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VCF - 18dB Lowpass

Die bei analogen Synthesizer am häufigste anzutreffende Methode der Klangfarbenänderung ist die Subtraktive Klangsynthese mittels eines oder mehrerer Filter. Das Filter beeinflußt den vom Oszillator produzierten Ton in seinem Frequenzspektrum.

LINDHOF-MODULAR_VCF18dB

LINDHOF-MODULAR_VCF18dB

Bei diesem Filter handelt es sich um einen Spannungsgesteuerten 18dB Tiefpassfilter, der diskret aufgebaut ist. Es wurde kein Spezial IC verwendet.

Dieser VCF macht, wie auch das Formant-Pro 12dB Multimode VCF oder das Formant 24dB Multimode VCF, gebrauch von der OTA Schaltungstechnik, die durch S.Franco eingeführt wurde.

Das Modul:

Dieses Modul ist nicht sehr komplex. Man kann aber schön die OTA Kaskade auf der Platine sehen, die hier die Länge der Platine bestimmt.

Die ganze Schaltung ist auf einer einseitigen EURO-Platine aufgebaut worden.

Die Verbindung zum Bus ist nach Formant Pro Art ausgeführt.

Schaltungsprinzip:

Um die Flankensteilheit von 18dB/Oktave zu erhalten, wurden drei identische Tiefpassfilter mit einer Flankensteilheit von 6dB/Oktave in Serie geschaltet. Die Konzeption mit Filtereinheiten mit 6dB/Oktave wurde auch beim 12dB Multimode VCF und beim 24 dB Multimode VCF angewandt. Beim 12dB Multimode VCF wurde ein anderes Schaltungsprinzip verwendet. Hier wurde eine einzigem Filtersystem 2. Ordnung, dem State Variable Filter, aufgebaut.

Diese VCF besteht aus zwei Schaltungsgruppen die weitgehend unabhängig sind und in fast jedem VCF zu finden sind. Das sind der Steuerspannungsaddierer mit Exponentiator und die linear stromgesteuerte Filterkaskade. Die einzige Verbindung ist die Stromleitung zwischen Exponator und OTA-Integrator.

Der Steuerspannungsaddierer und Exponentiator:

Die Schaltung des Addierers und Exponentiators ist wie zu sehen, nur mit der Stromleitung mit der stromgesteuerten Filterkaskade verbunden. Diese Schaltung wird auch bei anderen Filtern eingesetzt und hat sich bewährt.

Man könnte den CA3084 durch zwei PNP-Transistoren ersetzen (z.B.:BC557). Jedoch sollte man dann ein Pärchen mit annähernd gleicher Kennline finden. Diese müssen thermisch gut koppeln werden. Auch sollte dann der 1K8 Widerstand gegen einen mit 1k5 getauscht werden.

Da dieses ein doch recht aufwendiges Verfahren ist, und auch nicht immer zum Ziel führt, würde ich einen PNP-Dualtransistor vorziehen. Man kann auch einen AD820...830 (Analog Devices), 2N3808...2N3811(Motorola)oder auch fast jeden anderen Dual-NPN-Transistor verwenden, die jedoch meist über keinen Substrat Anschuß verfügt.

Der linear stromgesteuerte Integrator :

Man sieht hier eine von drei Filtereinheiten die in diesem Filter kaskadiert sind. Es handelt sich um einen linear stromgesteuerten Integrator.

Der Steuerstrom IABC, vom Exponator, steuert die Eckfrequenz für beide Filterfunktionen des Filters. Dieses Steuerung geschieht über wenigstens 3 Dekaden sehr linear.

Jedes Filter ist mit einem OTA (CA3080), einen Kondensator und einem OpAmp als Ausgangsstufe aufgebaut. Die Eckfrequenzen der Filter wird durch den Steuerstrom bestimmt. Dieser steuert alle Filter gleichmäßig an, so das alle Filter die gleiche Eckfrequenz haben und sich nur die Flankensteilheit der Filterglieder addiert.

Die Kaskadierung der Filterelemente :

Wenn man drei der beschriebenen Filterelemente hintereinander schaltet, erhält man ein 18dB VCF.

Die Phasenlagenkorrektur :

Da die einzelnen 6dB Filterelemente invertieren ist bei 18dB/Oktave die Phasenlage invertiert. Hier ist ein zusätzlicher Invertierer nachgeschaltet.

Der Filter besitzt zwei Eingange , die über zwei Potis in der Aussteuerung verändert werden können. Der Erste Eingang ist zusätzlich gleichspannungsfrei, denn es ist ein Kondensator in der Signalleitung.

Zur Steuerung des Filters stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung: Die Eckfrequenz wir manuell durch das Poti Cutoff eingestellt. Zusätzlich ändert sich die Eckfrequenz im Verhältnis zur anliegenden CV Spannung, damit das Filter sich an die Tonhöhenänderung des VCOs anpaßt. Desweiteren können Steuerspannungen den Hüllkurvenverlauf und für den Tremolo verarbeitet werden. Den beiden Steuerspannungseingängen sind Potis nachgeschaltet, um mit jeden Signal leicht umgehen zu können.

Mit dem Poti Q kann die Filtergüte/Resonanz eingestellt werden.

Zur Ausgabe sind zwei Möglichkeiten vorgesehen. Entweder ein über Poti regelbares Ausgangssignal oder ein direktes, gleichspannungsfreies Ausgangssignal. Diese Signale stehen an den Buchsen gleichzeitig zur Verfügung.

Hier gibt es den Schaltplan, Bestückplan und das Platinenlayout. Todo

Spezialbauteile:

Hier wurde ein ICs vom Typ CA3080 verwendet. Leider ist dieser Baustein "abgekündigt", er wird also nicht mehr hergestellt. Und einen PIN-Pinkompatiblen Ersatz gibt es leider auch nicht. Also für aktuelle Projekte nicht mehr verwenden!
Hier gibt es das Datasheet vom CA3080!

Weitere Filter-Module mit unterschiedlichen Funktionen:

Quelle:

Die Schaltung und auch das Platinenlayout wurden ohne eine bestimmte Quelle entwickelt. Elektor hat mich inspiriert!

Zusätzliche Informationen & Interessantes zum Modul:

Weitere Informationen zu diesem Modul, zu dem Modularsynthesizer und zu allgemeinen Grundlagen ergänzen das bisher Beschiebene.

Verwendete Patch/Messkabel mit 4mm "Bananenstecker"
Informationen zum internen Synthesizerbus
Gehäusetechnik - 19" Modularbaugruppenträger
Geschichte und Funktionsweise von Klangsynthese