{"id":188,"date":"2017-06-19T22:16:49","date_gmt":"2017-06-19T20:16:49","guid":{"rendered":"http:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/absynth\/?page_id=188"},"modified":"2017-07-11T12:29:31","modified_gmt":"2017-07-11T10:29:31","slug":"vca","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/absynth\/gruppen\/gruppe-5-vca-adsr-endstufe\/vca\/","title":{"rendered":"VCA"},"content":{"rendered":"

Der Analogmultiplizierer<\/h2>\n

Im VCA<\/strong> (dt.: Spannungsgesteuerter Verst\u00e4rker) wird das Audiosignal\u00a0vom VCF<\/a> durch die vom\u00a0ADSR generierte\u00a0H\u00fcllkurve wie ein gesteuerter Lautst\u00e4rkeregler\u00a0geregelt. Mathematisch l\u00e4sst sich dieser Vorgang auf eine Multiplikation zur\u00fcckf\u00fchren, weshalb die Kernkomponente des VCA aus einem\u00a0Multiplizierer besteht.<\/p>\n

Der Kern des verbauten VCAs wird durch ein Transistorpaar gebildet, welches die Steilheit g_m eines Bipolartransistors zur Multiplikation ausnutzt. Dies ist\u00a0m\u00f6glich, da die Ausgangsspannung die Eingangsspannung des Transistors\u00a0U_BE\u00a0multiplikativ mit der Steilheit verkn\u00fcpft.\u00a0Die folgende\u00a0Abbildung zeigt eine m\u00f6gliche Verschaltung, in der die Ausgangsspannung als Differenz verst\u00e4rkt wird, abh\u00e4ngig von der Konfiguration der Widerst\u00e4nde R_y\u00a0und\u00a0R_z.<\/p>\n

\"Screen<\/a><\/p>\n

Abbildung:<\/strong>\u00a0Grundschaltung Multiplizierer<\/em><\/p>\n

Die Ausgangsspannung kann beschrieben werden durch<\/p>\n

\"Screen<\/a><\/p>\n

In der Umgebung von U_x \u2248 0V\u00a0kann tanh(x) durch x approximiert werden durch.<\/p>\n

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Damit die N\u00e4herung in Ua erf\u00fcllt ist, m\u00fcssen die Eingangssignale folgende Bedingungen erf\u00fcllen: |U_x| soll unter \u2248 10mV gehalten werden und U_y muss negativ sein. Damit diese Bedingungen erf\u00fcllt sind muss eine\u00a0urspr\u00fcngliche Schaltung eines VCA\u00a0im Netz gefunden\u00a0entsprechend modifiziert werden. Die nun verbesserte Schaltung in folgender Abbildung\u00a0wurde zum Test auf ein Steckbrett aufgebaut und durch Messungen weiter optimiert bis sie die Pegelanforderungen der Gruppen VCF (Eingang, \u00b11.1 V), ADSR\u00a0(Eingang, 0 \u2212 5 V) und Endstufe (Ausgang, \u00b11.1 V) erf\u00fcllte.<\/p>\n<\/div>\n

\"1\"<\/a><\/p>\n

Abbildung:<\/strong> Finale Simulationsschaltung in LTSpice<\/em><\/p>\n

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Funktionsweise der Schaltung<\/h2>\n

\"vcads\"<\/a><\/p>\n

Abbildung:<\/strong>\u00a0Finales Schaltbild\u00a0des VCAs\u00a0in EAGLE<\/em><\/p>\n

Die finale Schaltung\u00a0wurde auf Grundlage der Simulationsschaltung entworfen. Dabei wurde die Belastbarkeit der Eing\u00e4nge durch zus\u00e4tzliche Operationsverst\u00e4rker als Spannungsfolger beschaltet (IC3A, IC3B) verbessert. Mit dem gleichen Zweck wurden auch IC1B und IC1C an den Eing\u00e4ngen des Differenzverst\u00e4rkers (IC1D) verbaut.<\/p>\n

Der Audioeingang wird zun\u00e4chst durch einen Impedanzwandler entlastet. Anschlie\u00dfend wird der Eingangspegel von \u00b11.1V durch den invertierenden Verst\u00e4rker (IC1A) auf \u00b110mV ged\u00e4mpft (Ux), so dass die Multiplizierfunktion des Transistors T1 erf\u00fcllt ist nach Gleichung 2.3.2.<\/p>\n

Im Zweig des ADSR-Eingangs soll eine spannungsgesteuerte Stromquelle realisiert werden nach Gleichung 2.3.2. Die Stromquelle repr\u00e4sentiert UY und ist aufgebaut in Form der Schaltung im Sektor C\/D, 3\/4. F\u00fcr den Transistor T3 liegt der relevante Steuerbereich zwischen \u221212 V und \u221211 V, um den Strom durch den Differenzverst\u00e4rker einzustellen. Die Spannung, die \u00fcber den Widerstand R8 abf\u00e4llt bestimmt den Strom, der am Transis- torpaar aufgeteilt wird und somit die Differenz zwischen den Zweigen des Transistorpaars erzeugt. Das Eingangssignal des ADSRs (0 \u2212 5 V) muss deshalb entsprechend durch den\u00a0Subtrahierer (IC2B) skaliert und verschoben werden. Auch der ADSR-Eingang wird durch Impedanzwandlung stabilisiert.<\/p>\n

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Die erzeugte Differenz wird ebenfalls stabilisiert und durch den Instrumentenverst\u00e4rker IC1D f\u00fcr den Ausgang zum Anschluss an die Endstufe verst\u00e4rkt. Beim Testen der finalen Platine wurde erh\u00f6htes, hochfrequentes Rauschen im Ausgang festgestellt. Um dieses Rauschen weitgehend zu minimieren wurde im Feedback-Loop des Verst\u00e4rkers IC1D, sowie vor dem nichtinvertierenden Eingang des OPVs Kondensatoren C5 und C6 mit 1 nF mit Tiefpassverhalten eingef\u00fcgt.<\/p>\n

Der Kondensator C7 wurde mit der Last (R16) als Hochpass zwischen Ausgang des IC1D und dem Audio-Ausgang verschaltet, da der Audioausgang \u00fcber die Steuerspannung vom ADSR ungewollt einen Offset moduliert hat. Im Testaufbau mit der ADSR-Platine zeigte sich dies durch eine Verschiebung des Signals um die H\u00fcllkurve.<\/p>\n

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Einmessanleitung<\/h2>\n

Das auf der Platine eingebaute Potentiometer wurde einmalig eingestellt und soll nicht ver\u00e4ndert werden. Die optimale Einstellung des Potentiometers ist die Mittelstellung. Zur \u00dcberpr\u00fcfung der Einstellung des Potentiometers kann der Widerstand zwischen den jeweiligen Kollektoren des Transistorpaars und der positiven Versorgungsspannung gemessen werden. Die Widerstandswerte \u00fcber beiden Zweigen sollten identisch sein.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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