Organito o pianito de juguete
2011-12-06
Organito o pianito de juguete de fabricación casera.
Últimamente no paro de fabricar aparatitos electrónicos. He aquí un pianito u organito con las siguientes características:
- Cabe en un bolsillo.
- Funciona con pilas.
- Tiene doce teclas con tonos regulables o afinables para cubrir, por ejemplo, una octava de la escala diatónica occidental con sus sostenidos.
- El volumen también es regulable.
- Tiene una lucecita indicadora que se ilumina al pulsar las teclas.
- Se monta rápidamente.
- Está hecho con componentes muy disponibles en tiendas de electrónica.
Este tecladito es muy sencillo. A cambio, es monofónico (es decir, no permite hacer acordes) y su timbre no es regulable.
Principio de funcionamiento
Organización de las funciones del instrumento por zonas.
El tecladito es una variación de la típica configuración de multivibrador astable del utilísimo circuito integrado 555. Carga y descarga un condensador a través de unas resistencias y este ciclo de carga y descarga determina los tiempos de la señal de salida, que es una onda cuadrada. La salida es alta mientras el condensador se carga y es baja cuando el condensador se descarga. La carga finaliza cuando la tensión supera un valor dado y vuelve a comenzar cuando queda por debajo de otro valor. El resistor que está conectado en serie directamente al condensador para su carga y descarga es elegido de entre varias al cerrar uno de los pulsadores del teclado; estos resistores son potenciómetros ajustados para el correcto afinado del instrumento.
La salida del circuito integrado 555 va a un condensador que elimina la componente de continua. Este condensador ha de tener una capacidad decente para mover bien el altavoz; el valor de 100 μF está probado y funciona bien. Hace falta un resistor entre el condensador de filtro de la salida y el altavoz para limitar el volumen y, de hecho, limitar la corriente si ésta puede superar el valor de diseño del temporizador 555 (200 mA).
Conectado en paralelo con el altavoz, hay un pequeño led (limitado con una resistencia de 1 kΩ que se enciende durante la mitad del ciclo de salida. El altavoz con el que está probado el tecladito es una carga inductiva algo sucia, pero el led ha aguantado hasta el momento, así que el valor de 1 kΩ de la resistencia parece adecuado.
Materiales y construcción
Componentes dispuestos en la placa.
Hace falta reunir los siguientes componentes:
- 1 placa perforada «a puntos» (es decir, con las islas de cobre sin unir) con espaciado de 0,1 pulgadas (2,54 mm) y un tamaño de al menos 77 mm por 90 mm (es decir, con al menos 30 puntos en una dirección y 35 puntos en la otra). Es conveniente que la placa sea de un color claro.
- 1 circuito integrado 555 (U1).
- 1 altavoz dinámico pequeño de 8 Ω (SPK1).
- 1 led de bajo brillo (D1).
- 1 condensador de 100 nF (C1).
- 1 condensador de 10 nF (C2).
- 1 condensador electrolítico de 100 μF (C3).
- 12 pulsadores para montaje en placa abiertos en reposo (S1 a S12).
- 12 potenciómetros de ajuste (trimmers) horizontales (de eje vertical) de 100 kΩ (R1 a R12).
- 1 potenciómetro de ajuste (trimmer) vertical (de eje horizontal) de 1 kΩ (R13).
- 2 resistores de 1 kΩ y 1 ⁄ 4 W (R14 y R15).
- 1 juego de conectores de una posición para alimentación con sus espadines correspondientes.
- 1 portapilas y sus pilas correspondientes para dar entre unos 5 V y unos 15 V.
- Cable, estaño, soldador, pelacables y otros útiles y materiales para el montaje de circuitos.
- 1 rotulador negro capaz de escribir sobre la superficie de la placa. Los pensados para escribir sobre discos compactos valen.
- Cinta adhesiva.
Hay que soldar los componentes a la placa de acuerdo con el esquema del circuito de la siguiente sección. Es cómodo crear pistas de estaño entre puntos en vez de tirar cables, pero hay que andar con cuidado para evitar las uniones entre puntos de soldadura próximos. En caso de duda, conviene repasar con un objeto duro y delgado (como la punta de un destornillador plano) los espacios entre puntos de soldadura adyacentes. Una vez soldados los componentes y comprobado que el instrumento funciona, hay que cubrir el reverso con cinta para evitar tocar el lado de la soldadura al sujetarlo, ya que es posible cerrar el circuito con la humedad de la piel y hacer con ello que el instrumento desafine. Finalmente, se puede usar el rotulador para pintar unas teclas de fantasía que le dan a la placa un toque simpático y visualmente atractivo.
Esquema
Aquí está el esquema del circuito en diferentes formatos. Lo dejé anotado en inglés.
El programa informático gschem es parte del proyecto gEDA, software libre para el diseño de circuitos electrónicos.
Uso del instrumento
El teclado del organito o pianito de juguete es análogo al de un órgano o piano convencional. El instrumento es monofónico, así que no puede producir acordes; al pulsar varias teclas simultáneamente, lo que sucede es que se produce un sonido agudo porque el condensador se carga y descarga a través de varias de las resistencias de afinado en paralelo.
Para afinar el instrumento, hay que regular los potenciómetros del R1 al R12. Podemos fiarnos del oído o utilizar un aparato de medida como un osciloscopio para medir las frecuencias. Una buena escala es ésta:
- Do
- 261,6 Hz
- Do♯
- 277,2 Hz
- Re
- 293,7 Hz
- Re♯
- 311,1 Hz
- Mi
- 329,6 Hz
- Fa
- 349,2 Hz
- Fa♯
- 370,0 Hz
- Sol
- 392,0 Hz
- Sol♯
- 415,3 Hz
- La
- 440,0 Hz
- La♯
- 466,2 Hz
- Si
- 493,9 Hz
Esto corresponde a unos 13 kΩ
para el do y unos 6,8 kΩ para el
Si♯. Las octavas más bajas necesitan valores más altos para las
resistencias, mientras que las octavas más bajas necesitan valores
más altos para las resistencias. La ecuación a aplicar es ésta:
ln(2) f C1 (R15 + Ri) = 1,
donde f es la frecuencia, C1 es la capacidad del condensador
C1, R15 es la resistencia del
resistor R15 y Ri
(con i de 1 a 12) es la resistencia
del potenciómetro de afinado i-ésimo.
El cálculo de la resistencia necesaria mediante esta ecuación es
preciso cuando se conoce bien la capacidad del condensador C1.
El potenciómetro de ajuste R13 controla el volumen. Un valor bajo da un volumen elevado, mientras que un valor elevado da un volumen bajo. El diseño no tiene resistencia fija en serie con el potenciómetro de control de volumen, así que es posible que la corriente esté efectivamente sin regular cuando el potenciómetro está configurado con una resistencia muy baja. En tal caso, podría suceder que algún componente se dañara tras usar el instrumento durante mucho tiempo; en concreto, el circuito integrado 555 está garantizado a proporcionar unos más que decentes 200 mA, lo que es suficiente para dar mucho volumen, pero no es infinito y está por debajo de lo que regularía la propia impedancia de 8 Ω del altavoz.
Si no va a usarse el instrumento, conviene desconectar las pilas para no gastarlas, ya que el circuito consume una pequeña corriente incluso cuando no da tono.
El instrumento en acción.
Posibles modificaciones
-
La patilla número 5 (CTRL) del circuito integrado 555
está desacoplada mediante un condensador, pero da mucho juego.
Podemos hacer muchas cosas divertidas con ella:
- Si conectamos un potenciómetro a modo de divisor de tensión, podemos controlar la frecuencia de todas las notas de forma simultánea. Si movemos el potenciómetro muy deprisa, generamos un efecto vibrato.
- Otra forma de generar un efecto vibrato consiste en conectar a la patilla 5 la salida de otro oscilador.
- De vuelta al divisor de tensión, podemos hacerlo con un fotorresistor para poder modificar el tono global al vuelo con luces y sombras.
- También podemos usar un conmutador para elegir la tensión aplicada a la patilla 5. Es una manera de cambiar de octava al vuelo.
- La salida del temporizador 555 es una onda cuadrada. Podemos usar etapas adicionales a la salida para generar ondas de otros tipos.
- En vez de cargar un condensador de valor fijo, sería posible tener varios condensadores seleccionables mediante un conmutador con el fin de cambiar de octava rápidamente.
- El teclado es monofónico. Para hacer uno polifónico, hace falta usar varios temporizadores, no sólo uno. Cada tecla estaría conectada a un temporizador diferente.
- El valor del potenciómetro regulador del volumen puede ser muy bajo y permitir el paso de una corriente excesiva (por ejemplo, superior a los 200 mA que el circuito integrado 555 está garantizado a proporcionar con seguridad); una mejora útil consistiría en colocar un resistor fijo en serie con el potenciómetro para limitar la máxima intensidad suministrada al altavoz.
- Si el altavoz es especialmente inductivo, puede ser necesario colocar diodos de protección para evitar daños aguas arriba debidos a picos de tensión provocados por el propio altavoz.
- Doce notas pueden ser pocas para muchas canciones. En la placa hay espacio para alguna nota adicional. Una placa más grande permitiría colocar más teclas.
Categorías: Electricidad, DIY
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