DIY 12-Note Top Octave Synthesizer M087-B1

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TOS - GENERATORE DI OTTAVA SUPERIORE
a 12 NOTE con M087B1/M086B1/MK50242

(12 Note Top Octave Synthesizer with M087B1, M086B1, S50242 or MK50242)


Indice:

12-note Top Octave Synthesizer with M087B1   PCB TOS Top Octave Generator with S50242

INTRODUZIONE    [ TORNA ALL'INDICE ]

Nel progetto "Top Octave Synthesizer with SFF5010" sono già stati illustrati alcuni dettagli riguardo la storia di questo tipo di circuiteria quindi in questa pagina descriverò solo quali sono stati, in passato, i circuiti integrati più usati per realizzare i Generatori di Ottava Superiore (nella tabella seguente, i chip segnati in rosso sono quelli che richiedono un'alimentazione duale, cioè una positiva ed una negativa rispetto alla massa).

Top Octave Synthesizer wired

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

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

Nella figura seguente è riportato lo schema elettrico del Generatore di Ottava Superiore (cliccare sull'immagine per ingrandirla) il quale utilizza il chip della STMicroelectronics (ex SGS-Ates) siglato M087B1, un TOS che genera 12 note (Top Octave Generator) e sostanzialmente equivalente ai vari MK50242/S50242/M086B1/M086AB1 se non fosse per la doppia alimentazione tassativamente richiesta per il suo corretto funzionamento (vedi pin 9).

Top Octave Synthesizer with M087B1- Schematic Diagram

In questo progetto, infatti, oltre al chip M087B1, possono essere utilizzati anche i chip M086B1/AB1, MK50242, S50242 e, in via del tutto teorica, anche i chip AY-1-0212 e AY-3-0214 (qust'ultimo con un piccolo ritocco della frequenza di Clock).

Nella foto successiva, il prototipo realizzato con il circuito integrato M086B1.

Il prototipo con M086B1

Per poter funzionare, qualsiasi circuito integrato TOS ha bisogno di una frequenza di Clock ben precisa (Master Clock): il chip M087B1 necessita di un valore di circa 1 MHz in onda quadra da applicare al piedino 2 (Master Clock Input). Grazie a questo segnale, il chip genera l'intera ottava superiore con le frequenze che vanno dal DO# (C#, 2216 Hz) al DO alto (C, 4187 Hz) e tutto questo grazie ai 12 divisori interni al chip realizzati con rapporti tali da generare una completa ottava con Scala Musicale Temperata.

Se al piedino 2 si applica invece una frequenza di clock intorno ai 2 MHz, il chip genera un'intera ottava con valori di frequenza raddoppiati rispetto a quelli segnati sullo schema elettrico, vale a dire con valori che vanno dal DO# a 4433 Hz fino al DO alto a 8369 Hz. Per ottenere un oscillatore da 2 MHz è sufficiente cambiare il valore dei due condensatori C8 e C12 che dovranno essere da 150pF.

Di seguito i datasheet dei chip M087B1, M086B1/AB1, MK50242 e S50242 tutti utilizzabili in questo progetto.

M087-B1 datasheet M086-AB1 datasheet  MK50242/S50242 datasheet

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 del 74LS221 vengono collegati tra di loro in configurazione "One-Shot" come illustrato dalla Fairchild in una delle sue tante 'Application Note'.

One-Shot configuration

Per fare in modo che il trimmer di taratura (T2) possa riuscire a centrare la frequenza di Clock con o senza il potenziometro di Fine Pitch (P1), è consigliabile utilizzare per C8, C12, R4 e R12 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 C8 e C12 dei condensatori NPO oppure in polystirene o styroflex avendo cura di posizionarli a 4-5 mm dal circuito stampato per migliorarne l'aerazione.

Purtroppo, come dicevo, il chip M087B1 (a differenza degli altri) richiede un'alimentazione duale, cioè una tensione positiva e una negativa rispetto alla massa, ma per evitare questa doppia alimentazione, ho sfruttato 5 porte NOT dell'MC14069UB per generare una tensione negativa: naturalmente, per quanto detto, questa parte del circuito sarà del tutto ininfluente se utilizzerete gli altri chip che NON richiedono l'alimentazione duale (S50242, MK50242, M086B1, M086AB1).

Con l'ultima porta NOT del 4069 (vedi U3A) ho realizzato un LFO (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: ruotandolo al minimo (tutto verso sinistra), l'effetto è escluso. Il trimmer T1 (100k) deve essere tarato per regolare la velocità del vibrato.

Sulle 12 uscite saranno presenti dei segnali ad onda quadra con Duty Cycle del 50% ed ampiezza pari a circa quella di alimentazione.

Una volta realizzato il circuito, è consigliabile montarlo su un supporto metallico collegato alla massa per eliminare eventuali disturbi esterni. Consiglio anche di utilizzare del cavo schermato per il collegamento dei potenziometri.

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

PCB Layout of TOS M087-B1    Master of TOS M087-B1    Spare Parts

LA TARATURA    [ TORNA ALL'INDICE ]

Alimentare il circuito con una tensione continua compresa tra 9 e 12 Volt (e comunque, non superare mai i 15 Vcc) quindi ruotare il potenziometro P2 (vedi VIBRATO Level nell'immagine successiva) al minimo in modo tale da escludere totalmente l'effetto "vibrato": quindi portare il potenziometro P1 (Fine PITCH) esattamente a metà corsa.
Attendere 5 minuti per far stabilizzare tutto il circuito, quindi applicare un puntale del frequenzimetro sul piedino 12 del chip M087B1 (corrispondente alla nota LA e regolare il trimmer T2 (Master Clock adj.) fino a leggere una frequenza di circa 3520 Hz.: è buona norma ripetere la taratura dopo qualche minuto per verificare che esso funzioni alla perfezione.

Top Octave Synthesizer wired

Naturalmente, se non si ha disponibile un frequenzimetro ma un buon orecchio, si può 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 deve trovarsi sempre a metà corsa durante la fase di taratura): nel caso non si desideri utilizzare questo controllo, è necessario cotrocircuitare i pin 2 e 3 del corrispondente connettore (vedi connettore P1 nella figura sopra).

Per concludere, girare verso destra il potenziometro P2 (vibrato al massimo) e regolare a piacimento la velocità del vibrato agendo sul Trimmer T1 (Vibrato Speed).

Tutto il circuito assorbe circa 50-60 mA se alimentato con una tensione continua compresa tra 9 e 12 Vcc.

NOTE CONCLUSIVE    [ TORNA ALL'INDICE ]

Per il collegamento dell'ottava superiore ai circuiti successivi è possibile utilizzare un qualsiasi connettore a passo 2.50 mm: io ne ho utilizzato uno ad innesto della Farfisa (recuperato da un vecchio organo elettronico) visibile nelle foto successive, molto comodo e pratico (attenzione a non creare corto-circuiti che danneggerebbero irrimediabilmente il circuito integrato).

TOS 12-pole Socket   Top Octave Generator - 12-note socket   Top Octave Generator - 12-note socket

FOTO GALLERY    [ TORNA ALL'INDICE ]

Nelle successive foto, il Generatore di Ottava Superiore terminato e perfettamente funzionante (versione con il circuito integrato M086AB1).

12-note Top Octave Synthesizer Master Generator 12-note Top Octave Synthesizer Master Generator 12-note Top Octave Synthesizer Master Generator 12-note Top Octave Synthesizer Master Generator 12-note Top Octave Synthesizer Master Generator

DOWNLOAD    [ TORNA ALL'INDICE ]

Nel manuale PDF (che potete scaricare cliccando nel link riportato qui sotto) troverete lo schema elettrico, i disegni del Master e del PCB, lo schema dei collegamenti, l'elenco dei componenti e altre tabelle.

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 una bozza della scheda 3D.

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

Download

Scarica il manuale di servizio (Service Manual - 800 KB)

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