Synthesizer Make 1

VCO und Exponentialkonverter

VCO
Da der VCO die Töne des Synthesizers erzeugt, habe ich mich entschlossen, die betreffende Schaltung zuerst vorzustellen, denn schließlich bedeutet ein hörbarer Ton bereits ein erstes Erfolgserlebnis. Die Tonhöhe des Oszillators ist exakt proportional zu einer am Eingang anliegenden Steuerspannung. Beim eigentlichen VCO (Voltage Controlled Oscillator) handelt es sich um einen Sägezahngenerator, bei dem die Ausgangsspannung eines Integrators je nach Steuerspannung mehr oder weniger schnell so weit ansteigt, bis eine Schaltschwelle erreicht ist und die Kondensatorspannung am Integrator über eine Diode entladen wird.

Alle weiteren ICs dienen dazu, das Sägezahnsignal in ein Dreieck- und ein Rechtecksignal mit variabler Pulsbreite umzuwandeln, um dem Klang etwas mehr „Farbe“ (Obertöne) zu verleihen. Bei der Umwandlung in ein Rechteck-Signal wird ein einfacher Komparator mit einstellbarer Schaltschwelle für die Pulsbreite verwendet. Die Konvertierung in ein Dreiecksignal ist etwas komplizierter: Ein zusätzlicher Dreieckoszillator wird durch die im eigentlichen VCO erzeugten Schaltimpulse synchronisiert. Alle Signale stehen an gepufferten Ausgängen zur Verfügung, sind offsetfrei und in ihrer Amplitude einstellbar. Noch ein praktischer Tipp: Verwenden Sie bei dieser und bei allen weiteren Platinen grundsätzlich IC-Fassungen. Damit lassen sich die Chips zu Testzwecken einzeln einsetzen und bei der Fehlersuche bzw. im Falle eines Defekts leicht austauschen. Beim Einsetzen oder Entfernen von ICs muss die Versorgungsspannung immer ausgeschaltet sein. Die Linearität (Frequenz/Steuerspannung) des VCO ist dank der verwendeten Schaltung sehr gut, ergibt sich automatisch und muss nicht abgeglichen werden. Dies gilt jedoch nur, wenn Sie die vorgegebenen OpAmps (Schaltplan) verwenden. Mit anderen OpAmps ergibt sich nicht die erforderliche Linearität.

Bild oben

Die oben abgebildete Platine enthält zwei VCOs. Trotz der zahlreichen Potis ist der Abgleich recht einfach und wird im Handbuch beschrieben. Die Linearität ergibt sich automatisch und muss nicht abgeglichen werden.

Vorteile gegenüber der Vorgängerversion:

1) Optimiertes, am Schaltplan orientiertes Layout mit weniger und dafür breiteren Leiterbahnen führt zu mehr Sicherheit beim Platinen-Ätzen und erleichtert die Bestückung.

2) Sägezahnsignal mit optimierter Wellenform und verbessertem Klang.

3) Übersichtliche Anordnung der Ein- und Ausgänge: Alle Eingänge links, alle Ausgänge rechts.

4) Reduzierung der Drahtbrücken um fast die Hälfte auf 16.

5) Neben den kurzschlussfesten Ausgängen jetzt auch rückwirkungsfreie, gepufferte Eingänge.

6) Steckanschlüsse erleichtern des Austausch des Moduls.

Symbolische Darstellung des VCO-Layouts

Exponentialkonverter
Mehr über die Hintergründe des Exponentialgenerators erfahren Sie auf der Seite Exponentialkonverter-Hintergrundwissen, die Sie vom obigen Menü aus erreichen. Fassen wir kurz zusammen:
Der Aufbau eines Exponentialkonverters ist einfacher als man denkt, da uns hier die Physik in Form einer mathematisch extrem präzisen Kennlinie weiter hilft, die bei einer ganz bestimmten Beschaltung von Transistoren auftritt und bei einer konstanten Zunahme der Eingangsspannung zu einer konstanten Vervielfachung der Ausgangsspannung führt – und genau dies ist die Voraussetzung zur Ansteuerung unseres VCO.

Interessant ist, dass diese Kennlinie sogar bei preiswerten Standard-Transistoren wie z.B. beim BC 547 mit hoher Genauigkeit auftritt. Leider sind Transistoren jedoch temperaturempfindlich. Die vorliegende Schaltung ist auf Grund der beiden sich thermisch entgegengesetzt verhaltenden Transistoren daher weitgehend temperaturkompensiert. Wenn man sie in ein wärmegedämmtes Gehäuse einbaut (siehe Bild) und sie zusätzlich über einen Widerstand heizt, bleibt die Stimmung stabil. Zur Blütezeit der analogen Synthesizer gab es spezielle Chips, die neben zwei Transistoren noch ein spezielles Heizelement zur Temperaturstabilisierung enthielten. Leider sind solche Chips wie z.B. der µA 726 heute nicht mehr erhältlich – aber es geht auch ohne – und ich muss zugeben, dass das Ergebnis meine Erwartungen weit übertroffen hat. Mit dem einen hier gezeigten Konverter werden beide VCOs angesteuert. Die Unterschiedlichen Frequenzen zwischen beiden VCOs werden durch nachträgliche Division der Steuerspannung an den jeweiligen VCO-Eingeängen erzeugt.