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Progetti Elettronici
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GENERATORE UNIVERSALE DI OTTAVA SUP.
(12-13 note) con SELETTORE A 3 POSIZIONI
(Universal TOS - 12-13 Note Top Octave Synthesizer with 3-way Octave Selector)
Indice:
INTRODUZIONE [ TORNA ALL'INDICE ]
Questo progetto può considerarsi il riassunto delle diverse esperienze fatte con i T.O.S. in questi ultimi anni. Il Generatore di Ottava Superiore descritto in questa pagina può definirsi "UNIVERSALE" in quanto esso genera sia 12-note che 13-note ovvero i dodici toni di un'ottava più un ulteriore DO Low con frequenza dimezzata rispetto al DO High.
Con questo TOS è possibile creare la generazione delle note per strumenti a tastiera polifonici quali synthesizers, organi elettronici e tastiere d'archi oppure sostituire la generazione in un vecchio synth o organo elettronico (ma in questo caso, a volte, potrebbero essere necessarie alcune piccole modifiche per adattare il circuito del T.O.S. allo strumento originale).
SCHEMA ELETTRICO E COSTRUZIONE [ TORNA ALL'INDICE ]
Nella figura successiva è riportato lo schema elettrico del Generatore Universale di Ottava Superiore per realizzare il quale ho utilizzando il chip della STMicroelectronics (ex SGS-Ates) siglato M083B1, un TOS che genera 13 note con il doppio DO, alto e basso. Il circuito può essere utilizzato anche come 12-note Top Octave Generator semplicemente ignorando il DO basso (DO low) presente sul pin 1 della morsettiera M2 (Octave Output).
L'unico vero problema nella realizzazione di questo progetto sta nel reperire il circuito integrato M083, abbastanza raro e, soprattutto, molto costoso: al suo posto è comqunue possibile usare gli equivalenti MK50240 o S50240.
Come per tutti i circuiti integrati T.O.S., anche il chip M083B1 necessita di una frequenza di Clock ben precisa (Master Clock). Il chip M083B1 può funzionare con diversi clock (es. 1 MHz o 2 MHz) e, secondo il datasheet, fino a una frequenza massima di 4.5 MHz. Grazie al segnale di clock ad onda quadra, il circuito integrato genera l'intera ottava superiore con il doppio DO (C low and C high).
Per realizzare il Master Clock ho utilizzato entrambi i multivibratori monostabili presenti all'interno del circuito integrato SN74LS221N collegati tra di loro in configurazione "One-Shot" come descritto dalla Fairchild in una delle sue tante 'Application Note': in questo modo si riesce ad ottenere un oscillatore ad onda quadra molto stabile e preciso, a patto di utilizzare per C4 e C5 condensatori di ottima qualità ovvero di tipo NPO o C0G oppure Styroflex. Per R4 ed R5 è necessario utilizzare quelle a bassa tolleranza (1% o 2 %) e di valore pari a 1,78 Kohm. Con i valori impostati si ottiene un clock intorno ai 2 MHz e grazie al trimmer multigiri T1 da 100 ohm, la frequenza può essere regolata in modo preciso proprio intorno ai 2 MHz.
Il segnale generato dall'oscillatore viene "adattato" dal transistor Q1 per essere poi applicato al primo gate (vedi U4D) oppure ai divisori CD4013 (U3A e U3B).
All'uscita del gate U4D è presente un clock di circa 2MHz, mentre all'uscita dei gates U4A e U4C sono presenti rispettivamente il clock a 1 MHz e quello a 500kHz.
Il Master Clock viene selezionato per mezzo di un ponticello da inserire su J1, J2 oppure J3:
- J1 chiuso (Octave) Master Clock 2 MHz
- J2 chiuso (Octave -1) Master Clock 1 MHz
- J3 chiuso (Octave -2) Master Clock 500 kHz
Su tutte le 13 uscite del chip M083B1 sono presenti dei segnali ad onda quadra con Duty Cycle del 50%.
Con una porta del CD4001 (vedi U4B) ho realizzato un L.F.O. (Low Frequency Oscillator), un oscillatore a bassa frequenza, per produrre l'effetto "Vibrato" su tutte le note. Per realizzare questo oscillatore, ho utilizzato la configurazione del filtro a Doppio-T (Twin-T) che ben si adatta a questo genere di circuito (il Doppio-T non è altro che un filtro Notch: il ramo RCR realizza un Passa-Basso mentre il ramo CRC è un Passa-Alto). Con i componenti indicati nello schema, la frequenza centrale dell'oscillatore (Fo) si aggira intorno ai 6-8 Hz e questo segnale "modula" l'oscillatore principale (il Master Clock) generando così il tipico effetto "vibrato". Il potenziometro P2 (Vibrato Level) dosa il livello di vibrato da applicare all'oscillatore principale e l'interruttore SW1 inserisce e disinserisce l'effetto. E' necessario utilizzare il tipo 4001UB (la versione Unbuffered) altrimenti l'LFO potrebbe non funzionare correttamente.
Quando si utilizza il circuito come "12-note", il piedino C-Low (n. 16) va lasciato inutilizzato.
Il condensatori C1 e C2 non sono critici per cui è possibile utilizzare valori da 100uF fino a 220uF e oltre se la sorgente di alimentazione non è ben filtrata.
Per C10 è possibile utilizzare valori da 0.47uF fino a 1 uF senza problemi.
Per R8-R9 è possibile utilizzare valori compresi fra 220k e 330k.
Per alcuni integrati CD4001 potrebbe inoltre essere necessario cambiare i valori del Doppio-T ed usare una resitenza R7 da 27k ed un trimmer T2 da 22k. Queste modifiche dipendono molto dalla marca usata per il chip 4001 e per ottimizzare al meglio la regolazione del vibrato.
Potrebbe essere necessario ritoccare leggermente il valore della resistenza R1 quando si utilizza un diverso modello per il 74221 (es., SN74221N, SN74LS221, SN74S221, ecc.): in questi casi potrebbe essere utilizzata una resistenza da 47 ohm per R1 ed un valore più basso (esempio, 1 o 1k2) per la R2 ma solo nel caso in cui non si riuscisse a tarare alla perfezione il clock per l'M083B1.
Nelle figure successive, il disegno del PCB Layout (Disposizione dei componenti), il MASTER (Bottom Layer) e le dimensioni della scheda (per scaricare le immagini, cliccarci sopra per ingrandirle poi con il tasto destro del mouse scegliere 'Salva immagine con nome...').
E' IMPORTANTE RICORDARE di fare molta attenzione a non cortocircuitare i piedini di uscita del chip M083B1 in quanto essi non dispongono di protezioni tali da evitare questo genere di guasti.
Come al solito, per la costruzione si inizia sempre con il montaggio dei componenti più bassi (ponti, resistenze e diodi) per poi passare a tutti gli altri. Per il resto non ci sono particolari suggerimenti tranne quello solito di utilizzare gli zoccoli per i circuiti integrati onde facilitarne una loro eventuale sostituzione.
COLLEGAMENTI E TARATURA [ TORNA ALL'INDICE ]
Prima di alimentare il circuito, assicurarsi che sul connettore M2 (Octave Output) non ci siano pin in cortocircuito perché questo provocherebbe seri danni al costosissimo integrato M083B1. Per essere sicuri, alimentate inizialmente il circuito senza il chip e verificate le giuste tensioni sullo zoccolo corrispondente.
Dopo aver alimentato il circuito con una tensione continua stabilizzata compresa tra 10 e 15 Vcc, deselezionare il vibrato (vedi SW1) in modo da escludere l'effetto, quindi portare il potenziometro P2 (Pitch) esattamente a metà corsa e inserire un ponticello su J1 (Octave). Attendere un paio di minuti per dare modo al circuito di stabilizzarsi ed applicare un puntale del frequenzimetro sul piedino 12 del chip M083B1 (attenzione ai corti) e regolare il trimmer multigiri T1 (Frequency Adj) fino a leggere una frequenza di circa 7040 Hz (è buona norma ripetere la taratura dopo qualche minuto a circuito ancora "caldo" per verificare che l'oscillatore funzioni alla perfezione anche dopo la fase di stabilizzazione ed eventualmente ritoccare ancora il trimmer).
Naturalmente, in mancanza di un frequenzimetro, è possibile effettuare la taratura "ad orecchio" utilizzando una tastiera elettronica o altro strumento perfettamente accordato.
Il potenziometro P1 (Pitch) è utile per ritoccare, se necessario, la frequenza dell'intera scala musicale: come accennato, questo potenziometro deve trovarsi sempre a metà corsa con tastiera perfettamente accordata. Inoltre, i collegamenti tra la scheda e il potenziometro P1 dovrebbero essere eseguiti con cavo schermato collegando un polo della calza metallica alla massa del circuito (per questo è stato previsto un apposito pin, vedi GND sul circuito stampato) e l'altro all'involucro metallico del potenziometro.
Una volta realizzato il circuito, è altresì consigliabile montarlo su un supporto metallico collegato alla massa per eliminare eventuali disturbi esterni sull'oscillatore da 2 MHz.
Il trimmer T2 (Vibrato Speed Adj) va regolato per ottenere la velocità del vibrato, secondo i propri gusti mentre il potenziometro P2 (Vibrato Level) regola l'effetto da inviare al Master Clock.
Per U4 (CD4001), come già accennato, è tassativo utilizzare la versione Un-Buffered (quella con il suffisso "U" dopo la sigla) altrimenti con la versione 4001B, il circuito del vibrato potrebbe non funzionare.
L'intero circuito assorbe meno circa 50 mA (@ 12 volt) e, come accennato, può essere alimentato con una tensione continua stabilizzata compresa tra 10 e 15 Vcc.
FOTO GALLERY [ TORNA ALL'INDICE ]
Nelle successive foto, il prototipo del Generatore Universale di Ottava Superiore terminato e perfettamente funzionante.
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Nel manuale PDF (che potete scaricare cliccando sul link riportato qui sotto) troverete lo schema elettrico, il disegno del Master e del PCB Layout, lo schema dei collegamenti, l'elenco dei componenti e altro.
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