DIY แบตเตอรี่ขับเคลื่อน Overdrive Pedal สำหรับเอฟเฟกต์กีตาร์: 5 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:02

สำหรับความรักในเสียงเพลงหรือความรักในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ จุดมุ่งหมายของคำแนะนำนี้คือเพื่อแสดงให้เห็นว่า SLG88104V Rail to Rail I/O 375nA Quad OpAmp ที่ใช้พลังงานต่ำและการพัฒนาแรงดันไฟฟ้าต่ำนั้นมีความสำคัญเพียงใดในการปฏิวัติวงจรโอเวอร์ไดรฟ์

การออกแบบโอเวอร์ไดรฟ์ทั่วไปในตลาดปัจจุบันทำงานที่ 9V อย่างไรก็ตาม ตามที่อธิบายไว้ในที่นี้ เราสามารถบรรลุพิกัดที่ประหยัดมากในการใช้พลังงานและทำงานบน VDD ต่ำ ซึ่งสามารถทำงานได้โดยใช้แบตเตอรี่ AA เพียงสองก้อนที่ไฟสามโวลต์เป็นระยะเวลานานและอายุการใช้งานแบตเตอรี่ยาวนานมาก เพื่อถนอมแบตเตอรี่ที่เหลืออยู่ในเครื่อง สวิตช์เชิงกลสำหรับการปลดจะถูกใช้เป็นมาตรฐาน นอกจากนี้ เนื่องจากรอยเท้าของ SLG88104V มีขนาดเล็กและใช้แบตเตอรี่เพียงเล็กน้อย คุณจึงสามารถสร้างคันเหยียบน้ำหนักเบาขนาดเล็กได้หากต้องการ ทั้งหมดนี้รวมกับเอฟเฟกต์เสียงที่น่าพึงพอใจทำให้เป็นการออกแบบโอเวอร์ไดรฟ์ชั้นนำ

กีตาร์ขยายเสียงปรากฏขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1930 อย่างไรก็ตาม ในขณะนั้น ศิลปินในยุคแรกๆ ต่างก็พยายามหาเสียงประเภทออเคสตราที่สะอาดตา ในยุค 40 DeArmond ได้สร้างเอฟเฟกต์แบบสแตนด์อโลนตัวแรกของโลก แต่ในขณะนั้นแอมพลิฟายเออร์นั้นใช้วาล์วและเทอะทะ ในช่วงทศวรรษที่ 40 และจนถึงช่วงทศวรรษที่ 50 แม้ว่าโทนเสียงที่ใสสะอาดจะแพร่หลาย บุคคลและวงดนตรีที่มีการแข่งขันสูงมักจะเปลี่ยนระดับเสียงของแอมป์เป็นสถานะโอเวอร์ไดรฟ์ และเสียงความผิดเพี้ยนก็ได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ ในยุค 60 แอมป์ทรานซิสเตอร์เริ่มผลิตด้วย Vox T-60 ในปี 2507 และในยุคเดียวกันเพื่อรักษาเสียงบิดเบือนซึ่งเป็นที่ต้องการอย่างมากในขณะนั้นจึงเกิดเอฟเฟกต์การบิดเบือนครั้งแรก

ขั้นตอนที่ 1: ข้อกำหนดเบื้องต้น

การประมวลผลสัญญาณเพลงแบบแอนะล็อกหรือดิจิทัลสามารถให้เอฟเฟกต์ใหม่ และเอฟเฟกต์โอเวอร์ไดรฟ์แบบแอคทีฟจะสร้างเอฟเฟกต์การตัดแบบโอเวอร์ไดรฟ์ของแอมป์วาล์วช่วงแรกๆ

โดยปกติแล้วจะไม่ต้องการและย่อให้เล็กสุดในแง่ของการขยายเสียง แต่ตรงกันข้ามกับผลกระทบนี้ การตัดทอนสร้างความถี่ที่ไม่มีอยู่ในเสียงต้นฉบับและนั่นอาจเป็นสาเหตุส่วนหนึ่งที่ทำให้การอุทธรณ์ในยุคแรกเริ่ม การตัดที่เกี่ยวกับคลื่นที่แรงและเกือบจะเป็นคลื่นสี่เหลี่ยมจะสร้างเสียงแฮชที่ไม่สอดคล้องกับโทนเสียงหลัก ในขณะที่การตัดแบบอ่อนจะสร้างเสียงโอเวอร์โทนฮาร์มอนิก ดังนั้นโดยทั่วไปเสียงที่เกิดขึ้นจะขึ้นอยู่กับปริมาณของการตัดทอนและการลดทอนตามความถี่ ผู้เขียนคนนี้มีความเชื่ออย่างแรงกล้าว่าคุณภาพของแป้นโอเวอร์ไดรฟ์ขึ้นอยู่กับสัดส่วนของฮาร์โมนิกกับโทนอินฮาร์มอนิกตลอดช่วงและความสามารถในการรักษาโทนฮาร์มอนิกที่แอมพลิฟายเออร์ที่สูงขึ้น

ขั้นตอนที่ 2: ภาพรวม

ด้านบนเป็นภาพรวมของวงจรที่นำเสนอ โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อรักษาสัญญาณที่มีอยู่และสร้างเสียงโอเวอร์ไดรฟ์เหล่านั้น การใช้ SLG88104V ช่วยให้ Overdrive Pedal ทำงานบน 3 V โดยใช้แบตเตอรี่ AA สองก้อน ซึ่งมีจำหน่ายทั่วไปและราคาถูกกว่าแบตเตอรี่ 9 V PP3 หากต้องการ สามารถใช้แบตเตอรี่ AAA แทนได้ แม้ว่าความจุพิเศษของ AA จะทำให้แบตเตอรี่มีความจุมากกว่าปกติ นอกจากนี้ วงจรจะทำงานบน 4.5 V (1.5 V เส้นกลาง +3 V) หรือ 6 V (เส้นกลาง 3 V +3 V) หากต้องการ แม้ว่าจะไม่จำเป็นก็ตาม

การขยายความถี่แบบเลือก - การดัดแปลงที่สำคัญเพื่อให้เกิดการขยายที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ

ขั้นตอนที่ 3: คำอธิบายและทฤษฎี

เราเลือกใช้โทโพโลยีที่ไม่กลับด้านของแอมพลิฟายเออร์เป็นฐานสำหรับระยะขยายเนื่องจากมีอิมพีแดนซ์อินพุตสูงและปรับได้ง่ายสำหรับการเลือกความถี่

ดูสูตร 1

ดังที่เราได้เห็น ประโยชน์ที่ได้รับจากการตั้งค่านี้ขึ้นอยู่กับผลตอบรับเท่านั้น หากเราแปลงสิ่งนี้เป็นโทโพโลยีส่งผ่านสูง อัตราขยายจะขึ้นอยู่กับผลป้อนกลับและความถี่อินพุตตามการจัดเรียงโอเวอร์ไดรฟ์ นอกจากนี้ หากวงจรป้อนกลับของตัวกรองเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า โทโพโลยีจะใช้เกนที่ตอบสนองช่วงหนึ่งกับอินพุต จากนั้นจึงเพิ่มชุดของการเพิ่มการตอบสนองที่ต่างกันอีกชุด

การตั้งค่านี้สามารถให้บริการทั้งความชัดเจนในการออกแบบและอนุญาตให้มีการขยายสัญญาณแบบกำหนดทิศทาง / ความถี่ที่มากขึ้น ด้านล่างเป็นแผนภาพของการจัดเรียงดังกล่าวพร้อมสูตรที่สร้างข้อสรุปที่น่าสนใจ โทโพโลยีนี้เป็นปมสำคัญที่อาศัยวงจรโอเวอร์ไดรฟ์ขั้นสุดท้ายซึ่งจะรวมเป็นแกนหลักหลายครั้งเพื่อรักษารูปแบบการทำงาน

เพื่อให้ดูง่ายขึ้นเล็กน้อย สำหรับความถี่ที่แน่นอน เราใช้สูตร 2 และสูตร 3

สมการจริงของ AGain ที่ความถี่เฉพาะ f จึงเป็นสูตร 4 ซึ่งแยกย่อยออกไปอีกเพื่อสร้างสูตร 5 สุดท้าย

เห็นได้ชัดว่าสิ่งนี้คล้ายคลึงกับการเพิ่มสมการอย่างง่ายข้างต้น ยกเว้นการเพิ่มเอกภาพโดยธรรมชาติของแอมพลิฟายเออร์ซึ่งเป็นค่าคงที่ โดยสรุป อัตราการตอบสนองความถี่ที่เพิ่มขึ้นของขาโทโพโลยีป้อนกลับผ่านสูงแต่ละขาจะถูกรวมเข้าด้วยกัน

จุดมุ่งหมายของการเตรียมการดังกล่าวคือการได้รับการขยายสัญญาณอินพุตที่สม่ำเสมอมากขึ้นในช่วงความถี่ เพื่อให้ความถี่สูงขึ้นโดยที่อัตราขยายของ OpAmp ลดลง เราสามารถแนะนำเกนที่มากขึ้นได้ ที่แรงดันไฟต่ำ สามารถรักษาเสียงผ่านความถี่ต่ำเหล่านั้นได้ แม้ว่า headroom จะไม่สูงมาก

ขั้นตอนที่ 4: แผนภาพวงจร

ขั้นตอนที่ 5: อธิบายวงจร

SLG88103/4V มีการป้องกันอินพุตโดยธรรมชาติเพื่อป้องกันแรงดันไฟเกินที่อินพุต มีการเพิ่มไดโอดป้องกันพิเศษที่ระยะเริ่มต้นของอินพุตโอเวอร์ไดรฟ์เพื่อความทนทานในการออกแบบเป็นพิเศษ

แอมพลิฟายเออร์สเตจแรกทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์อิมพีแดนซ์สูงสเตจแรก และขยายในขั้นต้นเพื่อเตรียมสำหรับสเตจโอเวอร์ไดรฟ์ กำไรอยู่ที่ประมาณสองแม้ว่าจะแตกต่างกันไปตามความถี่ ในขั้นตอนนี้ ต้องใช้ความระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่ากำลังขยายเสียงอยู่ในระดับต่ำ เนื่องจากการขยายใดๆ ในขั้นตอนนี้จะถูกคูณเข้ากับการขยายสัญญาณโอเวอร์ไดรฟ์

หลังจากผ่านไปยังสเตจโอเวอร์ไดรฟ์ ซึ่งสัญญาณจะได้รับการขยายขนาดใหญ่ การขยายสัญญาณแบบเลือกความถี่อีกครั้งช่วยให้แน่ใจว่าความถี่ที่สูงขึ้นจะได้รับการเพิ่มนั้นสำหรับการขยายที่สม่ำเสมอมากขึ้น และต่อเนื่องกันเรากระตุ้นการตัดโดยใช้ไดโอดสองตัวในโหมดนำไฟฟ้าไปข้างหน้า ตัวกรองความถี่ต่ำแบบธรรมดาจะสร้างโทนเสียง และนำไปสู่โพเทนชิออมิเตอร์แบบธรรมดาและบัฟเฟอร์เพื่อขับเคลื่อนเอาต์พุต

มีการใช้วงจรขยายสัญญาณปฏิบัติการออนบอร์ดเพียงสามตัวเท่านั้น และตัวสุดท้ายที่เหลือถูกต่อสายอย่างเหมาะสมตาม "การตั้งค่าที่เหมาะสมสำหรับ OpAmps ที่ไม่ได้ใช้" หากต้องการ คุณสามารถใช้ 2 x SLG88103V’S แทน SLG88104V ตัวเดียวได้

ไดโอดเปล่งแสงกำลังต่ำแสดงว่าอยู่ในสถานะเปิด ความสำคัญของการเป็นรุ่นที่ใช้พลังงานต่ำนั้นไม่อาจมองข้ามได้เนื่องจากกระแสไฟที่นิ่งต่ำและกำลังการทำงานของ SLG88104V การใช้พลังงานหลักจากวงจรจะเป็น LED แสดงสถานะพลังงาน

อันที่จริง เนื่องจากกระแสไฟนิ่ง 375 nA ที่ต่ำมาก การพิจารณากำลังสำหรับ SLG88104V จึงมีน้อยมาก การสูญเสียพลังงานส่วนใหญ่เกิดจากตัวเก็บประจุความถี่ต่ำแบบแยกส่วนและตัวต้านทานตัวติดตามอีซีแอล หากเราวัดปริมาณการใช้กระแสไฟของกระแสไฟฟ้าที่หยุดนิ่งของวงจรทั้งหมด จะกลายเป็นเพียงประมาณ 20 µA เพิ่มขึ้นเป็นสูงสุดประมาณ 90 µA เมื่อกีต้าร์ทำงาน ซึ่งถือว่าน้อยมากเมื่อเทียบกับ 2 mA ที่ LED ใช้ไป และเป็นเหตุผลที่ต้องใช้ LED พลังงานต่ำ เราสามารถประมาณอายุเฉลี่ยของแบตเตอรี่อัลคาไลน์ AA หนึ่งก้อนในการระบายจากเต็มถึง 1 V อยู่ที่ประมาณ 2000 mAh* ที่อัตราการคายประจุ 100 mA แบตเตอรี่คู่ใหม่ที่ดีซึ่งผลิต 3 V จะสามารถจ่ายไฟได้มากกว่า 4000 mAh เมื่อติดตั้ง LED วงจรของเราจะวัดการดึง 1.75 mA ซึ่งเราสามารถประมาณการใช้งานต่อเนื่องได้นานกว่า 2285 ชั่วโมงหรือ 95 วัน เนื่องจากโอเวอร์ไดรฟ์เป็นวงจรที่แอ็คทีฟ โอเวอร์ไดรฟ์ของเราจึงสามารถสร้าง "การเตะ" ได้โดยใช้กระแสไฟน้อยที่สุด โปรดทราบว่าแบตเตอรี่ AAA สองก้อนควรมีอายุการใช้งานประมาณครึ่งหนึ่งของ AA

ด้านล่างนี้คือรูปแบบการทำงานของวงจรโอเวอร์ไดรฟ์นี้ แน่นอนว่า เช่นเดียวกับคันเหยียบอื่นๆ ผู้ใช้จำเป็นต้องปรับการตั้งค่าเพื่อค้นหาเสียงที่เหมาะที่สุดสำหรับพวกเขา การเปลี่ยนเสียงกลางและเสียงเบสของแอมป์ให้สูงกว่าเสียงแหลมดูเหมือนจะให้เสียงโอเวอร์ไดรฟ์ที่เจ๋งจริงๆ สำหรับเรา (เพราะเสียงแหลมนั้นรุนแรงกว่า) จากนั้นจึงคล้ายกับเสียงแบบเก่าที่อบอุ่นกว่า

ด้วยขนาดที่เล็กของ SLG88104V และการสิ้นเปลืองพลังงานที่ต่ำมาก เราจึงประสบความสำเร็จในการบรรลุถึงแป้นโอเวอร์ไดรฟ์พลังงานต่ำที่เทอะทะน้อยกว่า และใช้แบตเตอรี่ชนิดดินสอเพียงสองก้อนในระยะเวลาอันยาวนาน

แบตเตอรี่ AA มีจำหน่ายทั่วไป และมีความเป็นไปได้ที่จะไม่มีการเปลี่ยนแปลงตลอดอายุการใช้งานของหน่วยงานใด ๆ ทำให้การบำรุงรักษาทำได้ง่ายมากและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ยังสามารถสร้างขึ้นด้วยส่วนประกอบภายนอกจำนวนเล็กน้อย ดังนั้นจึงมีต้นทุนต่ำ ง่ายต่อการสร้าง และมีน้ำหนักเบาตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้

* ที่มา: แผ่นข้อมูล Energizer E91 (ดูกราฟแท่ง), powerstream.com

บทสรุป

ในคำแนะนำนี้ เราได้สร้างแป้นโอเวอร์ไดรฟ์กำลังแรงต่ำแบบแรงดันต่ำ

นอกเหนือจากการจัดการการประมวลผลแบบแอนะล็อกสำหรับ IC สัญญาณผสมของ GreenPAK และเซมิคอนดักเตอร์ดิจิทัลอื่น ๆ แล้ว Rail to Rail Low Voltage และ Low Current OpAmp ของ GreenPAK ยังแสดงให้เห็นว่ามีประโยชน์ในวงจรโอเวอร์ไดรฟ์ พวกมันทำงานอัตโนมัติในแอพพลิเคชั่นอื่นๆ มากมาย และเป็นประโยชน์อย่างยิ่งในแอพพลิเคชั่นที่ไวต่อพลังงาน

ยิ่งไปกว่านั้น หากคุณสนใจเกี่ยวกับวงจรที่เพียงพอในการเขียนโปรแกรมการออกแบบ IC ของคุณเอง โปรดดาวน์โหลดซอฟต์แวร์ GreenPAK ของเราซึ่งมีประโยชน์สำหรับการออกแบบดังกล่าว หรือเพียงแค่ดูไฟล์การออกแบบ GreenPAK ที่เสร็จสมบูรณ์แล้วที่มีอยู่บนหน้าเว็บของเรา วิศวกรรมอาจจะง่ายยิ่งขึ้นไปอีก สิ่งที่คุณต้องทำคือเสียบ GreenPAK Development Kit เข้ากับคอมพิวเตอร์ของคุณและกดโปรแกรมเพื่อสร้าง IC แบบกำหนดเองของคุณ