DIY UNIVERSAL Top Octave Synthesizer M083 B1

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Progetti Elettronici

 

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UNIVERSAL TOS - TOP OCTAVE SYNTHESIZER
with 3-Octave Selector
(Generatore Universale di Ottava Superiore con Selettore di Ottava)


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 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 synth, organi elettronici e tastiere d'archi oppure sostituire la generazione in vecchi synth e organi elettronici d'annata (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).

Schematic diagram of 12 or 13-note Top Octave Synthesizer

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 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.

Esempio di collegamento 'One-Shot' del circuito integrato SN74LS221N

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 dei ponticelli J1, J2 e J3:

  •  J1 chiuso   (Octave)  Master Clock 2 MHz
  •  J2 chiuso   (Octave -1)  Master Clock 1 MHz
  •  J3 chiuso   (Octave -2)  Master Clock 500 kHz

Con una porta del CD4001 (vedi U4B) ho realizzato un L.F.O. (Low Frequency Oscillator), un oscillatore sinusoidale 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 altrimenti l'LFO potrebbe non funzionare correttamente.

Su tutte le 13 uscite del TOS sono presenti dei segnali ad onda quadra con Duty Cycle del 50%.

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...').

PCB Layout (100 x 80 mm)  Master of Universal T.O.S.  Dimensions and holes

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).

Universal Top Octave Synthesizer - Wiring Diagram (Collegamenti)

Naturalmente, in mancanza di un frequenzimetro, è possibile effettuare la taratura "per confronto" 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 (è stato previsto un apposito pin per questo, 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. Se si usa l'integrato SN74221N (invece del 74LS221N), gli assorbimenti potrebbero essere leggermente maggiori.

FOTO GALLERY    [ TORNA ALL'INDICE ]

Nelle successive foto, il prototipo del Generatore Universale di Ottava Superiore terminato e perfettamente funzionante.

Prototype Universal T.O.S. - The PCB Prototype Universal T.O.S. 12-note or 13-note Universal T.O.S. prototype 12-note or 13-note Universal T.O.S. prototype 12-note or 13-note Universal T.O.S. prototype

DOWNLOAD    [ TORNA ALL'INDICE ]

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.

Download

Scarica il Manuale di Servizio (1.7 MB)

The complete board of Universal T.O.S. is for sale.
La scheda TOS completa e collaudata, così come realizzata dall'autore, è in vendita.
Se interessati, inviare una mail all'autore.

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