{"id":28,"date":"2021-03-04T23:11:26","date_gmt":"2021-03-04T22:11:26","guid":{"rendered":"http:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/?page_id=28"},"modified":"2021-03-06T01:50:26","modified_gmt":"2021-03-06T00:50:26","slug":"voltage-controlled-oszilllator","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/voltage-controlled-oszilllator\/","title":{"rendered":"Voltage Controlled Oszilllator"},"content":{"rendered":"\n<p>Diese Platine hat die Aufgabe, f\u00fcr jede Taste des Synthesizers einen Sinus mit einer denierten Frequenz zu generieren. Hierf\u00fcr ist die Schaltung in drei gro\u00dfe Teile geteilt:<\/p>\n\n\n\n<ul><li>die Generierung einer denierten Spannung pro Taste<\/li><li>die Erzeugung eines Dreieck-Signals mit denierter Frequenz, basierend auf der Spannung<\/li><li>D\u00e4mpfung der hohen Frequenzen des Dreiecks, um einen Sinus zu erhalten<\/li><\/ul>\n\n\n\n<h2>Funktionsweise<\/h2>\n\n\n\n<p>Die Steuerspannung wird durch eine Dioden-Veroderungen von Spannungsteilern erreicht. Durch das Dr\u00fccken einer Taste wird die Versorgungsspannung am Spannungsteiler angelegt und es bildet sich eine Spannung zwischen den Widerst\u00e4nden des Spannungsteilers. Diese wird durch Trimmpotetiometer auf die gew\u00fcnschte Spannung eingestellt<br>und \u00fcber eine Diode zum Eingang des Voltage Controlled Oszilators gef\u00fchrt. Die Diode sorgt daf\u00fcr, dass die Spannungsteiler sich nicht kurzschlie\u00dfen und sich zur Masse ein paralleler Widerstand bildet. Als Nebeneffekt liegt am Eingang des VCOs immer nur die gr\u00f6\u00dfte Spannung an falls mehrere Tasten gedr\u00fcckt werden. <\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img loading=\"lazy\" width=\"1024\" height=\"566\" src=\"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/Schaltung-1024x566.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-30\" srcset=\"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/Schaltung-1024x566.png 1024w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/Schaltung-300x166.png 300w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/Schaltung-768x424.png 768w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/Schaltung.png 1055w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><figcaption>Abb 1: Schaltplan des VCOs in LTSpice<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Der VCO lasst sich in zwei wichtige Teile trennen. Rechts der gestrichelten Hilfslinie bendet sich der Rechteck Dreieck-Oszillator. Hierzu muss man sich die linke H\u00e4lfte 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 entl\u00e4dt sich der Kondensator wieder. Die Frequenz des Oszillierenden Signals wird durch den Strom, welcher den Kondensator ladt\/entladt, bestimmt und bei einem einfachen Oszillator durch die Widerstande und Kondensatoren festgelegt. Der gesamte VCO<br>stellt den Strom, der in den Kondensator fie\u00dft 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 aufl\u00e4adt und somit die Frequenz.<\/p>\n\n\n\n<p>Zur Erzeugung eines sauberen Sinus-Signales muss die Oberschwingungen des Dreieck-Signals ged\u00e4mpft werden. Hierf\u00fcr sind zwei in Reihe geschaltete Tiefpassfilter erster Ordnung in der Schaltung integriert. In dieser Schaltung wird das Dreieck jedoch zunachst mit einem Nicht-invertierendem Verst\u00e4rker mit Eins Verst\u00e4rkt. Dies dient der Separation<br>von Schaltungsabschnitten, wodurch sichergestellt wird das mein VCO nicht belastet wird.<\/p>\n\n\n\n<h2>Platinendesign <\/h2>\n\n\n\n<p>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 Kn\u00f6pfe zu meinem bestehendem Schaltplan hinzugef\u00fcgt werden, da diese in LTSpice lediglich angedeutet sind. Die Veroderung der Knopfe ist der Input fur den ADSR, da dieser immer einem Tastenanschlag generieren soll, wenn einer der Kn\u00f6pfe gedruckt 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 Kn\u00f6pfe zu den Spannungsteilern f\u00fchren. Beim Erstellen des Schaltplanes mussten<br>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.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img loading=\"lazy\" width=\"1024\" height=\"463\" src=\"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/Board_beschriftet-1024x463.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-31\" srcset=\"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/Board_beschriftet-1024x463.png 1024w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/Board_beschriftet-300x136.png 300w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/Board_beschriftet-768x347.png 768w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/Board_beschriftet-1536x695.png 1536w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/Board_beschriftet-1200x543.png 1200w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/Board_beschriftet.png 1749w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><figcaption>Abb 2: Boarddesign der Platine in Eagle<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<h2>Endprodukt<\/h2>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img loading=\"lazy\" width=\"1024\" height=\"603\" src=\"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_oben-1024x603.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-32\" srcset=\"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_oben-1024x603.jpg 1024w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_oben-300x177.jpg 300w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_oben-768x452.jpg 768w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_oben-1536x904.jpg 1536w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_oben-2048x1206.jpg 2048w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_oben-1200x707.jpg 1200w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_oben-1980x1166.jpg 1980w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><figcaption>Abb 3: Oberseite der fertigen Platine<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img loading=\"lazy\" width=\"1024\" height=\"535\" src=\"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_unten-1024x535.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-33\" srcset=\"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_unten-1024x535.jpg 1024w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_unten-300x157.jpg 300w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_unten-768x401.jpg 768w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_unten-1536x802.jpg 1536w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_unten-2048x1070.jpg 2048w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_unten-1200x627.jpg 1200w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_unten-1980x1034.jpg 1980w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><figcaption>Abb 4: Unterseite der fertigen Platine<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Auf der folgenden Abbildung sieht man den Input f\u00fcr 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 \u00fcber die Trimmpotentiometer eingestellt. Die Frequenzen lie\u00dfen 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 f\u00e4llt die Versorgungsspannung ein wenig ein und verandert somit s\u00e4mtliche Steuerspannung, welche \u00fcber die Spannungsteiler erzeugt wurden.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img loading=\"lazy\" width=\"1024\" height=\"768\" src=\"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_oszi-1024x768.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-34\" srcset=\"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_oszi-1024x768.jpg 1024w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_oszi-300x225.jpg 300w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_oszi-768x576.jpg 768w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_oszi-1536x1152.jpg 1536w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_oszi-2048x1536.jpg 2048w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_oszi-1200x900.jpg 1200w, https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-content\/uploads\/sites\/38\/2021\/03\/VCO_oszi-1980x1485.jpg 1980w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><figcaption>Abb 5: Foto des Oszilloskops &#8211; Test des Sinus-Signals<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Die Entwicklung dieser Komponente verlief ann\u00e4hernd fehlerfrei. Bei dem Schaltplan der Platine fehlt ein 500 Ohm Widerstand, welcher zwischen Schmitttrigger und Basis der Bipolartransistoren liegen m\u00fcsste. Dieser dient der Strombegrenzung, um die Transistoren nicht zu zerst\u00f6ren und kann im Falle der verwendeten Bauteile gl\u00fccklicherweise vernachl\u00e4ssigt werden. Der Widerstand R3 (Abb 1) sollte durch ein Potentiometer ersetzen werden, welches die Verzerrung der Kabel zu den Kn\u00f6pfen kompensiert. Weiterhin ist es sinnvoll eine extra Platine fur die Kn\u00f6pfe zu erstellen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Diese Platine hat die Aufgabe, f\u00fcr jede Taste des Synthesizers einen Sinus mit einer denierten Frequenz zu generieren. Hierf\u00fcr ist die Schaltung in drei gro\u00dfe Teile geteilt: die Generierung einer denierten Spannung pro Taste die Erzeugung eines Dreieck-Signals mit denierter Frequenz, basierend auf der Spannung D\u00e4mpfung der hohen Frequenzen des Dreiecks, um einen Sinus zu [&hellip;]<\/p>\n","protected":false},"author":121,"featured_media":0,"parent":0,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/28"}],"collection":[{"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-json\/wp\/v2\/users\/121"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=28"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/28\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":35,"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/28\/revisions\/35"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-synth-523\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=28"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}