DIY 13-Note Top Octave Synthesizer M083-B1 / MK50240

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TOS - GENERATORE DI OTTAVA SUPERIORE
a 13 NOTE con M083B1/MK50240/S50240

(13 Note Top Octave Synthesizer with M083B1, MK50240 or S50240)


Indice:

13-note Top Octave Synthesizer with M083B1 PCB TOS Top Octave Generator with M083B1 / S50240

INTRODUZIONE    [ TORNA ALL'INDICE ]

Nel progetto "Top Octave Synthesizer with SFF5010" sono già stati illustrati alcuni dettagli riguardo la storia dei T.O.S. a circuito integrato, per cui in questa pagina ricordo solo quali sono stati, in passato, i circuiti integrati più utilizzati per realizzare i Generatori di Ottava Superiore (nella tabella seguente, i chip segnati in rosso sono quelli che hanno bisogno di un'alimentazione duale, vale a dire una positiva e una negativa rispetto alla massa).

Top Octave Synthesizer wired

Molti dei circuiti integrati riportati nella tabella sono equivalenti tra di loro: ad esempio, i modelli Mostek MK50240-MK50241-MK50242 sono chiaramente equivalenti ai chip AMI S50240-S50241-S50242 oppure ai chip M083-M082-M086 della STMicroelectronics (ex SGS-Ates).

Nella seguente tabella è riportata la piedinatura di tutti i chip che è possibile utilizzare in questo progetto.

Datasheet/Pinouts MK50240-50241-M082-M083

SCHEMA ELETTRICO, MASTER e PCB    [ TORNA ALL'INDICE ]

Nella figura successiva è riportato lo schema elettrico del Generatore di Ottava Superiore per realizzare il quale è stato utilizzato il chip della STMicroelectronics (ex SGS-Ates) siglato M083B1, un TOS che genera 13 note con il doppio DO, uno alto e uno basso.

13-note Top Octave Synthesizer with M083/MK50240/M082/MK50241/S50244 - Schematic Diagram

In questo progetto, oltre al circuito integrato M083B1, è possibile utilizzare i suoi equivalenti: M082B1, MK50240, MK50241, S50240, S50241.

Per poter funzionare, i circuiti integrati T.O.S. hanno bisogno di una frequenza di Clock ben precisa (Master Clock): il chip M083B1 necessita di un valore di circa 1 MHz in onda quadra da applicare al piedino 2 (Master Clock Input) per poter generare un'intera ottava superiore più un secondo DO, con frequenze che vanno dai 2093 Hz (DO Low) ai 4187 Hz (DO High) e tutto questo grazie ai 12 divisori interni al chip realizzati con rapporti tali da generare una completa ottava con Scala Musicale Temperata (in effetti i divisori sono 13, ma l'ultimo, quello che genera il DO Low, è un semplice divisore per 2 al cui ingresso giunge la frequenza del DO High: questo è il motivo per cui il segnale su questa nota è sempre un'onda quadra con un Duty-Cycle del 50%).
Con la serie M082/M083/50240/50241 è possibile anche raddoppiare le frequenze di uscita dell'ottava, semplicemente sostituendo i condensatori C4 e C5 con altri in polystirene di valore pari a 150pF: in questo modo la frequenza di clock sarà intorno ai 2 MHz circa.

Per realizzare il Master Clock sono stati utilizzati entrambi i multivibratori monostabili presenti all'interno del circuito integrato SN74LS221N riprendendo in parte, l'idea utilizzata in passato da quasi tutte le Aziende costruttrici di organi elettronici e tastiere degli anni '70/'80 (Farfisa, Elka, Eko, Jen, Elgam, Bontempi, Siel, Baleani, Viscount, Gem e tante altre). Sostanzialmente i due multivibratori dell' SN74LS221 vengono collegati tra di loro in configurazione "One-Shot" come illustrato dalla Fairchild in una sua 'Application Note'.

Il 74221 in configurazione 'One-Shot'

Per fare in modo che il trimmer di taratura (T1) possa riuscire a centrare la frequenza di Clock con o senza il potenziometro di Fine Pitch (P1), è consigliabile utilizzare per C4, C5, R5 e R7 dei componenti a bassa tolleranza e di buona qualità. Inoltre, per stabilizzare il circuito e renderlo immune il più possibile alle variazioni di temperatura, è consigliabile utilizzare per C4 e C5 dei condensatori NPO oppure in polystirene avendo cura di posizionarne il corpo a 4-5 mm dal circuito stampato.

Con una porta NAND del CD4011 (vedi U3B) ho realizzato un L.F.O. (Low Frequency Oscillator), un oscillatore sinusoidale a bassa frequenza, qui utilizzato 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 ed entrambi lavorano benissimo alle basse frequenze). Con i componenti indicati nello schema, la frequenza dell'LFO si aggira intorno agli 8-10 Hz e questo segnale "modula" l'oscillatore principale (il Master Clock) generando così il tipico effetto "vibrato". Il potenziometro P2 (100k Lin.) dosa il livello di vibrato da applicare all'oscillatore principale: ruotato al minimo (tutto a sinistra), l'effetto è escluso. Il trimmer T2 (100k) deve essere tarato per regolare la velocità del vibrato.

Altre due porte NAND (vedi U3D e U3C) sono state utilizzate per "ripulire" e squadrare al meglio il segnale di Clock.

Nelle figure successive, il disegno del PCB Layout (Disposizione dei componenti, con i ponticelli in rosso da inserire all'inizio) e quello del MASTER (per scaricare le immagini, cliccarci sopra per ingrandirle poi con il tasto destro del mouse scegliere 'Salva immagine con nome...').

PCB Layout of TOS M083-B1/MK50240/MK50241 (100 x 60 mm)  Master of TOS M083-B1/50240/50241/50244  Spare Parts

IL DUTY-CYCLE    [ TORNA ALL'INDICE ]

Sulle 13 uscite del TOS saranno presenti dei segnali ad onda quadra con Duty Cycle del 50% (M083B1, MK50240, S50240, S50243) oppure del 30% (M082B1, MK50241, S50241, S50244). Questa differenza è del tutto ininfluente visto che, generalmente, sulle uscite dei TOS si applicano sempre dei divisori di frequenza i quali restituiscono in uscita sempre un segnale ad onda quadra con Duty-Cycle del 50%.

Come già accennato in precedenza, il DO Low (Do inferiore), su tutti i chip, ha comunque sempre un segnale di uscita con Duty-Cycle del 50% perché la tredicesima nota (il DO Low, appunto) viene ottenuta internamente al chip collegando un divisore per due all'uscita del DO High (Do superiore).

LA TARATURA    [ TORNA ALL'INDICE ]

Una volta realizzato il circuito, è consigliabile montarlo su un supporto metallico collegato alla massa per eliminare eventuali disturbi esterni. Anche per tutti gli altri collegamenti, consiglio comunque di utilizzare il cavo schermato.
Ruotare il potenziometro P2 (vedi VIBRATO Level nell'immagine successiva) al minimo in modo tale da escludere totalmente l'effetto "vibrato" ed il potenziometro P1 (Fine PITCH) esattamente a metà corsa.
Quindi, alimentare il circuito con una tensione continua di circa 12 Volt, aspettare qualche minuto che il circuito si stabilizzi ed applicare un puntale del frequenzimetro sul pin 10 del connettore M2 (corrispondente alla nota A) e regolare il trimmer T1 (Master Clock adj.) fino a leggere una frequenza di circa 3520 Hz (è buona norma ripetere la taratura dopo 10 minuti a circuito ancora alimentato per verificare che l'oscillatore funzioni alla perfezione anche dopo la fase di stabilizzazione).

13-note Top Octave Synthesizer with M083/MK50240/M082/MK50241/S50244 - Wiring Diagram

Naturalmente, se non avete un frequenzimetro ma un buon orecchio, potete effettuare la taratura "per confronto" utilizzando una tastiera elettronica o altro strumento perfettamente funzionante.

Il potenziometro P1 (Fine PITCH) è utile per ritoccare, se necessario, la frequenza dell'intera scala musicale (come accennato, questo potenziometro dovrebbe trovarsi sempre a metà corsa).

Il trimmer T2 va regolato per ottenere una velocità del vibrato, secondo i propri gusti.

Il circuito assorbe meno di 80 mA e può essere alimentato con una tensione continua compresa fra 9 e 15 Vcc (non superare mai i 15 Vcc).

FOTO GALLERY    [ TORNA ALL'INDICE ]

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

13-note Top Octave Synthesizer Master Generator M082/M083/50240/50241/50244 13-note Top Octave Synthesizer Master Generator M082/M083/50240/50241/50244 13-note Top Octave Synthesizer Master Generator M082/M083/50240/50241/50244 13-note Top Octave Synthesizer Master Generator M082/M083/50240/50241/50244 - Copper Side 13-note Top Octave Synthesizer Master Generator M082/M083/50240/50241/50244

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 e l'elenco completo dei componenti.

Lo schema elettrico, il Master ed il PCB Layout sono stati realizzati con il programma Protel99-SE, con il quale è stata anche creata in anteprima la scheda 3D.

Tutti gli altri disegni sono stati realizzati con il software Corel Draw 12.

Download

Scarica il Manuale di Servizio (Service Manual - 550 KB)

COMMENTI    [ TORNA ALL'INDICE ]

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