{"id":25,"date":"2021-02-01T13:51:46","date_gmt":"2021-02-01T12:51:46","guid":{"rendered":"http:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-mo-synth-471\/?page_id=25"},"modified":"2021-02-21T18:46:06","modified_gmt":"2021-02-21T17:46:06","slug":"modul-1-oszillator","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-mo-synth-471\/modul-1-oszillator\/","title":{"rendered":"Oszillator"},"content":{"rendered":"\n
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Abbildung 1:Blockschaltbild der Oszillatorplatine<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Das Blockschaltbild beschreibt Die Verschaltung auf der Platine.<\/p>\n\n\n\n

Modulare Synthesizer verwenden h\u00e4ufig analoge Oszillatoren als Tonquelle, die sp\u00e4ter weiter verarbeitet wird. Auch im Falle dieses Projektes verwenden wir diese. Um etwas mehr Vielseitigkeit f\u00fcr die
Tonsynthese zu haben, wurden die folgenden drei von einander unabh\u00e4ngigen Tonquellen festgelegt:<\/p>\n\n\n\n

  • Astabiler Multivibrator<\/li>
  • Wien-Robinson-Oszillator<\/li>
  • Noise-Generator<\/li><\/ul>\n\n\n\n

    Der Astabile Multivibrator ist die Quelle f\u00fcr ein Rechteck- und ein Dreiecksignal. Er verf\u00fcgt \u00fcber eine einstellbare Frequenz, eine Einstellung f\u00fcr den Tastgrad und die M\u00f6glichkeit der Frequenzeinstellung
    \u00fcber eine CV<\/em>-Signal mittels eines Vaktrols als spannungsgesteuerten Widerstand. Die Steuerung der Frequenz kann per Kippschalter zwischen Potentiometer und CV<\/em>-Signal umgeschaltet werden.<\/p>\n\n\n\n

    Der Wien-Robinson-Oszillator ist eine diodenstabilisierte Sinusquelle. Auch dieser Oszillator verf\u00fcgt \u00fcber eine Frequenzeinstellung per Potentiometer.<\/p>\n\n\n\n

    Der Noise-Generator erzeugt je nach Transistor nahezu wei\u00dfes Rauschen (ein Rauschen in dem idealerweise alle Frequenzanteile mit gleicher Amplitude vertreten sind).<\/p>\n\n\n\n

    Um die Ausgangsspannungen der Tonquellen abzugleichen und auf den verwendeten Eurorackstandard von 10 V Amplitude befinden sich an den Ausg\u00e4ngen zus\u00e4tzlich noch invertierende Verst\u00e4rker, die vor Betriebnahme eingestellt werden.<\/p>\n\n\n\n

    Schaltpl\u00e4ne<\/h2>\n\n\n\n

    Astabiler Multivibrator<\/h3>\n\n\n\n
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    Abbildung 2: Schaltbild eines astabilen Multivibrators (Erstellt mit EAGLE)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

    Der Astabile Multivibrator ist ein Oszillator mit einem Rechteck-Signal-Ausgang. Im Prinzip ist der Operationsverst\u00e4rker als Komparator verschaltet. Der Kondensator C3<\/code> wird je nach dem ob
    der Komparator auf HI<\/code> oder LOW<\/code> steht geladen oder entladen.<\/p>\n\n\n\n

    Mit dem Potentiometer P2 kann die Frequenz des Oszillators eingestellt werden, in dem der Threshold f\u00fcr die Umschaltung des Komparators ver\u00e4ndert wird. Dementsprechend w\u00fcrde eine Ver\u00e4nderung der Kapazit\u00e4t
    C3<\/code> zu einer Ver\u00e4nderung des Frequenzbereichs f\u00fchren, was aber f\u00fcr unseren Fall nicht n\u00f6tig ist.<\/p>\n\n\n\n

    Durch eine Ver\u00e4nderung von P1 kann das Potential im nicht-invertierenden Eingang des Komparators ver\u00e4ndert werden. Das hat zur Folge, dass der Tastgrad des Rechteck-Signals ver\u00e4ndert wird. Allerdings wird durch die \u00c4nderung der Rise-Time auch die Frequenz ver\u00e4ndert.<\/p>\n\n\n\n

    Mit dem Schalter S1<\/code> kann zwischen dem Potentiometer P2<\/code> und einem Fotowiderstand U1<\/code> gewechselt werden. Der Photowiderstand kann der Ausgang eines Vactrols sein, wodurch die
    Frequenz des Oszillators durch eine Control Voltage steuerbar werden kann.<\/p>\n\n\n\n

    Am invertierenden Eingang des Operationsverst\u00e4rkers kann zudem ein Dreieck-Signal abgegriffen, was der Lade- und Entladespannung des Kondensators entspricht.<\/p>\n\n\n\n

    F\u00fcr die LTSpice-Simulationen von Oszialltoren die auf dem Prinzip der Astabilit\u00e4t beruhen, ist es wichtig, am Anfang eines AC-Analysis einen DC-Impuls in das System zu geben. In der Realit\u00e4t schaltet der
    Komparator bei (t=0) zuf\u00e4llig auf HI<\/code> oder LOW<\/code> durch Rauschen. In LTSpice ist der Komparator allerdings ideal und nicht rauschbehaftet. Um dennoch einen definierten Zustand bei (t=0) zu
    haben nutzen wir den DC-Impuls.<\/p>\n\n\n\n

    Beide Ausg\u00e4nge gehen dann in Verst\u00e4rkerstufen \u00fcber, in denen der Ausgangssignalpegel angepasst werden kann.<\/p>\n\n\n\n

    Wien-Robinson-Oszillator<\/h2>\n\n\n\n
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    Abbildung 3: Schaltbild einer Wien-Robinson-Br\u00fccke (Erstellt mit EAGLE)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

    Der Wien-Robinson-Oszillator basiert auf einem einem Verst\u00e4rker mit einem RC-Netzwerk im Feedback-Loop. Hierbei verst\u00e4rkt der Operationsverst\u00e4rker bei (t=0) Rauschen. Das RC-Netz sorgt daf\u00fcr, dass die Phase des Signals verschoben wird und Signalanteile au\u00dferhalb der Resonenzfrequenz des RC-Netzes ged\u00e4mpft werden. Damit es eine Resonanzfrequenz gibt, wird in diesem Fall ein Filter 2. Ordnung verwendet.<\/p>\n\n\n\n

    Die Frequenz des Oszillators l\u00e4sst sich durch die Verstellung des Stereopotentiometers P3<\/code> einstellen. Dadurch ver\u00e4ndert sich die Zeitkonstante.<\/p>\n\n\n\n

    R12<\/code>, D1<\/code> und D3<\/code> haben die Aufgabe die Verst\u00e4rkung des Operationsverst\u00e4rkers zu kontrollieren, sodass sie immer bei 1 liegt.<\/p>\n\n\n\n

    Anstatt des vorher verwendeten TL074<\/code> wird in diesem Fall ein LM324N<\/code> verwendet. Auch wenn die Simulation mit dem TL074<\/code> gelang, stellte sich in der Realit\u00e4t heraus, dass sich das System mit ihm nicht zum Schwingen bringen l\u00e4sst. Dies k\u00f6nnte dem dem Tiefpassverhalten des Operationsverst\u00e4rkers zusammenh\u00e4ngen. Mit dem LM324N<\/code> funktionierte es jedoch.<\/p>\n\n\n\n

    Auch f\u00fcr diese Simulation wird f\u00fcr (t=0) wieder ein DC-Impuls gebraucht.<\/p>\n\n\n\n

    Der Ausgang des Oszillators geht au\u00dferdem ebenfalls in eine Verst\u00e4rkerstufe zur weiteren Anpassung.<\/p>\n\n\n\n

    Noise-Generator<\/h2>\n\n\n\n
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    Abbildung 4: Schaltbild des Noise Generators (Erstellt mit EAGLE)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

    Der Noise-Generator funktioniert im Kern mit einem Transistor (T2<\/code>) der ein Rauschen erzeugt und einem Transistor (T1<\/code>) der das Rauschen verst\u00e4rkt.<\/p>\n\n\n\n

    T2<\/code> wird in Reverse-Bias-Mode betrieben, also mit einem h\u00f6heren Emitterpotential. Das Kollektorbeinchen bleibt unverbunden, bzw. kann abgetrennt werden.<\/p>\n\n\n\n

    T1<\/code> verst\u00e4rkt das Rauschen, wobei R16<\/code> die Verst\u00e4rkung von `T1` bestimmt.<\/p>\n\n\n\n

    C10<\/code> sorgt im Feedback Loop f\u00fcr eine bessere Verst\u00e4rkung.<\/p>\n\n\n\n

    Der Ausgang des Noise-Generators geht auch in diesem Fall wieder in die Verst\u00e4rkerstufe \u00fcber.<\/p>\n\n\n\n

    Peripherie<\/h2>\n\n\n\n

    Verst\u00e4rkerstufen<\/h3>\n\n\n\n
    \"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n
    \"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n
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    Abbildung 5: Schaltbilder der Ausgangsverst\u00e4rker und Spannungsfolger (Erstellt mit EAGLE)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

    Hinter jedem Ausgangssignal der Ton-Generatoren befindet sich invertierende Verst\u00e4rker, die mit Trimmpotentiometern eingestellt werden k\u00f6nnen. Hinter jedem invertierenden Verst\u00e4rker befindet sich au\u00dferdem noch jeweils ein Spannungsfolger, der verhindert, dass der Ausgang die Generatoren belastet.<\/p>\n\n\n\n

    Spannungsversorgung<\/h3>\n\n\n\n