OSC SCHALTPLAN IM DETAIL


Der Schaltplan des MiniMoog Oszillator-Boards sieht auf den ersten Blick ziemlich voll und verwirrend aus. 

Als erstes habe ich wieder die Funktionsgruppen farblich markiert.

VC ist der Bereich, wo die ganzen Steuerspannungen verarbeitet werden. z.B. OKTAVE-Wahl, Keyboard-Spannung, Tune, Mod-/Pitch-Wheel, Frequenzmodulation, ...

Und dann gibt es drei gleich aufgebaute VCOs (VCO3 hat zwei Besonderheiten) .

 

Dieser Schaltplan ist ein schönes Beispiel für einen klassisch gezeichnet und strukturierten Schaltplan mit einem Signalverlauf von LINKS nach RECHTS.


So farblich und in Gruppen sieht es doch schon übersichtlicher aus.


DETAILBETRACHTUNG VC-BLOCK

Da die Funktionsgruppen noch immer recht groß sind, gehen wir einfach eine Ebene tiefer und teilen die Funktionsgruppen weiter auf.

 

In der Gruppe VC befinden sich drei Schaltungsblöcke:

 

1. Hier werden die ganzen Steuerspannungen wie Keyboard CV, Tune, Mod- und Pitch-Wheel, sowie FM zusammengefasst.

 

2. Hier wird die Spannung für den Dekadenschalter erzeugt.

 

3. Das ist ein besondere Teil, der nur OSC3 betrifft. OSC3 kann auch als LFO arbeiten. Hier wird er dafür von der allgemeinen Steuerspannung (KB, MOD, ...) getrennt, weiterhin wird der einstellbare Bereich des Frequenz-Poti erweitert.

1. SCHALTUNGSBLOCK

Der OP (IC1A) arbeitet als Summierer.
Die einzelnen Steuerspannungen (PITCH, TUNE, KB, MOD-Wheel und EXT.-VC) werden hier zusammengeführt und addiert.
Die Ausgangsspannung geht dann zu den einzelnen OSC.

2. SCHALTUNGSBLOCK

Der Spannungsteiler R9/R10, der an -10V hängt, liefert mit dem dem OP (IC2) und dem Transistor als Emitterfolger eine präzise -5V Spannung.

 

Diese -5V Spannung versorgt den mehrstufigen Spannungsteiler, der an den OKTAVE-Schalter geht (Range LO,32'....2').

 

Die drei OPs (741) arbeiten als Impendanzwandler und sorgen dafür, dass der Spannungsteiler nicht belastet wird - sonst würden sich die Spannungen ändern.

 

Die drei Ausgangsspannungen gehen an die entsprechenden OSCs.

3. SCHALTUNGSBLOCK

Dieser Schaltungsteil hat nur Einfluss auf den dritten OSC.

OSC3 kann als LFO genutzt werden, dazu wird er von der Steuerspannung (KB, TUNE...) getrennt (OSC3 CONTROL).

 

Der "OSC3 CONTROL" Schalter ist ein 2*UM Schalter. 
An der ersten Ebene liegen -5 und -10V, je nach Schalterstellung wird damit durch Q2 & Q3 die Steuerspannung (KB, TUNE...) aufgetrennt (FET nicht leitend). Gleichzeitig wird durch Q19 eine konstante Spannung als Ersatz geschaltet.

 

An der zweiten Ebene sind zwei Widerstände R96 und R97 angeschlossen. Wird der Schalter geschlossen, liegen die Widerstände parallel. Im LFO Betrieb hat man somit einen größeren Einstellbereich für den FREQ-Poti.


DETAILSBETRACHTUNG OCS1

Da die drei OSCs gleich aufgebaut sind, müssen wir uns nur einen genau anschauen.

Ich habe den OSC in 4 Blöcke aufgeteilt.

 

1. Hier wird die Spannung des Oktave-Schalters und die Steuerspannungen (KB, MOD,...) addiert. Weiterhin wird hier die Frequenz des OSC und das 1V/OCT Tracking abgestimmt

2. Ein Spannungsteiler zur Anpassung an Stufe 3.

3. Der eigentlich Oszillator. Dieser erzeugt ein Sägezahnsignal.

4. Hier wird das Sägezahnsignal in ein Rechteck- und ein Dreiecksignal gewandelt. 

Falls Ihr über die Widerstände wundert, die da so in der Luft hängen, dann schaut mal bei WIKI unter Widerstands-Array nach (WIKIPEDIA).

Das ist also nur zur Erklärung eingezeichnet, die einzelnen Widerstände findet Ihr dann nochmal im Schaltplan. Es sind aber auch Widerstände eingezeichnet, die gar nicht genutzt werden (z.B. R15 und R20). Für den Nachbau ist der Array nicht nötig, das geht auch mit einzelnen Widerständen.

Im folgenden habe ich die überflüssigen Elemente zwecks Übersicht gelöscht.

1+2. SCHALTUNGSBLOCK

Hier haben wir wieder einen einfachen Summierer. Es werden drei Spannungen addiert.
- über R16/17: KB, MOD...Steuerspannung

- über R18/19: OKTAVE-Schalter
- über R13/14: Festspannung +10V

Es gibt hier 3 Trimmer. Mit diesen Trimmern werden das 1V/OCT Tracking des OSC (R16), die Frequenz des OSC (R14) und die Schritte des OKTAVE-Schalters (R18) eingestellt. Nachteil ist, dass alle voneinander abhängig sind, d.h. beim Abgleich muss ich immer alle drei kontrollieren und abstimmen. Wenn ich R16 ändere, muss ich R14 nachziehen usw....usw.... (Der Spaß kann etwas dauern).


An PIN7 des OPs kommt das Summensignal raus und geht über den Spannungsteiler R23/R24 weiter in den nächsten Schaltungsteil. C4 ist hier ein Sieb-/Glättungsfunktion.

3. SCHALTUNGSBLOCK

Beginnen wir mit dem Block unten-links (Q7/8, IC6...). Das ist der Exponential-Konverter, dieser wandelt unsere Steuerspannung PIN1 (1V/OCT) in einen Steuerstrom PIN9. Der Strom steigt exponentiell zur Steuerspannung.

Warum ist das so?
Das liegt an der Kennlinie des Transistors. Wenn Ihr in ein Datenblatt eines Transistors schaut, gibt es unzählige Kurven. 

Für uns wichtig ist die Funktion Ube (Eingangsspannung) zu Ic (Kollektor-/Ausgangsstrom). Diese sieht ungefähr so aus (BLAU).

In einer normalen Verstäkerschaltung wollen wir ein Einganssignal linear verstärken. D.h. wir müssen einen Eingangspegel und einen Arbeitspunkt finden, in dem der Transistor linear arbeitet (GRÜNER Bereich).


Wir wollen jedoch eine EXP-Funktion haben, somit müssen wir einen Eingangspegel und einen Arbeitsbereich finden, in dem der Transistor eine EXP Funktion hat (ROTER-Bereich). Und genau das machen wir, wenn wir die Trimmer R14, R16 und R18 abgleichen, wir verschieben den ROTEN Bereich, bis die EXP-Funktion stimmt.


Leider wäre es zu schön, wenn das schon alles wäre. Der Transistor reagiert sehr stark auf Temperatur und eine Temperaturerhöhung von 10°C , kann schon mal den doppelten Ausgangsstrom zur Folge haben - für einen OSC unmöglich. Der Schaltungsteil Q8 / IC6 ist dafür gedacht, diesen Effekt (TEMP-Drift) zu kompensieren. (René Schmitz hat dies HIER sehr schön beschrieben)


Q6 und Q8 sind keine Einzeltransistoren, sondern als "Supermatch Pair" in einem Bauteil (LM726) untergebracht. Neben den beiden Transistoren ist in dem LM726 auch eine Heizung enthalten (PIN8 und 6). Damit werden die beiden Transistoren auf konstanter Temperatur gehalten, um den TEMP-Drift gering zu halten.

 

Gehen wir weiter zum nächsten Block "oben-links". Hier wird über den Spannungsteiler R25/R26 eine 5V Spannung erzeugt. IC4A ist mal wieder ein OP Impendanzwandler, um den Spannungswandler nicht zu belasten. 

Es folgt nun der Hauptblock:

Wir haben hier einen kleinen Regelkreis. Beginnen wir am Punkt C7/R32, dort liegen die 5V an. Unser Steuerstrom (PIN9 LM726) fließt nun durch C7 und R31.

Wenn ein konstanter Strom durch einen Kondensator fließt, baut sich dort eine Spannung linear auf, d.h. die Spannung im Kondensator steigt und steigt.... Je höher der Strom, desto schneller steigt die Spannung.

Hier der Spannungsabfall an C7 (GRÜN), der Strom durch C7 (BLAU) und die Spannung an R31/Q7 (ROT).

Wenn der Kondensator entladen ist, messen wir an R31/Q7 ca. 5V. Die Spannung sinkt, da sich der Kondensator auflädt. Wenn der Kondensator jetzt zu 80% geladen ist, fallen am Kondensator 4V ab, somit messen wir 1V (Spannungsabfall an R31 vernachlässigt).


Weiter geht es durch den Impendanzwandler (TL081*) auf einen Komparator (LM393). Dieser Komparator vergleicht die Spannungen an seinem Eingang (PIN 5+6) und liefert ein entsprechendes Ausgangssignal (+10 oder -10V). PIN5 liegt über R35 an Masse (0V). Wenn nun unser Signal vom TL081 kleiner 0V wird, schaltet der Komparator von -10V auf +10V. Über C9/CR1 wird nun der FET (Q4) angesteuert, der seine SD-Strecke einschaltet und somit den Kondensator C7 entlädt. Die Spannung an R31 springt wieder auf 5V, der Komparator wieder auf -10V, der FET ist wieder offen und der Kondensator wird wieder geladen. So entsteht unser Sägezahn :-)

 

*Es ist wichtig hier einen Typ zu haben mit extrem geringem Eingangsstrom (z.B.TL081 mit JFET-Input), damit unser Ladestrom für C7 nicht beeinflusst wird. 

GRÜN: Spannung an R31/Q7

BLAU: Spannung am Komparator IC8B PIN7

ROT: Strom durch C7 - gut zu erkennen ist der konstante Ladestrom und der kurze hohe Peek beim Entladen. 

Der letzte kleine Block besteht aus vier Widerständen.

R36 und R37 bilden einen Spannungsteiler, um den Ausgangspegel anzupassen.

 

R39 und R135 verschieben das Signal, sodass der Sägezahn symmetrisch um die Nulllinie liegt.

 

4. SCHALTUNGSBLOCK

Der letzte Block wandelt nun das Sägezahnsignal in ein Rechteck- und ein Dreiecksignal.
Es sind zwei grüne Eingangspfeile eingezeichnet, es handelt sich dabei aber um das gleiche Eingangssignal, was nur an unterschiedlichen Stellen abgegriffen wurde.

 

R36, R37, R38 und R135 hatten wir schon - hier liegt das Sägezahnsignal. 

SAW to TRI:

Hier wird ein besonderer "Dreck"-Effekt von Q6 ausgenutzt, der Transistor arbeitet im Sättigungsbereich.

Liegt ein Signal von 0 bis 2,5V an, arbeitet Q6 als Inverter. Von 2,5 bis 5V befindet sich Q6 in Sättigung und der Emitter folgt dem Eingangssignal. In diesem Betriebszustand gibt es keinen Spannungsabfall zw. Emitter und Kollektor, somit liegt das Eingangssignal auch am Kollektor.

C13 filtert die Umschaltspitzen und IC4B passt Pegel und Offset an.

 

GRÜN - Eingangssignal

BLAU - Q6/Kollektor

ROT - Ausgangssignal

 

SAW to PULSE:

Hier kommt wieder ein Komparator zum Einsatz. An PIN3 des IC8A liegt das Sägezahnsignal. An PIN2 eine Referenzspannung. Nun vergleicht der Komparator die beiden Spannungen. 

Ist die Spannung an PIN3 größer als die an PIN2, liegt am Ausgang 0V. Ist die Spannung an PIN3 kleiner als an PIN2 liegt am aus Ausgang -10V. Der Spannungsteiler R48/R49 passt zuletzt noch den Pegel an.

Die Referenzspannungen (0V, -1,5V und -2,5V) werden durch den Spannungsteiler (am WAVE-FORM-Schalter - PW IN) geliefert.

 

Dann gibt es an dem WAVE-FORM-Schalter noch die beiden Widerstände, die das SAW- und das TRI-Signal zusammenführen und den MOOG-TRI mit dem Zacken erzeugen.

Nach dem WAVE-FORM-Schalter geht das Signal in die MIXER-Sektion. 


Das war jetzt eine große Schaltung und eine lange Erklärung, aber jeder Block für sich doch recht einfach, oder?

 

Ich hoffe, ich konnte die Schaltung so einfach erklären, dass Ihr jetzt die Funktion nachvollziehen könnt und Euch auch in andere Schaltpläne hineindenken könnt.