VCA(Voltage Controlled Amplifier)

 Mit dem Voltage Controlled Amplifier soll ein eingehendes Signal spannungsgesteuert übertragen werden. Der VCA hat zwei Eingänge, die Steuerspannung und das Audiosignal, und als Augang das ggf. veränderte Audiosignal. Mithilfe der positiven Steuerspannung kann eingestellt werden, mit welcher Verstärkung das Originalsignal weitergeleitet wird. Dabei ist wichtig, dass eine maximale Verstärkung von 1 gegeben ist, das Signal also nur abgedämpft werden kann. Der VCA ermöglicht durch diese Steuerung verschiedene Modulationsmöglichkeiten zur Anpassung der Lautstärke, Sounddesign durch mögliche Hüllkurvengeneratoren und Effekte wie den Tremolo- oder Vibratoeffekt.

Bei der Realisierung haben wir uns entschieden, die Spannungssteuerung mithilfe eines Vactrols umzusetzen. Ein Vactrol ist eine Kombination aus einer LED und einem Fotowiderstand.Durch Regulierung des ausgestrahlten Lichts der LED, kann der Widerstandswert angepasst werden

Für unseren VCA wird der notwendige Stromfluss durch die LED über die Steuerspannung geregelt, die dann wiederum den Widerstandswert des Fotowiderstands festsetzt.

Dieser Fotowiderstand ist Bestandteil einer invertierenden Verstärkerschaltung, durch die das Audiosignal gespeist wird. Der invertierende Verstärker ist eine der Grundschaltungen der Elektronik und nutzt einen Operationsverstärker. Je nach Verhältnis der beiden Widerstände, lässt sich eine unterschiedliche Verstärkung kleiner 1 einstellen. Um die Dämpfung zu erhöhen , so dass für ein Control Voltage von 0V auch fast kein Signal mehr durchkommt, werden zwei invertierende Verstärker in Serie geschaltet. Mithilfe des Vactrols und des invertierenden Verstärkers kann der Widerstandswert variiert werden und so eine spannungsabhängige Verstärkung für die Schaltung realisiert werden.

Unten ist die Bilder von  Testaufbau im Steckbrett und Eagle Schaltplan gezeigt,

Unsere Schaltung besteht im Prinzip aus drei Teilschaltungen:

In der ersten Teilschaltung ‚Voltage Mapping‘ wird die am Eingang anliegende Steuerspannung von 0-5V auf 0-2V runtergesetzt und mit einem Offset von +3V addiert. Ursache dafür ist, dass unser verwendeter Photoresistor eine sehr hohe Spanne zwischen minimalen und maximalen Widerstandswerten in Abhängikeit des ausgestrahlten Lichts erreicht. Daher skalieren wir den Eingangsbereich herunter, wobei aber wichtig ist, dass unser VCA zwischen den Spannungswerten 3 bis 5 V funktioniert. Daher wird noch der Offset +3V hinzuaddiert. Das Heruntersetzen wird mit Spannungsteilern realisiert. Die Addition aus dem skalierten Control Voltage und der konstanten 3V wird mit einem Summierverstärker erreicht. Da dieser aber beim Summieren das Vorzeichen umdreht, wird ein weiterer invertierender Verstärker in Reihe geschaltet, damit die Spannung wieder positiv wird.

Die gemappte Steuerspannung wird an die LED-Schaltung (2.Teilschaltung) angelegt, damit durch die LED entsprechend Strom fließt, um den Leitwert des Photoresistors zu modulieren. Die LED ist Teil einer Bipolartransistorschaltung. Je höher die Steuerspannung, umso größer der Stromfluss der LED und desto kleiner wird der Widerstand des Photoresistors.

Dieser ist nun Bestandteil der 3. Teilschaltung (Audio inv. Verstärker), in dem die wesentliche spannungsgesteuerte Dämpfung des Audiosignals stattfindet. Je größer die Steuerspannung ist, desto kleiner ist der Widerstandswert des Photoresistors $R_{ph}$. Für 5V Steuerpannung ergibt sich eine Verstärkung von fast 1. Bei 0V Steuerpannung dagegen ist der Widerstandswert des Photoresistors R2 so groß, dass die Verstärkung praktisch 0 ist. Das Audiosignal kann somit spannungsgesteuert fast komplett abgedämpft, bzw unverändert durchgelassen werden.

Ursprünglich waren drei einzelne Stages des invertierenden Verstärkers vorgesehen, aber beim realen Test unserer Schaltung haben wir gemerkt, dass es so gut funktioniert, dass eine Stufe allein ausreicht. Weiterhin haben wir auch versucht, dass die komplette Range der Dämpfung 0 bis 1 mit einer unveränderten Steuerspannung eingestellt werden kann. Dies hat sich jedoch als schwierig gestaltet, deswegen haben wir es bei der Dynamic Range 3-5V belassen.

hier ist die fertige Platine für die VCA