Práctica. Capítulo 5.

CAPITULO 5. Construcción de un VCO.

El artículo anterior trataba de los circuitos teóricos utilizados en el VCO. Este artículo abarca la selección de componentes y la construcción práctica del módulo VCO, tras lo cual se describen las pruebas y el ajuste del VCO. Dado que la calidad del VCO determina en última instancia el rendimiento del sintetizador, merece la pena dedicar una cantidad nada desdeñable de tiempo y esfuerzo a este módulo.

Se debe tener cuidado en la elección de los componentes y en la construcción del VCO, si se quiere obtener un rendimiento fiable. Se aplican los mismos comentarios generales que se hicieron anteriormente con respecto a la calidad de los componentes. Además, deben tenerse en cuenta los siguientes puntos:

  1. Condensador C2. El condensador C2 debe ser de baja fuga, preferiblemente MKM o equivalente.
  2. Los transistores T1 a T3 deben probarse, como se explicará más adelante.
  3. Los diodos D3 y D4 deben estar emparejados. Es importante que el transistor de restablecimiento T1 de la sección del CCO se seleccione para una corriente de fuga baja, ya que una corriente de fuga excesiva significa que se pierde corriente de C2 y que el CCO no es lineal a bajas frecuencias. La configuración de prueba para T1 se muestra en la figura 1.

Fig.1

El transistor PNP T8 se puede utilizar como segundo transistor del circuito, o se puede utilizar cualquier transistor similar. El medidor puede ser un multímetro ajustado al rango de 1 mA. La base de T8 se deja inicialmente en circuito abierto para comprobar que no tiene fugas. El medidor debe indicar cero. A continuación, se conecta la base de T8 a la línea de 0 V mediante una resistencia de 100 k para comprobar que tiene la ganancia de corriente adecuada. La base de T8 se conecta entonces al colector de T1. Cualquier corriente de fuga a través de T1 será amplificada por la ganancia de corriente de T8 para dar una deflexión en el medidor. Sólo si el contador marca cero, la corriente de fuga de T1 es suficientemente baja.

Por último, se puede comprobar la ganancia de corriente de T1 conectando su base a +5 V mediante una resistencia de 2k2, cuando el medidor debería mostrar de nuevo la deflexión a escala completa.

Los FET T2 y T3 se pueden probar utilizando el circuito dado en el capítulo 3 para probar los FETs en la interfaz del teclado. A excepción del circuito de la interfaz del teclado, los FET que muestren un Us en el circuito de prueba inferior a 0,5 V no son adecuados para el VCO. Sin embargo, los FET que han sido rechazados para la interfaz del teclado porque su valor de Us era demasiado alto, pueden utilizarse en el VCO si el valor de Us está entre 1,6 V y 2 V. Para FET con valores de Us entre 0,5 y 1,5 V, las resistencias de fuente R17 y R20 deben seleccionarse de la tabla 1 del capítulo 3. Los diodos D3 y D4 deben comprarse como un par emparejado o, si se dispone de varios diodos del tipo correcto, puede seleccionarse un par emparejado de forma razonable midiendo la caída de tensión hacia delante frente a las características de corriente hacia delante de los diodos y seleccionando el par que sea más similar.

Construcción.

Una vez seleccionados estos componentes críticos, puede comenzar la construcción del VCO. En la placa de circuito impreso, el VCO se divide en dos secciones funcionales: el convertidor exponencial y el CCO, cuyo circuito completo se muestra en la figura 2a, y la sección formadora de la curva, cuyo circuito completo se muestra en la figura 2b.

 Fig.2a

Estos dos circuitos son la combinación de todos los circuitos parciales que se discutieron anteriorment. La sección del oscilador ocupa el tercio superior de la placa, mientras que el resto de la placa contiene los circuitos formadores de la curva. Para evitar la interacción entre las dos secciones del circuito, cada una tiene conexiones separadas de alimentación y tierra. La única conexión entre ellos se encuentra en la fuente de T3, que es la salida CCO (punto A en las figuras 2a y 2b). El montaje de la placa no plantea problemas particulares, el único punto a tener en cuenta es que en esta etapa C13, R26, R27, R42, R43, R54, y el enlace que une el pin 4 de IC3 a la puerta de T2, se omiten para fines de prueba.

Fig.2b

Prueba y ajuste.

La primera prueba consiste en comprobar que el CCO funciona, para lo cual se conecta una resistencia de 1 M entre la puerta de T2 y -15 V para que actúe como fuente de corriente para el CCO. La salida del CCO se puede monitorizar con un osciloscopio en el punto A. Si el oscilador no arranca, se puede ajustar P10 hasta que lo haga. Probablemente se comprobará que el oscilador se detiene a medida que el deslizador de P10 se acerca a sus dos posiciones extremas, y P10 debe ajustarse a medio camino entre las posiciones en las que cesa la oscilación. En esta etapa, la frecuencia del oscilador debe ser de alrededor de 1 kHz, y la forma de onda no será un diente de sierra perfecto, pero mostrará una curvatura exponencial debido a la resistencia 1M que se utiliza en lugar de una fuente de corriente constante. Una vez que el CCO se ha comprobado, la resistencia 1M se puede quitar y el CCO conectado al convertidor exponencial soldando en el enlace entre el pin 4 de IC3 y la puerta de T2.

Con los deslizadores de P2, P3 y P8 a cero voltios y la entrada KOV (CV) conectada a tierra, ahora debería ser posible variar la frecuencia del VCO ajustando P1. Si el convertidor exponencial funciona correctamente, la forma de onda en el punto A debería ser un diente de sierra perfecto. Una vez que el VCO funciona de forma fiable en todo el rango audible, P1 debe girarse completamente en sentido contrario a las agujas del reloj y el potenciómetro de offset P8 debe ajustarse hasta que el límite de frecuencia inferior (sin otra tensión de control que la de P8) sea de unos 15 Hz. Este ajuste no necesita ser extremadamente preciso.

Convertidor de forma de onda.

El ajuste de la forma de onda comienza con la sección del convertidor de dientes de sierra espaciados. P11 ajusta el nivel de “calidad» de la forma de onda, que afecta a la calidad tonal. El ajuste es una cuestión de gusto, pero como orientación, la amplitud pico a pico de la forma de onda, vista en el punto S3a, debe ser de unos 3V. A continuación, se puede ajustar el convertidor triangular (T4, T5). La simetría de la forma de onda triangular viene determinada por el emparejamiento de los diodos D3 y D4. P12 puede compensar ligeros desajustes en estos diodos, pero si el grado de desajuste es grande la única respuesta es un par de diodos mejor emparejados. La forma de onda de salida debe ser monitoreada en el punto S5a con P12 en su posición media, y P12 debe ser girado hacia un lado u otro para obtener una forma de onda triangular simétrica. Si las muescas son evidentes en los picos de la forma de onda triangular (especialmente notable a altas frecuencias), entonces el condensador C13 debe ser añadido. El valor de 1nF se da como orientación, pero C13 debe elegirse preferiblemente de forma experimental para obtener el mejor compromiso entre la eliminación de las muescas y la atenuación de la señal a altas frecuencias.

Una vez que la forma de onda triangular es satisfactoria, se puede ajustar el convertidor sinusoidal. Idealmente, los diodos D5 y D6 también deben ser un par emparejado con el fin de garantizar la simetría de la forma de onda sinusoidal. Sin embargo, un par aleatorio de 1N4148 o 1 N914 generalmente resultará ser un emparejamiento lo suficientemente cercano en la práctica. La pureza de la onda sinusoidal se ajusta visualmente mediante el control de la forma de onda en el punto S6a y variando la resistencia de P13 para obtener los mejores resultados. La salida del convertidor sinusoidal puede compararse con la salida sinusoidal de un generador de señales, si se dispone de él, o con una curva sinusoidal trazada en papel cuadriculado. A los puristas les puede gustar ajustar la distorsión mínima utilizando un distorsionómetro, aunque el procedimiento de ajuste más simple es adecuado desde un punto de vista musical. El objetivo de este ajuste es ajustar los trimmers P14 y P15 de forma que el rango de ajuste de P varíe el ciclo de trabajo del 1% al 99%. El procedimiento de ajuste es el siguiente:

1) Ajustar 14 hasta que la tensión de su cursor sea de – 5,5 V, y ajustar P15 a la máxima resistencia.

2) Conectar el voltímetro a la salida de IC6 y monitorizar la señal PWM en el punto S2a con un osciloscopio.

3) Ajustar P5 para dar primero la máxima (aprox. 99%) y luego la mínima anchura de pulso (aprox. 1%) de la señal PWM, y anotar la tensión de salida de IC6 para estas dos condiciones: Vmax = tensión para la anchura de pulso máxima, Vmin = tensión para la anchura de pulso mínima.

4) Gire el cursor de P14 a cero voltios y el cursor de P5 a la tensión máxima. Ahora use P15 para ajustar el voltaje de salida de IC6 para que sea igual a la diferencia entre los dos valores previamente anotados V max y V min, es decir, Vo IC6 = Vmin – Vmax. El voltaje de salida de IC6 será negativo ya que está conectado como un amplificador inversor.

5) Ajuste P14 a masa para dar el máximo ancho de pulso (99% del ciclo de trabajo) de la señal de salida. Cuando el cursor de P5 se pone a cero voltios el ancho de pulso debe ser mínimo (1 % de ciclo de trabajo). Esto completa el ajuste de la etapa PWM. Los oscilogramas de todas las formas de onda se muestran en las fotos 1 a 7.

Sumador de salida.

Una vez ajustadas las distintas secciones del convertidor de forma de onda, se pueden seleccionar las resistencias de entrada del sumador de salida (R26 , R27, R42, R43 y R54). Se conecta un potenciómetro de 250 k en lugar de cada resistencia, y la amplitud pico a pico de la forma de onda correspondiente se ajusta a unos 2,5 V en la salida EOS. A continuación, se mide la resistencia del potenciómetro y se sustituye por una resistencia fija del valor preferido más próximo del rango E24.

Panel frontal.

En la figura 3 se muestra la disposición del panel frontal del VCO. Las tres entradas, FM, ECV y PWM están en la parte superior del panel, con el interruptor (S1) para seleccionar entre ECV y KOV montado debajo. El potenciómetro P3, que controla la profundidad de modulación FM, está montado debajo de la toma de entrada FM, mientras que P4 y P5, que controlan la profundidad de modulación de ancho de pulso y el ciclo de trabajo respectivamente, están montados debajo de la toma de entrada PWM. Los controles de ajuste grueso y fino (P1 y P2) también están agrupados juntos, a la izquierda del panel, mientras que el control de nivel de salida (P6) está agrupado con los interruptores de selección de forma de onda (S2 a S6) y la toma de salida.

  Fig.3

Construcción de los módulos.

Es esencial que los módulos VCO estén apantallados para evitar cualquier captación de interferencias. Para garantizar este apantallamiento y la rigidez mecánica del módulo, la placa de circuito impreso se monta en un soporte de aluminio de 16 o 18 SWG. Las dimensiones del soporte son las de una eurotarjeta grande para que el módulo se adapte a un marco de tarjeta estándar europeo. Una curva en ángulo recto en el borde frontal del soporte permite fijarlo al panel frontal mediante los casquillos de montaje de los potenciómetros. La placa de circuito impreso se monta en el soporte con tornillos M3 y separadores. La foto 8 muestra el módulo terminado.

Ajuste de Voltio/Octava.

El ajuste más importante que se realiza en todo el sintetizador es la configuración de la característica de voltio/octava de los VCO, ya que este ajuste determina la precisión de la sintonización del sintetizador. El método más sencillo requiere el uso de un contador de frecuencia y un voltímetro digital, mientras que el segundo método requiere un generador de señal de audio con una escala de frecuencia calibrada. Antes de comenzar el procedimiento de ajuste, se debe aplicar alimentación al VCO durante varios minutos para permitir que la temperatura (especialmente de IC3) se estabilice. Para ajustar el VCO utilizando el contador de frecuencia y el DVM, todas las entradas y controles del sumador de entrada del VCO se ajustan a cero voltios y P9 se ajusta en su posición central. El contador de frecuencia se conecta a la salida del VCO y el DVM al cursor de P1. Con P1 girado completamente en sentido antihorario, el contador de frecuencia leerá alrededor de 15 Hz, que se ajustó previamente mediante P8. P1 se gira ahora lentamente en el sentido de las agujas del reloj hasta que el DVM lea 1V, cuando la frecuencia del VCO debería ser el doble de lo que era con P1 a cero, por ejemplo, si la frecuencia cero era exactamente 15 Hz, la frecuencia debería ser ahora exactamente 30 Hz. Por supuesto, inicialmente este no será el caso, y se requerirá algún ajuste de P7. P1 se gira entonces hasta que su voltaje sea exactamente 2 V, cuando la frecuencia del VCO debería ser cuatro veces la frecuencia del voltaje cero, por ejemplo 60 Hz. Este procedimiento se repite en pasos de 1V en todo el rango de P1, comprobando que se obtiene la frecuencia correcta en cada paso. Así, si 0V = 15Hz, entonces 1V = 30 Hz, 2V = 60 Hz, 3V = 120 Hz, etc. P7 se ajusta para obtener la mayor precisión posible en la gama de frecuencias más amplia. A frecuencias altas (superiores a 3 kHz), se puede utilizar P9 para corregir cualquier desviación de la característica de 1 voltio/octava. Para ajustar el VCO utilizando el método de la nota de compás, las salidas de un oscilador de audio y el VCO deben alimentarse en los canales izquierdo y derecho de un amplificador estéreo, o a través de un mezclador de audio en un amplificador mono, de modo que las notas de compás puedan escucharse a través de los altavoces. El VCO se conecta a la salida KOV (CV) del teclado previamente calibrado. El oscilador de audio se ajusta a una frecuencia entre 400 y 500 Hz, y la sintonización principal del teclado se desconecta.

A continuación, se pulsa la nota superior del teclado y se ajustan los controles de afinación del VCO, P1 y P2, hasta que el oscilador de audio y el VCO estén afinados con compás cero. A continuación, se pulsa la tecla una octava más baja, cuando se oirá una nota disonante o muy rápida. A continuación, se ajusta P7 hasta que se obtenga un batido cero entre el oscilador de audio y la nota del VCO una octava más baja. Se vuelve a pulsar la tecla superior, cuando se descubrirá que, debido al ajuste de P7, se oye de nuevo una nota batida. Utilizando los controles de sintonización del VCO, reajuste para obtener un batido cero y, a continuación, pulse la tecla una octava más baja, que ahora estará ligeramente desafinada debido al ajuste de los controles de sintonización del VCO. Por lo tanto, P7 debe reajustarse para obtener un pulso cero.

Este procedimiento se repite varias veces hasta que el oscilador esté perfectamente afinado tanto con la nota superior como con la nota una octava inferior. A continuación, se comprueba la afinación dos octavas y tres octavas por debajo del Do superior y, si es necesario, se reajusta P7 para obtener la mejor afinación en todo el rango del teclado. Para ello, el oscilador de audio se sintoniza a unos 2 kHz, se pulsa la nota inferior del teclado y los controles de ajuste grueso y fino del VCO se ajustan para un tiempo cero. A continuación, se pulsa la tecla una octava más alta y se ajusta P9 a latido cero utilizando la misma técnica que para el procedimiento de ajuste anterior utilizando P7. A continuación, se comprueba la afinación dos octavas y tres octavas por encima del Do inferior. El próximo capítulo se describirá el circuito del filtro controlado por tensión (VCF). Se trata de un filtro controlado por tensión exponencial, multimodal, con cuatro funciones y factor Q variable.

 

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