Diese Platine hat die Aufgabe, für jede Taste des Synthesizers einen Sinus mit einer denierten Frequenz zu generieren. Hierfür ist die Schaltung in drei große Teile geteilt:
- die Generierung einer denierten Spannung pro Taste
- die Erzeugung eines Dreieck-Signals mit denierter Frequenz, basierend auf der Spannung
- Dämpfung der hohen Frequenzen des Dreiecks, um einen Sinus zu erhalten
Funktionsweise
Die Steuerspannung wird durch eine Dioden-Veroderungen von Spannungsteilern erreicht. Durch das Drücken einer Taste wird die Versorgungsspannung am Spannungsteiler angelegt und es bildet sich eine Spannung zwischen den Widerständen des Spannungsteilers. Diese wird durch Trimmpotetiometer auf die gewünschte Spannung eingestellt
und über eine Diode zum Eingang des Voltage Controlled Oszilators geführt. Die Diode sorgt dafür, dass die Spannungsteiler sich nicht kurzschließen und sich zur Masse ein paralleler Widerstand bildet. Als Nebeneffekt liegt am Eingang des VCOs immer nur die größte Spannung an falls mehrere Tasten gedrückt werden.
Der VCO lasst sich in zwei wichtige Teile trennen. Rechts der gestrichelten Hilfslinie bendet sich der Rechteck Dreieck-Oszillator. Hierzu muss man sich die linke Hälfte wegdenken und die Hilfslinie als Kurzschluss betrachten. Der Oszillator besteht aus einem Integrator und einem Schmitt-Trigger. Am Integrator wird der Kondesator aufgeladen. Erreicht dieser die Schwellspannung des Schmitt-Triggers, schaltet letzterer um. Folglich entlädt sich der Kondensator wieder. Die Frequenz des Oszillierenden Signals wird durch den Strom, welcher den Kondensator ladt/entladt, bestimmt und bei einem einfachen Oszillator durch die Widerstande und Kondensatoren festgelegt. Der gesamte VCO
stellt den Strom, der in den Kondensator fießt ein, indem er das Rechteck-Signal als Steuersignal zweier Transitoren verwendet. Der NPN schaltet bei positiven Spannung die Steuerspannung durch. Der PNP schaltet bei negativen Spannungen die invertierte Steuerspannung durch. Folglich bestimmt die Steuerspannung wie schnell sich der Kondensator aufläadt und somit die Frequenz.
Zur Erzeugung eines sauberen Sinus-Signales muss die Oberschwingungen des Dreieck-Signals gedämpft werden. Hierfür sind zwei in Reihe geschaltete Tiefpassfilter erster Ordnung in der Schaltung integriert. In dieser Schaltung wird das Dreieck jedoch zunachst mit einem Nicht-invertierendem Verstärker mit Eins Verstärkt. Dies dient der Separation
von Schaltungsabschnitten, wodurch sichergestellt wird das mein VCO nicht belastet wird.
Platinendesign
Nach dem erfolgreichem Aufbau und des Tests der Schaltung auf dem Steckbrett, galt es nun die Platine zu entwerfen. Hier musste auch die Dioden-Veroderung der Spannungsteiler und der Knöpfe zu meinem bestehendem Schaltplan hinzugefügt werden, da diese in LTSpice lediglich angedeutet sind. Die Veroderung der Knopfe ist der Input fur den ADSR, da dieser immer einem Tastenanschlag generieren soll, wenn einer der Knöpfe gedruckt wird. Logistisch gesehen hat es sich angeboten diesen Teil der Schaltung auf meiner Platine statt der ADSR-Platine zu integrieren, da bereits alle Sieben Signale der Knöpfe zu den Spannungsteilern führen. Beim Erstellen des Schaltplanes mussten
gelegentlich Bibliotheken von Bauteilen, wie Integrated Circuits, importieren. Hierbei ist es wichtig auf die richtigen Footprints zu achten, da sonst die Bauteile nicht in die geplanten Bohrungen passen.
Endprodukt
Auf der folgenden Abbildung sieht man den Input für den Multiplizierer. Der Sinus hat eine Frequenz von 521 Hz und liegt damit knapp an dem Ton C5 bzw c2 mit 523,251 Hz. Diese Frequenz wurde über die Trimmpotentiometer eingestellt. Die Frequenzen ließen sich mit einer Abweichung von einem bis zwei Herz genau einstellen. Diese Voreinstellen muss bei dem Test des Gesamtsystems noch einmal angepasst werden, da es im Gesamtsystem zu weiteren Verzerrungen kommt. Beispielsweise fällt die Versorgungsspannung ein wenig ein und verandert somit sämtliche Steuerspannung, welche über die Spannungsteiler erzeugt wurden.
Die Entwicklung dieser Komponente verlief annähernd fehlerfrei. Bei dem Schaltplan der Platine fehlt ein 500 Ohm Widerstand, welcher zwischen Schmitttrigger und Basis der Bipolartransistoren liegen müsste. Dieser dient der Strombegrenzung, um die Transistoren nicht zu zerstören und kann im Falle der verwendeten Bauteile glücklicherweise vernachlässigt werden. Der Widerstand R3 (Abb 1) sollte durch ein Potentiometer ersetzen werden, welches die Verzerrung der Kabel zu den Knöpfen kompensiert. Weiterhin ist es sinnvoll eine extra Platine fur die Knöpfe zu erstellen.