VCO de diente de sierra y fuente de corriente para sintetizador modular

Estoy confundido acerca de cómo derivar una expresión para la frecuencia de la onda de diente de sierra en la salida de U3.

La frecuencia está determinada por la corriente que sale del colector de Q2. Esta corriente carga C3 hasta que Vcomprefse alcanza. Entonces el comparador disparará y descargará C3.

El voltaje a través de C3 está determinado por

  V = Ic(Q2)*t/C3.

Ya que descargas a Vcomprefla frecuencia es:

  f = Ic(Q2) / (VcompRef * C3)

Con los valores de su esquema, Ic (Q2) alcanzará su punto máximo en algún lugar en VCC / Rref o 120 µA. Reemplazando esto en la ecuación anterior da una frecuencia máxima de:

  f = 120µA / (1.5V * 10nF) = 8000Hz.

Esta es la frecuencia con la que debe obtener Vcona 0V. Con el aumento, Vconla frecuencia caerá porque fluirá más corriente a través de Q1 que de Q2. La naturaleza inversora de U1 asegura que obtenga la respuesta positiva que desea para las aplicaciones de sintetizador.

Para reducir la frecuencia tienes dos opciones:

1. Aumentar C3. Si duplica C3, la frecuencia se reducirá en un factor dos. Sin embargo, el valor que ha elegido es razonable y lo dejaría así.

2. Disminuya la corriente en el colector Q2. Esto se hace aumentando Rref. Prueba con 1 megaohmio para empezar.

Sin embargo, más importante es un problema de diseño en torno a su comparador:

Estás trabajando sin ninguna histéresis. Eso significa que no está garantizado que el comparador descargue completamente su capacitor de tiempo C3.

El comparador se encenderá (y descargará C3) tan pronto como Vcomprefse alcance y se apagará tan pronto como la señal caiga por debajo de Vcompref. Lo que quieres es descargar C3 hasta 0V más o menos.

La única razón por la que su circuito funciona de alguna manera es el retraso de propagación de su comparador junto con R3 y la capacitancia de entrada del comparador parásito que funciona como un pequeño retraso.

Agregue una resistencia de la salida del comparador a la entrada no inversora del comparador. Esto da una retroalimentación positiva y se asegurará de que el comparador permanezca encendido hasta que el voltaje de C3 caiga en una cantidad significativa. La relación de esta resistencia y R3 definirá la cantidad de histéresis. R3 parece ser demasiado pequeño por cierto, esperaría un valor de 10k más o menos.

Arreglar esto probablemente también resolverá su problema de alta frecuencia. Esperaría que la frecuencia que está obteniendo no sea el VCO sino el comparador que oscila alrededor Vcompref.

Además, el oscilador tiende a disminuir en frecuencia con el tiempo, y aún no he detectado qué componente es responsable de esto. ¿Tienes alguna idea sobre esto?

¡Sí! Dependencia de la temperatura.

Esto es bastante difícil de controlar y es una de las partes más difíciles en el diseño de VCO.

Está utilizando una matriz CA3086 para el convertidor expo: este chip no garantiza la coincidencia del par de transistores, también podría coincidir. Solo se garantiza un par coincidente en el arreglo CA3046. ¡El mismo pinout! Si luego descubre que no puede marcar una buena respuesta de 1 voltio/octava, cambie el chip a CA3046.

Oh, ¿has conectado correctamente el pin de sustrato del CA3086 (pin 13)? Debería estar en algún lugar entre -2 y -5V.

Además, ha mencionado que una de sus resistencias depende de la temperatura. ¿Cuál y qué tipo de coeficiente de temperatura tiene?

Dado que ya está utilizando la matriz CA30x6, es posible que desee ver cómo Bob Moog resolvió el problema: usó uno de los transistores como sensor de temperatura y otro transistor como calentador para mantener la matriz de silicio a una temperatura constante por encima del ambiente. (45°C más o menos). Esto resuelve el problema sin resistencias de compensación de temperatura (Google Moog Prodigy Schematic).

Y finalmente: en su VCO me falta la resistencia de compensación de Franco. Esta resistencia, normalmente de 680 ohmios, está en serie con el condensador de temporización C3 y compensa el tiempo finito que tarda en descargarse C3. Desea esta resistencia, de lo contrario, su oscilador se desinflará en octavas más altas.

Apuesto a que muchos de ustedes han trabajado con diseños similares.

¡Sí! Un VCO basado en un convertidor expo CA3046 está en mi escritorio ahora mismo haciendo pruebas de estabilidad de sintonización durante la noche :-)

¿El circuito del medio, que involucra a Q1, Q2, D1 y U2, es un convertidor lineal a exponencial? (Entonces, la respuesta es algo así como 1 octava por voltio en lugar de algo así como 100 Hz por voltio). De lo contrario, no puedo imaginar su propósito.

U1 parece ser un inversor: Vcon = -(Rf/Rc) Vc. creo que VB es 2/3 de Vcon.

Q1 y Q2 parecen ser un amplificador de diferencia (como la entrada a un amplificador operacional). eso significa que la diferencia entre las corrientes que fluyen hacia los colectores de Q1 y Q2 son proporcionales a la diferencia de voltaje en sus bases, que es VB-0. U2 actúa de esa manera, utilizando una retroalimentación negativa que mantiene Vref en 0. Eso significa que la corriente que fluye hacia el colector de Q1 es una VCC/Rref constante.

entonces parece que la corriente que fluye hacia Q2 y sale de C3 es proporcional a VB con alguna compensación relacionada con VCC/Rref, pero tengo que revisar cómo hacer amplificadores de diferencia para averiguar cuál es la proporcionalidad. no parece ser un amplificador exponencial, a menos que esté malinterpretando el papel de D1.

esta corriente que entra (o sale) de C3 determina la velocidad de rampa del VCO y es directamente proporcional a la frecuencia. U4 sirve como comparador y cuando rampaOut excede VcompRef, entonces J1 se encenderá y descargará C3. luego la rampa comienza de nuevo.

a menos que ese circuito Q1, Q2 tenga un mejor propósito que solo un amplificador de diferencia, no veo por qué está allí en absoluto.