Zaloguj się
Wszystkie
28 listopada 2025
34
Wiele wczesnych syntezatorów korzystało z dość prostych oscylatorów, na przykład relaksacyjnych (Stylophone i Trautonium) czy LC w.cz., sterowanych przez zmienne sprzężenie pojemnościowe (jak w Thereminie). Czytelnik zapewne widział też schematy prostych syntezatorów opartych na układzie NE555 i szereg rezystorów o różnych, specyficznie dobranych wartościach, które są włączane przyciskami w jego obwód oscylacji celem zmiany częstotliwości. Równie łatwo można zrealizować oscylator RC na bazie mostka Wiena, z przełączaną i/lub regulowaną rezystancją. Sprawdza się to w prostych instrumentach o ograniczonych możliwościach regulacji. Jeśli jednak celem Czytelnika byłaby budowa potężnego syntezatora dźwięku, to niezbędny okazałby się oscylator o częstotliwości kontrolowanej napięciowo. Sam oscylator to nie wszystko, potrzebny jest bowiem dodatkowy układ konwersji napięcia wejściowego na przebieg przestrajający oscylator. Sekret kryje się w zasadzie działania sygnału sterującego (CV).
Napięcie kontrolne i niezbędna konwersja
W syntezatorach modularnych przyjęto format napięcia sterującego CV o zakresie 10 V z regułą zmiany częstotliwości o oktawę co 1 V. Zatem liniowa zmiana napięcia sterującego powinna powodować wykładniczą zmianę częstotliwości oscylatora. Oscylatory jednak same operują liniowo, więc aby podwoić częstotliwość trzeba też podwoić napięcie. W efekcie typowy oscylator sterowany napięciem, by mieć pokrycie zakresu dla ośmiu oktaw, potrzebowałby napięcia sterującego sięgającego na przykład od 1 V do 128 V. Oczywiście można to skalować, np. do 0,1 V...12,8 V, co już byłoby akceptowalną sytuacją, ale pojawiłby się wtedy problem z czułością regulacji. Dla pierwszej oktawy potrzeba zmieścić 12 półtonów w zakresie napięć od 100 mV do 200 mV, podczas gdy dla ostatniej oktawy mamy zakres 6,4...12,8 V. Nie jest to praktyczne, szczególnie jeśli chcemy modulować jeden oscylator innym oscylatorem. Rozwiązaniem jest właśnie standard CV, w którym zmiana napięcia o 1 V powoduje dwukrotny wzrost lub spadek częstotliwości. Zatem potrzebny jest obwód zmieniający napięcie sterujące z liniowego na wykładnicze. Przy okazji można dopasować zakres napięć do takiego, jakiego oczekuje sam oscylator.
Proces konwersji napięcia z liniowego na wykładnicze jest relatywnie prosty, jeśli idzie o zasadę działania, ale robi się dość skomplikowany w praktyce. Spójrzmy najpierw na przykładowy schemat przygotowany przez Robina Mitchella ze strony All About Circuits [1], pokazany na rysunku 1. Układ podzielony jest na dwie sekcje: wzmacniacz sumujący i skalujący napięcia sterujące (po lewej) i właściwy konwerter (po prawej). Sumowane są trzy napięcia:
- KEY, czyli sygnał z klawiatury sterującej CV,
- TUNE, czyli napięcie dostrajające oscylator,
- LFO, czyli sygnał z oscylatora niskiej częstotliwości (ale może też być sygnałem z innego VCO).
Wzmacniacz U1B skaluje sumę napięć do wartości 18 mV/V. Sygnał ten trafia na bazę Q1, który wraz z Q2 tworzy parę różnicową. Prąd tej pary stabilizowany jest przez wzmacniacz U2B. Zmiana napięcia na bazie Q1 powoduje zmianę prądu przezeń płynącego, co zmienia napięcie Vce Q2, a co za tym idzie wpływa na prąd płynący przez Q2. Wzmacniacz U1A konwertuje prąd kolektora Q2 na napięcie VEXPO. Proste, prawda?
Diabeł tkwi w szczegółach, a konkretnie w parze tranzystorów Q1-Q2. Na schemacie użyto dwóch oddzielnych tranzystorów połączonych ze sobą termicznie. Autor schematu podkreśla, że elementy te muszą mieć zbliżoną wartość wzmocnienia prądowego β. Nie jest to cała prawda, gdyż tranzystory te powinny być niemal identyczne dla zachowania najlepszej dokładności konwersji. Powiedzmy, że mamy parę, w której jeden tranzystor ma wzmocnienie β równe 150, a drugi 155.
Różnica w prądach takiej pary wyniesie 3,3% i ten błąd będzie rósł wykładniczo wraz ze wzrostem liniowego napięcia sterującego. Dla przykładu, załóżmy napięcie sterujące w zakresie 0...5 V i oscylator o odpowiadającej mu rozpiętości pięciu oktaw. Przy błędzie sparowania tranzystorów w konwerterze na poziomie 3%, przejście od napięcia 0 V do 1 V spowoduje zmianę częstotliwości o jedną oktawę +3%, ale przejście z 1 V do 2 V spowoduje już zmianę o oktawę i 6%. Kolejne błędy będą wynosić 12%, 24%, 48%. To błąd o niemal pół oktawy dla piątego przedziału częstotliwości. Nawet jeśli różnica między tranzystorami wyniesie tylko 0,1%, to w analogicznym przypadku dla wyższych oktaw odstrojenie od pożądanej częstotliwości będzie już słyszalne – w końcu zmiana strojenia instrumentu z 440 Hz na 432 Hz, czyli o –1,82%, jest już wyraźnie słyszalna.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
