Auf der zweiten Platine sind nun die beiden VCO’s, der Addierer (Eingang) und der Exponentierer realisiert worden.
Addierer
Wie bereit erwähnt, dient der Addierer dazu, verschiedene Eingänge gleichzeitig gewichten und verarbeiten zu können. Hierfür wurde als Grundschaltung ein invertierender Addierer gewählt, welchem dann ein invertierender verstärker mit einer Verstärkung von -1 folgt. Die Gewichtung der einzelnen Signale wird hierbei über die Potentiometer auf der Frontplatine realisiert.
Exponentierer
Da die Frequenzen der gleichstufigen Stimmung nicht linear sondern exponentiell unterteilt sind, muss die Steuerspannung ebenfalls exponentiell übersetzt werden. Hierzu wird die Charakteristik eines pn-übergangs (wie z.B. in einer Diode) ausgenutzt. Wir benutzen hierfür den Basis-Kollektor-Übergang eines pnp-Bipolartransistor, der Grund hierfür folgt später. Um nun den entsprechenden Exponenten für die gleichstufige Stimmung zu realisieren, wird ein invertierender verstärker mit einer Verstärkung von rund -18mV pro Volt an die Basis des pnp-Transistors angeschlossen. Das Potentiometer R9 dient hierbei zur späteren Feinabstimmung, da bereits kleine Abweichungen große Auswirkungen haben können.
Eine weitere Störungsquelle ist die Temperaturabhängigkeit, insbesondere die der Halbleiterbauelemente. Um zumindest den Einfluss der Temperatur auf den Sperrsättigungsstrom des Transistors zu verringern, wird ein zweiter pnp-Bipolartransistor verwendet. Wichtig hierbei ist, dass dieser die gleichen Eigenschaften aufweist und thermisch gut mit dem anderen Transistor gekoppelt ist. Aus diesem Grund haben wir uns für einen SMD-Baustein mit einem pnp-Transistorpaar entschieden. Die Temperaturkompensation wird nun dadurch erreicht, dass die beiden Transistoren eine Differenzstufe bilden, in der sich die Auswirkungen der Sperrsättigungsströme auf den Ausgang gegenseitig aufheben. Die grundlegende Schaltung hierzu stammt aus dem, unter Elektrotechnikern wohlbekannten Buch von, Tietze und Schenk [1] und wurde nach Ideen früherer Projekte erweitert.
Damit auch ohne Eingangsspannung die grundlegende Funktionsweise des VCO sichergestellt ist, wird über einen weiteren OPV (IC1B) ein Referenzstrom vorgegeben. Über diesen lässt sich nun der Arbeitsbereich des VCO einstellen. Weiterhin werden noch zwei weitere OPV’s benötigt, zum einen als Strom-Spannungswandler (IC1C) und ein invertierender Verstärker (IC1D) zur Korrektur des Vorzeichens und zur Anpassung der Spannung an den Spannungsbereich des VCO von 0 bis +12V.
Oszillator (VCO)
Kern des Oszillators sind ein Integrierer (IC2) und ein Schmitt-Trigger (IC3), welche zusammen eine Dreiecks- und eine Rechteckschwingung erzeugen. Liegt am invertierenden Eingang des Integrierers eine Spannung an, so wird der Kondensator (C4) geladen, woraus sich am Ausgang eine fallende Flanke (da invertierend) ergibt. Erreicht diese den Schwellenwert am Schmitt-Trigger, so wechselt dieser am Ausgang sprunghaft das Vorzeichen und gibt die positive Versorgungsspannung aus. Der Schwellenwert liegt hierbei jeweils ein wenig unterhalb der positiven bzw. leicht oberhalb der negativen Versorgungsspannung. Grund hierfür ist der Spannungsteiler zwischen Ausgang und nicht-invertierendem Eingang des Schmitt-Triggers.
Über das Rechtecksignal am Ausgang des Schmitt-Triggers wird nun der npn-Bipolartransistor angesteuert, der den Integrationskondensator über einen Trimmer entlädt. Daraus resultiert nun die steigende Flanke des Dreiecks. Erreicht diese nun die andere Schaltschwelle, so springt das Rechtecksignal auf negative Versorgungsspannung, der pnp-Transistor sperrt und der Kondensator kann sich wieder aufladen. Da sich dieser Vorgang periodisch mit fester Frequenz (in Abhängigkeit der Kapazität und der Widerstandswerte) wiederholt, werden ein Dreiecks- und ein Rechtecksignal erzeugt.
Anschließend wurden noch zwei Impedanzwandler für die Ausgänge umgestzt, da der Oszillator sonst durch die Schaltungen des Waveshapings zu sehr belastet werden würde.
VCO2
Der zweite Oszillator wurde komplett analog zum VCO1 realisiert, aufgrund der geringen Belastung wurden hier jedoch die Impedanzwandler weggelassen. Zudem wird dieser nicht mit einem Exponentierer angesteuert.
[1] Tietze, U.; Schenk, C.; Gamm, E.: Halbleiter-Schaltungstechnik, 5. Auflage, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1980