Fleuril – VCO

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Sull’ argomento VCO non c’ è molto da inventare, la tecnica è sempre la stessa: un integratore pilotato da una corrente continua, che viene resettato quando la rampa ha raggiunto un certo livello di tensione.

Come sempre la difficoltà sta nello stabilizzare in temperatura la coppia di transistor del convertitore esponenziale, dato che è difficile reperire delle TEMPCO e sostituire queste ultime con delle NTC non garantisce risultati di rilievo. Alla fine mi sono affidato ad un circuito attivo utilizzando un moltiplicatore analogico.

Schema

  •  Tensioni di riferimento

Ho preferito usare un reference che utilizzare le tensioni di alimentazione, per motivi di stabilità in temperatura dato che le tensioni generate vengono usate come riferimento, sia del convertitore esponenziale che del moltiplicatore.

  • VCO

Il convertitore esponenziale è formato da TR2 e U6D, l’ integratore da U4, il circuito di reset da U3. Come si vede sono presenti due ingressi, uno per la modulazione lineare della frequenza, e uno per il sincronismo. Per avere una buona stabilità in frequenza e in temperatura occorre che il condensatore C2 sia almeno un policarbonato.

I quattro operazionali U1A-U1B-U2A-U2B, servono a generare le tre forme d’ onda : rampa, quadra, e pwm.

Le parti rimanenti servono per la stabilizzazione in temperatura del convertitore esponenziale.

Circuito di stabilizzazione

Tutto è basato sull’ utilizzo di U5, un moltiplicatore analogico a quattro quadranti, la funzione di trasferimento, in questo impiego, è:

V_{o}=\frac{\left ( X1-X2 \right )\left ( Y1-Y2 \right )}{10}

dove:

  • X1 è la tensione di controllo (CV)
  • X2 è collegato a massa 0V
  • Y1 è la tensione di riferimento a 10V (Vref)
  • Y2 è la tensione proporzionale alla temperatura (Vder)

Si può quindi riscrivere la formula:

V_{o}=\frac{CV\left ( Vref-Vder \right )}{10}

Quindi in assenza di deriva termica Vder = 0, e essendo Vref = 10, l’ uscita corrisponde a CV. Se Vder assume valori positivi allora la tensione di uscita diminuisce, al contrario aumenta se Vder assume valori negativi.

Il circuito che rileva le variazioni di temperatura è formato da U6C e TR2B, è importante che i transistor del convertitore esonenziale e quello che misura le variazioni di temperatura siano sullo stesso chip, per questo motivo si usa un transistor array.

TR2B viene polarizzato in modo che all’ uscita del circuito vi siano circa 0V (Vbe ≈ 0,6V), la variazione di 1°C farà variare di circa 2mV la Vbe e di conseguenza l’ uscita del circuito, circa 3300-3400ppm/°C (0,33-0,34%). Occorre che questa variazione sia rapportata alla tensione di riferimento del moltiplicatore:

Vder=\frac{Vref\cdot 0,33}{100}=0,033

Quindi ogni circa 2mV di variazione della Vbe devono corrispondere 33mV di variazione della tensione inviata al moltiplicatore:

Av_{U6B}=\frac{33mV}{2mV}\approx 16,5

Tramite PT2 si ottiene una regolazione dell’ intervento della correzione.

Note sulla taratura

La taratura va eseguita a una temperatura ambiente di circa 25°C, con il trimmer PT2 a circa metà scala. Va tarata l’ accordatura mediante PT1.

A questo punto occorre poter fare salire la temperatura ambiente di 10-15°C, e correggere la deriva tramite PT2. Fatto questo si riporta la temperatura a 25°C e si ripetono le operazioni. Purtroppo questa sequenza può dovere essere ripetuta più volte, fino ad ottenere la variazione minima possibile e l’ accordatura migliore.

Considerazioni finali

Il vantaggio di questo circuito è sicuramente la buona stabilità in temperatura, di contro c’ il costo piuttosto elevato del moltiplicatore analogico e la taratura. Sicuramente il sistema ideato da Jim Patchell (che ho descritto in un articolo su questo blog) è molto più immediato da tarare ed ha un costo veramente basso. Per me è stato un esperimento ma non seguirò più questa strada.

Un’ altra cosa che non depone a favore è l’ assenza di un selettore di ottava, e le regolazioni della frequenza sono troppo “da laboratorio”, quello che servono davvero sono controlli con cui si possa intervenire in tempo reale, senza dovere usare l’ oscilloscopio.

Anche la mancanza di un vero Waveshaper è un punto a sfavore.

Documentazione e foto

Lo schema elettrico (.PDF)

Una vista dei pannelli di tre VCO:

La scheda: