Auf unserer dritten Platine sollen nun die weiteren Signalformen erzeugt und ggf. mit einem Rauschen gemischt werden. Zudem wird mit Dioden und LED’s eine Schutzbeschaltung für den Ausgangs realisiert, die die Spannung auf den vereinbarten Bereich von -1V bis +1V begrenzt.
Zu den hier gezeigten Schaltplänen sei gesagt, dass die Korrekturen, welche während dem Testen der Platinen gemacht wurden, hier noch nicht berücksichtigt wurden. Es ist also wahrscheinlich, dass die gezeigten Schaltungen zum Teil nur eingeschränkt funktionieren.
Sinus
Zur Erzeugung einer Sinusform, wird das vom VCO generierte Dreieckssignal und das abgebildete Diodennetzwerk verwendet. Das Prinzip ist denkbar einfach, über Spannungsteiler werden verschiedene Spannungslevel vorgegeben, bei denen jeweils eine Diode in den leitenden Zustand übergeht. Dadurch wird eine gestaffelte Verstärkung erzielt. Die von uns verwendete Schaltung ist nach einer Idee aus dem Internet [1] entstanden.
Für kleine Spannungen um den Nulldurchgang herum, sind sich Dreiecks- und Sinussignal sehr ähnlich, weshalb hier eine Verstärkung von 1 gewünscht ist. Die Sinusform wird nun dadurch erreicht, dass die Dioden die Verstärkung in drei Stufen absenken und somit die Spitze des Dreiecks abflachen. Die Stufen werden hierbei durch unterschiedlich dimensionierte Spannungsteiler realisiert.
Da Dioden nur einen unidirektionalen Stromfluss zulassen, muss die Schaltung symmetrisch aufgebaut werden, damit beide Halbwellen jeweils zu einer Sinushalbwelle umgeformt werden.
Über den invertierenden Verstärker am Ausgang wird nun das Vorzeichen korrigiert und der Pegel angepasst.
Sägezahn
Zur Realisierung der Sägezahn- oder auch Rampenform wird ebenfalls das Dreieckssignal verwendet. Die grundlegende Idee ist, die steigenden Flanken von zwei gegeneinander verschobenen Dreieckssignalen aneinander zu hängen, also zwischen diesen Signalen hin und her zu schalten.
Hierzu wird dem Dreieck aus dem VCO zunächst ein Offset hinzugefügt, so dass dieses nun zwischen 0 und +2V schwingt. Anschließend wird mittels eines invertierenden Verstärker das zweite Dreieckssignal erzeugt, welches aufgrund der Invertierung um 180° phasenverschoben ist. Über einen Analogschalter, der über das Rechtecksignal des VCO gesteuert wird, wird nun jeweils die entsprechende Flanke an den Ausgang gelegt.
Gegenüber anderen Schaltungen zur Realisierung von Rampen (z.B. mittels Auf- und Entladen eines Kondensators) zeichnet sich diese Schaltung durch ihre sehr gute Steilheit beim Abfall vom Maximum auf das Minimum aus.
Impuls
Ein Impuls mit variabler Pulslänge lässt sich sehr einfach aus einem Dreieckssignal und einer Steuerspannung generieren. Hierfür werden die beiden Signale mittels Komparator miteinander verglichen. Diese Methode wird auch als Pulsweitenmodulation (PWM) bezeichnet und ist in der Elektrotechnik weit verbreitet.
Jeweils in den Schnittpunkten von Dreiecks- und Steuerspannung schaltet der OPV und wechselt damit zu positiver bzw. negativer Versorgungsspannung am Ausgang. Wichtig hierfür ist, dass die Steuerspannung in der gleichen Größenordnung wie die des Dreieckssignals liegt, damit die Schnittpunkte auch existieren.
Noise und Mixer
Als optionale Schaltung wurde nun noch ein Rauschgenerator (links, [2]) und der dadurch notwendig gewordene Mixer (rechts) realisiert.
Für das Rauschen wird das Eigenrauschen eines npn-Bipolartransistors (T1) verstärkt, bei dem der Basis-Emitter-Übergang wie eine Zenerdiode betrieben wird. Dies erzeugt ein weißes Rauschen (Rauschen mit allen Frequenzen). Über den Widerstand R12 fällt dann der größte Teil der Rauschspannung ab, welche durch den zweiten Transistor anschließend verstärkt wird.
Für den Mixer wird abermals ein Addierer verwendet, bei dem die Eingänge über die Potentiometer auf der Frontplatine gewichtet werden können. Nach dem Bestücken der Platinen, fiel während des Funktionstests auf, dass hier kein nicht-invertierender Addierer (wie in der Abbildung gezeigt) sondern ein invertierender Addierer benutzt werden muss.
[1] Idee Diodennetzwerk: http://alt.ife.tugraz.at/LV/AST/FG.pdf
[2] Idee Noisegenerator: http://freenrg.info/Physics/Scalar_Vector_Pot_And_Rick_Andersen/Rick_Andersen_Noisegen.htm