Frage zu CS 80 VCO

[revilo]

Hallo Forum,

Ich habe nach der Prinzip Schaltung des Yamaha IG00153
eine Schaltung in LTSpice simuliert und anschliessend auf dem Steckbrett
aufgebaut funktioniert soweit auch. Nur stellt sich mir die Frage wie
ich den VCO linearer hinbekomme. Bei Messungen mit dem Aufbau bekam ich
folgende Resultate.

1 Volt 642 HZ
2 VOlt 1253 Hz
4 Volt 2381 Hz
8 Volt 4360 Hz

Idealerweise sollte sich die Frequenz bei Steuerspannungsverdopplung
auch verdoppeln.

Da sich T ja aus tau plus I zusammensetzt und tau ja immer ca. 30µS
beträgt ergibt sich wohl diese Ungenauigkeit. Hat hierzu jemand eine
Idee? liegt es vielleicht an den OP Amp Typen bzw dararn das ich hier keinen Offset Abgleich durchgeführt habe.
Wie mach das denn der Yamaha Hhip hat er vielleicht 2 Monoflops? Einen mit einem kurzen tau wert zum schalten des Transistors und einen mit dem 30µ tau?

Hat hier jemand eine Idee?


Habe dies Frage auch schon im Microkontroller Forum gepostet.


Schonmal vielen Dank

Gruß Oliver

 

[changeling]

Kennst Du Old Crow's CS-80 VCO Platine?
http://cs80-com.myshopify.com/products/ ... h-pc-board

Keine Ahnung wie die performt, aber damit würde ich es erstmal vergleichen.

 

[ppg360]

Olle Krähe, nicht olle Kuh .

Stephen

 

[revilo]

Kenn ich schon. Habe die Frage auch in die Yamaha CS80 newsgroup gestellt

http://launch.groups.yahoo.com/group/yamahacs80/message/3953

Ich werde hier wohl eine High Frequncy Compensation einbauen müssen.

Gruß

Oliver

 

[changeling]

Olle Krähe, nicht olle Kuh .

Gut aufgepasst, hatte beim editieren (von oldcrow nach Old Crow) doch glatt das R zuviel gelöscht.

@Oliver: D.h. die Old Crow Platine hat dasselbe Problem?
Ich kann zwar nicht helfen, aber wäre toll wenn Du uns up-to-date hältst, wenn Du woanders eine Lösung findest.

 

[revilo]

Hallo,

schlecht ausgedrückt die Seite inklusiv der oszi Bilder kenn ich die Platine hab ich nicht und kann deshalb auch keine Aussage über die Performance machen.
Halte euch aber auf dem laufenden..

Gruß

Oliver

 

[Flub]

Hallo,

Damit der VCO im gewünschten Bereich ( 0-12khz oder so) linearer wird, muss man einen OPAMP mit möglichst hoher slewrate nehmen, um so höher die Frequenz um so mehr fällt die Umschaltzeit ins gewicht...
Auch der Transistor der den Integrierer Kondensator leert, falls das in deiner schaltung so ist, sollte so schnell wie möglich schalten können.
Außerdem ist zu beachten, dass der Opamp seine interene Frequenzkompensation zum verhindern von ungewollten Oszillationen, so angesetzt hat, dass er deinem Frequenzbereich nicht in die Quere kommt. Manche Opamps ermöglichen auch, den kompensierenden Kondensator selbst zu wählen.

Gutes Gelingen!

Gruß,
Flo

 

[elektrouwe]

Hallo,

Damit der VCO im gewünschten Bereich ( 0-12khz oder so) linearer wird, muss man einen OPAMP mit möglichst hoher slewrate nehmen, um so höher die Frequenz um so mehr fällt die Umschaltzeit ins gewicht...
Flo

stimmt bei dieser Schaltung nicht und auch die vorgeschlagene high frequency compensation greift hier nicht ! Diese beiden Vorschläge funktionieren nur
bei open-loop VCOs, also VCOs bei denen ein Schalter den Kondensator in möglichst kurzer Zeit (ent)laden soll, wenn der Sägezahn eine Referenzspannung
erreicht.
Die gezeigte Schaltung hat aber eine Referenzstrom-Gegenkopplung (closed loop). Da ist die Entladezeit absichtlich lang (30us) und konstant, weil der geschaltete 800uA Referenzstrom in der Schleife liegt und somit die Monoflopzeit keine Rolle spielt ! Wer es genau wissen will, dem empfehle ich die geniale VCO application note AN14 von Jim Williams ( der leider 2011 verstorben ist) :
http://cds.linear.com/docs/en/applicati ... /an14f.pdf
Auf Seite 18 wird der Unterschied zwischen open und closed loop VCO erklärt. Auf den Seiten davor findet man echt krasse VCO-schaltungen, natürlich so eher für Messtechnik entwickelt, aber trotzdem extrem lehrreich.
Zurück zum Problem: könnte sein, dass die Schaltungsdimensionierung nicht optimal ist. Vielleicht ist sie auch absichtlich nicht optimal, weil du einen schönen Sägezahn willst ?! Ein closed loop VCO kann aber per Definition keinen idealen Sägezahn machen, weil es immer eine "schräge" Flanke hat, deren Steigung von Iref und CV abhängt, während beim "normalen" open loop VCO diese Flanke möglichst senkrecht sein soll.

 

[revilo]

Zurück zum Problem: könnte sein, dass die Schaltungsdimensionierung nicht optimal ist. Vielleicht ist sie auch absichtlich nicht optimal, weil du einen schönen Sägezahn willst ?! Ein closed loop VCO kann aber per Definition keinen idealen Sägezahn machen, weil es immer eine "schräge" Flanke hat, deren Steigung von Iref und CV abhängt, während beim "normalen" open loop VCO diese Flanke möglichst senkrecht sein soll.

Ich habe an der Schaltung noch gar nichts optimiert. Der Sägezahn hat so eine "schöne" senkrechte Flanke inklusiv 30µs Plateau (siehe Bilder live vom Steckbrett!) Wenn ich den Impuls des Monoflops vergrössere wird auch das Plateau im Sägezahn breiter. Ich baue die Schaltung jetzt mal um und nehme stat eine Tl071 in der Stromsenke mal einen mit weniger offset. (leider habe ich hier ein Dual Opamp genommen) Vielleicht ist ja mein Steuerstrom nicht linear.

Old Crow bekommt sie hier auch schön hin.
http://www.cs80.com/vco.html

Danke für die links zu den Appnotes


Gruß Oliver

 

[elektrouwe]

Old Crow bekommt sie hier auch schön hin.

Das sehe ich nicht so : er hat genau den gleichen 30us Monoflop Puls drin wie du. Verwendest du seinen Schaltplan ? Hab im Netz leider nichts gefunden, weder
Schaltpläne noch technische Daten (linearität). Leider hab ich auch kein original CS-80 Sägezahn-Bild finden können. Nur diesen Hinweis: "..I have a vague recollection of talking to Robert Rich at a bay area AH meeting where he claimed the CS-80 vco triangle output had a glitch that was key to the characteristic sound of the synth..."
Also ich seh das momentan so: der CS-80 VCO-chip produziert einen Sägezahn mit "schräger" statt senkrechter Flanke so wie im Bild des Service manuals, das du oben gepostet hast. Das kommt wie gesagt vom Schaltungsdesign.
Oldcraw verwendet entweder ein charge-pump VCO - nur dann kann die Spannung am Kondensator springen , oder ihr habt beide den selben Bug in der Schaltung,
da die Spannung am Kondensator nicht springen kann , wenn ein Konstantstrom aufgeschaltet wird, sondern sich eben linear ändert.
Würde mich interessieren, ob jemand von Forum das Oldcraw-VCO hat - oder einen CS-80 ?

 

[revilo]

Nein ich benutze nicht den Schaltplan von Old Crow Habe einfach das das "Yamaha prinziple" umgesetzt. DIe Grafik zeigt einen schrägen Sägezahn.

Hier noch eine Skizze vom leider verstorbenen Jürgen Haible http://www.jhaible.de/jh_cs80_vibrato_guess.pdf
Ich habe jetz mal die Steuerspannung der KSQ von 11V auf 14V erhöht (V5 im Schaltplan) Dann bekomm ich einen Sägezahn mit schräger Flanke. Der OPamp U2 tl071 wird jetzt aber sehr warm.
Die linearität muss ich jetzt noch mal prüfen. Jetzt ist die Frequenz natürlich wesentlich höher.Da es jetzt ja mehr als 800µA sind.

Der Austausch des Opamps des Stromsenke brachte minimale Verbesserung. Im nächsten schritt möchte ich den offset mal mit einem Trimmer komplett kompensieren.

 

[Flub]

Oh, ich hatte die schaltung überhaupt nicht angeschaut, sondern einfach nur mal meinen Senf dazu gegeben.
Sorry.

 

[elektrouwe]

Dann bekomm ich einen Sägezahn mit schräger Flanke.

Bingo ! jetzt sieht es aus wie es laut Theorie aussehen muß ! Bestimmt haut es jetzt auch mit der Linearität hin.
U2 wird warm ? mh, komisch; mach doch mal r8 u. R11 hochohmiger.
Das mit dem offset ist ja leicht lösbar. Du bist also nicht mehr weit weg vom Ziel

 

[revilo]

Steh gerade auf dem schlauch mir dem offset!!
Pin 1 und 5 über 10k poti an minus eingänge kurschliessen und dann auf 0 volt so geht das doch. habe ich gemacht habe aber am Ausgang 13 Volt. iich glaube der lf411 schwingt. geh jetzt erst mal mit dem Hund gassi und schaue dann nochmal nach. Frische Luft tut mal gut...


Gruß

Oliver

 

[elektrouwe]

Steh gerade auf dem schlauch mir dem offset!!
Pin 1 und 5 über 10k poti an minus

Ah du meinst den OP. Ich dachte an den Offset des Sägezahns der ja hinten raus mal zwischen 0 und +10V zappeln sollte.
Warum sollte der OP-offset hier wichtig sein ? Daran liegts nicht. Ich seh erst jetzt ,dass du dem OP 14V am Eingang verpasst. Das ist verdammt nah an der Betriebsspg. und liegt über dem garantierten Bereich (14V typ., 11V gar. lt. datasheet TI). Das würde einem Ref.strom von (15V-14V)/3k3 = 300uA entsprechenm
du schreibst aber von mehr als 800uA ? Also an der Stromquellenecke ist noch der Wurm drin : wenn U4 auf ca. -14V liegt und somit den Referenstrom über Q3 ableitet, wird U2 Richtung +15V schalten wollen um den Strom durch den 3k3 zu reduzieren. Damit liegen dann >25V über R8+R11, was evt. für die Erwärmung
von U2 zuständig ist. Hast du R8,11 inzwischen mal verkleinert ? Wenn du nicht weiter kommst poste mal die Oszillogramme rund um die Transistoren.

 

[revilo]

Habe R11 auf 470 Ohm und R8 auf 220 Ohm verkleinert.
Wenn ich an der KSQ die Spannung verkleinere wie ursprünglich mal ca. 11 Volt habe ich wieder das 30µS Plateau wenn ich die spannung erhöhe blendet die Wellenform langsam um und ist bei 14 Volt der
schräge Sägezahn.

 

[elektrouwe]

Habe R11 auf 470 Ohm und R8 auf 220 Ohm verkleinert.

Sorry, mein Fehler, ich meinte natürlich die R11,R8 vergrößern (zB x2, so wie ich weiter oben bereits geschrieben habe.
Das wird dann den Ausg.strom von U2 sinnvoll verkleinern.
Du schreibst, wenn du von den 14V runtergehst wird die lineare Rampe wieder steiler und geht in den Puls über. D.h. der Konstantstrom ist viel zu groß.
Was passiert wenn du R1 deutlich größer machst, so 15k..33k ?
Du kannst die Funktion der KSQ ja mal statisch prüfen in dem du die Basis von Q3 auf +15V klemmst und mit dem mA-meter den Kollektor von Q2 nach Masse
legst. Wie sehen dann die Spannungen an Q3 Basis und Emitter gegen Masse aus ?

 

[revilo]

Super genau das war es

Habe die Widerstände wie folgt geändert:
R11 = 2,2K
R8 = 1K
R1 = 22K

An der KSQ habe ich jetzt eine Spannung von 10,8 Volt.
habe jetzt schöne schräge Sägezähne

Hier drei Bider mit cv = 1V ;2V ;4 V

@elektrouwe : Vielen Dank für deine Hilfe.
Mache für heute mit der Schaltung Schluss. Die nächste Hürde wird die Vibrato Implementierung und dann noch ein sync Eingang.


Dann mal alles auf Lochraster mit besseren Kondensatoren polypropylen statt Keramik und Ent opplungen in der Versorgung.

Gruß

OLiver

 

[revilo]

Hier meine erste "idee" zur Vibrato Implementierung.

Im Prinzip schalte ich vor die ppannungsgesteuerte Stromquelle eine zweite an der das Vibrato Signal angelegt werden kann.
In der Simulation ist das ein Sinus mit 10 Hz , 0.5V P-P und einem Offset von etwas mehr als einem Volt. In der Simulation sieht es gut aus.
Spricht etwas gegen dies Vorgehensweise? Ich baue es auf jeden Fall die Tage mal auf dem Steckbrett auf.
Hat hier jemand Zugriff auf ein Yamaha IG00153 oder einen CS50/60/80 und könnte mal Originalaufnahmen der Wellenformen oszillografieren? Am besten bei 1V, 2V, 4V.
Was ist denn die höchste CV die der Chip verarbeiten kann? Ich schätze an Hand des Threshold Wertes des Komparators ca. 10V.

Fragen über Fragen.....


Danke
Oliver

 

[elektrouwe]

Fragen über Fragen.....

ja hört denn das nie auf !?
Für mich zunächst erstaunlich,dass die kaskadierte KSQ mit U3 und U5 auf einen gemeinsamen R6 funktioniert; hab ich so noch nicht
gesehen, aber haut wohl hin, wenn gewisse Steuerspanungsbereiche eingehalten werden.
Kannst du mal dein LTSPICE file posten (oder falls das nicht geht,per PM senden ) ?
Bin grad zu faul zum nachzeichnen. Dann kann man mal rumspielen u. ggf. Änderungsvorschläge machen.
Brauchst du tatsächlich ein lineares VCO, oder hängst du da noch einen Expo ran ? Den würd ich dann gleich mit reindesignen, spart
Bauteile.

 

[revilo]

Brauchst du tatsächlich ein lineares VCO, oder hängst du da noch einen Expo ran ? Den würd ich dann gleich mit reindesignen, spart
Bauteile.

Ja will mir den ganzen Tempco Kram mit beheizten Transistoren, Temperaturfühlern die wie Gold gehandelt werden ersparen
Ich brauche hier keine Kompatibilität zu anderen Systemen. Plane einen Tastatur mit Microcontroller die mir dann die exponentielle Spannung ausgibt. Ist zwar auch kompliziert (Pitchbend, Tuning,etc) aber mit Multiplying DACs sollte das funktionieren.
Das ganze wird ein relativ langes Projekt mit großen Hürden, aber ich muss ja damit kein Geld verdienen.
Das .ASC file kann ich hier nicht hochladen. (Dateierweiterung ist nicht erlaubt) Würde ja die Endung in jpg ändern weiß aber nicht ob ich dann Ärger mit den Admins bekomme. Schicke dir es per PM.

Gruß

Oliver

 

[revilo]

...
Für mich zunächst erstaunlich,dass die kaskadierte KSQ mit U3 und U5 auf einen gemeinsamen R6 funktioniert; hab ich so noch nicht
gesehen, aber haut wohl hin, wenn gewisse Steuerspanungsbereiche eingehalten werden.

Funktioniert nicht zuverlässig muss ich nochmal überdenken. Habe noch eine Patentschrift von Yamaha zu diesem Thema und den Ansatz von Jürgen Haible.

Gruß
Oliver

 

[elektrouwe]

So, jetzt hab ich mal die Schaltung umgebastelt und minimiert. Die Wellenform sollte jetzt dem Original recht ähnlich sein.
Sie ändert sich prinzipbedingt mit der Frequenz : Der "Punch" auf der steigenden Flanke ist wie beim Original immer gleich breit (hier ca. 30us; kann angepasst werden) und die Sägezahnamplitude ändert sich ebenso etwas über den CV-bereich. Ich betone nochmals: das ist kein Artefakt/schlechte Designumsetzung sondern liegt am Schaltungsprinzip.
Wieso das Yamaha damals so gemacht hat und was das musikalisch bringen soll weiss ich nicht. Vielleicht ist der 30us punch
auch nur gemacht worden um die Amplitudenvariation des rohen Sägezahns zu kaschieren. Der punch selber ist ja so kurz, dass er vermutlich eh im Signalweg tiefpassmäßig "weggeschliffen" wird....
Sei's drum; hat Spass gemacht, mal wieder ein spezielles VCO zu simulieren

 

[LED-man]

Wie sieht es mit Praxiserfahrung zu dem vco aus ?

 

[revilo]

Wie sieht es mit Praxiserfahrung zu dem vco aus ?

Hi,
habe zwei Dual VCOs davon aufgebaut.

Hier einlink zu meiner HP:
http://itist.de/2014/06/dual-vco-board/


Hier ein youtube link zu einem ersten Audio Demo der Dual VCO Boards:
http://youtu.be/QQPX25NYFqs

Sync Phänomen:
http://youtu.be/zEfeB6HNb0w

Sync Phänomen verschwindet beim EInsatz eines Output Buffers.

Erste Stabilitäts Tests sahen sehr gut aus.
Ist halt ein linear VCO mit V/Hz ansteuerung.

Weitere Tests stehen noch an da ich für mein Poly Synth Projekt insgesamt 16 VCOs brauche

Greetz

Oliver