40-м годам ДеАрмонд создал первый в мире автономный эффект. Но тогда усилители были ламповыми и громоздкими. В течение 40-х и 50-х годов, хотя преобладали чистые тона, участники соревнований и группы часто увеличивали громкость своих усилителей до состояния овердрайва, и звук дисторшна становился все более популярным. В 60-х годах транзисторные усилители начали производиться с Vox T-60, в 1964 году и примерно в ту же эпоху, чтобы еще больше сохранить звук искажения, который был очень востребован в то время, когда родился первый эффект искажения.

Шаг 1. Предварительные требования

Аналоговая или цифровая обработка музыкальных сигналов может обеспечить новые эффекты, а активные эффекты овердрайва воссоздают перегрузку эффектов ограничения, характерных для ранних ламповых усилителей.

Обычно нежелательные и минимизированные с точки зрения усиления, в отношении этого эффекта верно противоположное. Ограничение производит частоты, которых нет в исходном звуке, и это могло быть частично причиной его привлекательности в первые дни. Сильное ограничение, связанное с прямоугольной волной, создает очень хэш-звуки, негармоничные по отношению к его родительскому тону, в то время как мягкое ограничение создает гармонические обертоны, и, как правило, создаваемый звук зависит от степени ограничения и уменьшения частоты. Автор твердо убежден в том, что качество педали овердрайва зависит от соотношения гармонических и негармонических тонов во всем диапазоне и от ее способности сохранять гармонические тона при более высоком усилении.

Шаг 2: Обзор

Выше представлен обзор предлагаемой схемы, целью которой является сохранение существующих сигналов и воспроизведение этих звуков перегрузки. Использование SLG88104V позволяет педали Overdrive работать от 3 В с использованием двух батареек AA, которые гораздо более доступны и дешевле в приобретении, чем батареи PP3 на 9 В. При желании вместо них можно использовать батарейки AAA, хотя дополнительная емкость AA делает их более чем подходящими. Кроме того, схема сможет работать при напряжении 4,5 В (1,5 В по центральной линии +3 В) или 6 В (3 В по средней линии +3 В), если это необходимо, хотя и не обязательно.

Избирательное усиление частоты - важная модификация для усиления при более низких напряжениях.

Шаг 3: объяснение и теория

Мы решили использовать неинвертирующую топологию усилителя в качестве основы для каскадов усиления из-за его высокого входного импеданса и легкой адаптации для выбора частоты.

Смотрите Формулу 1.

Как мы видели, усиление в этой установке зависит исключительно от обратной связи. Если мы преобразуем это как топологию верхних частот, усиление будет зависеть от обратной связи и входных частот в соответствии с некоторыми схемами перегрузки. Кроме того, если схема обратной связи фильтра удваивается, то топология будет применять один диапазон чувствительных усилений ко входу, а затем еще один другой набор чувствительных усилений.

Эта установка может служить как для уточнения конструкции, так и для обеспечения более направленного / избирательного усиления по частоте. Ниже представлена схема такой компоновки с формулами, из которых можно сделать интересные выводы. Эта топология является важным узлом, на который опирается окончательная схема овердрайва, которая несколько раз будет включать ее в качестве основного ядра для поддержания работоспособности модели.

Чтобы взглянуть на вещи немного проще, для определенной частоты f мы используем Формулу 2 и Формулу 3.

Фактическое уравнение для AGain на конкретной частоте f, таким образом, представляет собой Формулу 4, которая далее разбивается, чтобы получить окончательную Формулу 5.

Как очевидно, это аналогично добавлению упрощенных уравнений, приведенных выше, за исключением постоянного единичного коэффициента усиления усилителя. Таким образом, усиление частотной характеристики каждого плеча топологии с обратной связью верхних частот складывается.

Цель таких устройств - получить более равномерное усиление входного сигнала во всем частотном диапазоне, чтобы на более высоких частотах, где коэффициент усиления операционного усилителя уменьшился, мы могли ввести большее усиление. При низком напряжении звук может сохраняться на этих низких частотах, даже если запас по уровню не очень велик.

Шаг 4: Принципиальная схема

Шаг 5: объяснение схемы

SLG88103 / 4V имеет встроенную защиту входа для предотвращения перенапряжения на входах. Дополнительные защитные диоды были добавлены на начальном этапе перегрузки на входе для дополнительной надежности конструкции.

Усиление первого каскада действует как буфер с высоким сопротивлением первого каскада и сначала усиливается, чтобы подготовиться к каскаду перегрузки. Коэффициент усиления составляет около двух, хотя он зависит от частоты. На этом этапе необходимо следить за тем, чтобы усиление оставалось низким, так как любое усиление на этом этапе умножается на усиление перегрузки.

После стадии перегрузки, где сигнал будет подвергаться большому усилению, частотно-избирательное усиление снова гарантирует, что более высокие частоты получают это усиление для более последовательного усиления, и последовательно мы индуцируем ограничение, используя два диода в режиме прямой проводимости. Простой фильтр нижних частот формирует тон, и это приводит к простому потенциометру громкости и буферу для управления выходом.

Используются только три встроенных операционных усилителя, а последний оставшийся подключен соответствующим образом в соответствии с «правильной настройкой неиспользуемых операционных усилителей». При желании можно использовать 2 x SLG88103V’S вместо одного SLG88104V.

Светоизлучающий диод малой мощности указывает на включенное состояние. Важность того, что это версия с низким энергопотреблением, нельзя недооценивать из-за низких токов покоя и рабочей мощности SLG88104V. Основной потребляемой мощностью от схемы будет светодиодный индикатор питания.

Фактически, из-за чрезвычайно низкого тока покоя (375 нА) мощность SLG88104V очень мала. Большая часть потерь мощности происходит через развязывающие конденсаторы нижних частот и резистор эмиттерного повторителя. Если мы измерим потребляемый ток покоя всей цепи, он окажется всего около 20 мкА, увеличиваясь примерно до 90 мкА, когда гитара находится в действии. Это очень мало по сравнению с 2 мА, потребляемыми светодиодом, и является причиной того, что использование светодиода с низким энергопотреблением является обязательным. Мы можем оценить, что средний срок службы одной щелочной батареи AA до полного разряда до 1 В составляет около 2000 мАч * при скорости разряда 100 мА. Приличная новая пара аккумуляторов, вырабатывающих 3 В, должна иметь емкость более 4000 мАч. С установленным светодиодом наша схема измеряет потребление 1,75 мА, из которого мы можем оценить более 2285 часов или 95 дней непрерывного использования. Поскольку овердрайв - это активные цепи, наш овердрайв может произвести «адский удар» при минимальном потреблении тока. Кстати, двух батареек AAA должно хватить примерно на половину времени работы батарейки AA.

Ниже представлена рабочая модель этой схемы овердрайва. Очевидно, что, как и в случае с любой педалью, пользователю необходимо отрегулировать настройки, чтобы найти звук, наиболее подходящий для него. Увеличение средних и низких частот усилителя выше высоких частот, казалось, дает нам действительно крутые звуки овердрайва (поскольку высокие частоты были жестче). Тогда он походил на более теплый старомодный тип звука.

Благодаря крошечному корпусу SLG88104V и очень низкому энергопотреблению нам удалось создать педаль овердрайва с низким энергопотреблением, которая менее громоздка и работает только от двух батареек карандашного типа в течение длительного времени.

Батарейки типа AA более доступны, и есть вероятность, что они не будут заменены в течение всего срока службы любого рабочего устройства, что делает его чрезвычайно простым в обслуживании и экологически безопасным. Кроме того, он может быть построен с использованием небольшого количества внешних компонентов, поэтому он может быть недорогим, простым в изготовлении и, как указывалось ранее, легким.

* Источник: Техническое описание Energizer E91 (см. Гистограмму), powerstream.com

Выводы

В этом руководстве мы сконструировали низковольтную педаль перегрузки с низким энергопотреблением.

Помимо обработки аналоговой обработки для ИС смешанного сигнала GreenPAK и других цифровых полупроводников, низковольтные и малоточные операционные усилители GreenPAK Rail to Rail оказались полезными в схемах перегрузки. Они автономны во многих других приложениях и особенно полезны в приложениях, чувствительных к мощности.

Более того, если вы заинтересованы в схемах, достаточно хорошо подходящих для программирования собственных проектов ИС, не стесняйтесь загрузить наше программное обеспечение GreenPAK, полезное для таких проектов, или просто просмотрите уже заполненные файлы дизайна GreenPAK, доступные на нашей веб-странице. Разработка может быть еще проще, все, что вам нужно сделать, это подключить GreenPAK Development Kit к компьютеру и запустить программу для создания собственной ИС.