Mis à jour : 19 mai, 2018

VCO
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Description

Si l'on devait comparer la construction d'un synthétiseur modulaire à un bon repas, le VCO en constitue certainement le plat principal! C'est le coeur du système sans lequel un synthétiseur ne serait pas digne de ce nom.
La conception d'un tel module est délicate et faire en sorte que celui-ci offre un bonne précision et une faible dérive thermique n'est pas simple. J'ai étudié diverses options et réalisé un certain nombre de test spour finalement aboutir à une solution classique à base d'un convertisseur exponentiel de type servo, et compensé en température par une résistance PTC.

Dans cette page je vous propose trois circuits imprimés différents adaptés à des budgets dégressifs :
  • Le premier fait appel à des composants de haute qualité (et de coût conséquent) tel que le LM394 (ou SSM2210 ou encore MAT04) pour la paire de NPN du convertisseur exponentiel, ou encore un AOP de haute précision (OPA2137) pour le sommateur de tension
  • Le second utilise un 2SC1583 plus abordable qu'un LM394
  • Le troisième basé sur l'utilisation de transistors simples sélectionnés pour des VBE identiques au mV près...
Ce VCO offre une entrée de synchronisation, elle peut être connectée soit à l'entrée SOFT SYNCH qui autorise le VCO esclave à se verrouiller sur les harmoniques du VCO maître, soit sur l'entrée HARD SYNCH qui force le VCO esclave à se verrouiller uniquement sur la fondamentale du VCO maître.

Schéma électronique



REMARQUE CONCERNANT LA CONCEPTION:

J'ai reçu de nombreuses questions concernant les 2 régulateurs de tension U1 et U2. Voici pourquoi je les utilise et dans quelle condition je les fais travailler :

QUstions récurrentes:
  • Ces deux régulateurs sont-ils bien utiles si l'on considère que j'utilise déjà une alimentation régulée du bon voltage (+/-15V)?
  • Les 78L15 et 79L15 sont connus pour avoir besoin d'une chute de tension de 3V entre l'entrée et la sortie pour assurer le bon voltage en sortie, ici ils n'ont pas cette chute de potentiel donc pourquoi sont-ils là ? Ne pourrait-on pas simplement les supprimer ?
Voici les réponses à ces interrogations.
Le but de ces régulateurs ici n'est pas defournir exactement +15V ou -15V comme on pourrait le croîre au premier abord. Effectivement l'absence de réserve pour la chute de tension entre l'entrée et la sortie ne peut assurer une valeur de 15V, cependant comme le courant à assurer est ici très faible la tension délivrée se situra entre 13,8V et 14,2V. Ceci n'est pas une errur de conception mais un choix délibéré : ces régulateurs sont là pour tamponner l'alimentation du coeur du VCO et fournir une tension bien stabilisée à 14V environ. Ceci renforce la stabilité du VCO.
Ainsi, l'ensemble du VCO prend en compte cette chute de tension au travers des régulateurs et cela a conditionné le calcul des valeurs des autres composants. Aussi si vous supprimez ces régulateurs le circuit ne pourra fonctionner sans un recalcul des valeurs de nombreux composants.

En conclusion, ces régulateurs sont utiles et essentiels au bon fonctionnement du circuit.

Circuit imprimé et implantation des composants
LM394 version

PCB design


Component layout



Version +15/-15V



Version +12/-12V


 version 2SC1583

dessin du C.I.


Composants
BC547 appariés

dessin du C.I.


Composants
Télécharger le schéma au format PDF

Télécharger le circuit imprimé au format PDF (version LM394 )

Télécharger le circuit imprimé au format PDF (version 2SC1583)

Télécharger le circuit imprimé au format PDF (version BC547)



ATTENTION! Le document est formaté pour être directement imprimé sur un mylar pour photogravure ou sur du papier "press & peel". Assurez-vous que la face imprimée soit appliquée sur la face cuivrée du C.I., le texte doit alors être lisible directement.




Liste des composants et détails de construction
référence
 valeur
 noimbre
U1
 78L15 régulateur positif bas courant (15V)
ou 78L12 pour la version 12V
 		1
U2
 79L15 régulateur négatif bas courant (15V)
ou 79L12 pour la version 12V 		1
U3
 OPA2137 double AOP de précision (ou TL072 pour petit budget) 1
U4
 LM394 ou SSM2210 ou MAT02 ou MAT12 pour le C.I. 1

On peut trouver un équivalent LM394 chez EricaSynth (attention brochage différent)
Une version plus moderne est le  LS312 de Linear Integrated Systems

2SC1583 pour le C.I.2
2 x BC547B appariés pour le C.I. 3 		1
U5
 LM311N comparateur rapide 1
U6,U7
 TL074 quad FET OPA
 2
D1,D2,D3,D4,D5*,D6*
 1N4148, * appariés
 6
Q1
 J112 or J111
 1
R12
 1K tempco resistor (PTC 3000ppm)
TYCO ELEC. modèle LT300014T261K0J ou LT300016T261K0J at www.farnell.fr
ou mieux encore :  1K tempco 3300ppm at Thonk 		1
R1,R2
 10 5% 1
R39,R40,R42,R47
 1k 5%
4
R45
 1.5k 5%
 1
R38 4.7k 5%
 1
R25
 5.6k 5%
 1
R15,R17,R18,R21,R27,R28,R37
 10k 5% (La valeur de R15 doit être de 100K si on utilise un SSM2210 à la place du LM394)
 7
R36,R51 12k 5% pour la version 15V
7.5K pour la version 12V
 2
R46
 15k 5%
 1
R11,R48
 22k 5%
 2
R9,R20
 33k 5%
 2
R10
 47k 5%
 1
R23
 82k 5%
 1
R32,R49
 50k 1%
 2
R3**,R4**,R5**,R14,R16,R22,R24,R27,
R29*,R30*,R31*,R33,R35,R50***
 100k 5%, *1%,
** R3, R4 et R5 sont des 1% mais doivent être sélectionnées pour une tolérance de 0.1%
***R50 100k pour version 15V, 70K pour la version 12V
 15
R43,R44
 150k
 2
R34
 180k
 1
R41
 200k 1%
 1
R26
 220k 1%
 2
R7
 270k 1%
 1
R8,R52
 470K
 2
R13,R19,R53
 1M
 3
R6
 3.3M
 1
C10
 10p céramique
 1
C9,C11,C12
 47p céramique 3
C7
 100p céramique 1
C8
 220pF or 270pF 1% styroflex ou mica argenté
 1
C3,C4,C5,C6
 100n céramique multicouche
 5
C1,C2
 22µF/35 V polarisé
 2
T3
 10k trimmer multitours 1
T2
 22k or 25k trimmer multitours 1
T4
 47k or 50k trimmer multitours 1
T1
 200k or 220k trimmer multitours 1
P1...P6
 22K ou 25K lin potentiomètre linéaire
 6
Jk1...J10
 socle jack
10
NOTE IMPORTANTE : utiliser un condensateur de haute qualité (plus cher mais il faut ce qu'il faut) pour C8 (styroflex or mica argenté à faible dérive thermique max 70ppm/°C )
Si vous utilisez un SSM2210 à la place du LM394, mettez une résistance 100K à la place de R15 (10K).

NOTE CONCERNANT l'AS394
Ce circuit intégré produit en Letonie est sun substitut électronique du LM394 cependant son brochage est différent et le repérage des broches est ambigu. ATTENTION le petit point rouge sur le boitier correspond à la broche 5 et non la 1. La 1 se repère grâce à l'encoche sur le côté du boitier. D'autre part les broches de l'AS394 sont décalées par rapport au LSM394 comme indiqué ci-après.

Couplage thermique

Le couplage thermique entre la paire de transistors U3 et la résistance de compensation R12 est d'une importance capitale pour obtenir une faible dérive thermique. Le mieux est d'établir un contact physique intime entre ces composants.


Couplage LM394 - R12
La résistance PTC R12 ne doit pas être installée directement sur le circuit imprimé. Il faut la souder directement aux broches 4 et 5 du LM394. Ces broches ne sont pas connectées en interne et donc peuvent être utilisées pour raccorder R12. Celle-ci est directement collée sur le dessus du LM394. Il est souhaitable d'ajouter de la graisse thermo-conductive pour faciliter le couplage thermique.

Couplage 2SC1583 - R12
Plier les pattes du 2SC1583 comme montré sur la photo ci-dessus. Installer en premier le 2SC1583 sur le circuit imprimé et le souder en place. Appliquer une goutte de graisse thermo-conductrice sur le boitier du 2SC1583. Installer la résistance PTC R12 à cheval sur le 2SC1583 en l'appliquant bien sur le boîtier. Souder la résistance en place en s'assurant du bon contact entre les deux composants.

Couplage BC547 - R12

Coller les transistors ensemble par leur face plane. Souder les tansistors. Plier les pattes de R12 de façon à ce que le corps de R12 puisse être plaqué contre la paire de transistors. Appliquer une goutte de graisse thermo-
conductrice sur la zone de contact. Souder R12 en place et appliquer fortement son corps contre la paire de transitors.

Câblage
NOTE DE CABLAGE: le jack SYNC IN. peut être connecté suivant votre préférence soit sur la broche HARD SYNC soit sur la broche SOFT SYNC. Vous pouvez également ajouter un commutateur en façade pour basculer d'un mode à l'autre.



Face avant
Dessin de la façade


 Téléchargement du masque de sérigraphie sous forme PDF

Téléchargement du masque de sérigraphie sous forme JPEG



Réglages et mise au point
Pour régler ce VCO, il faut un oscilloscope, une souce de tension parfaitement calibrée (clavier CV/GATE 5 octaves), un bon voltmètre (DVM 4000 points), un accordeur numérique (j'utilise un accordeur Korg CA) et/ou un bon fréquencemètre.

REGLAGES DU CONVERTISSEUR DE FORMES

  1. Avant la mise sous tension, réglez tous les trimmers à mi-course, réglez le potentiomètre  FREQUENCY sur 5 (mi-course), réglez le potentiomètre FINE TUNE sur 0 (mi-course), le potentiomètre PW sur 0 (mi-course) et réglez tous les autres potentiomètres ( LIN FM LEVEL, EXP FM LEVEL, PWM) sur 0 (à fond à gauche).
  2. Connectez la sortie SAWTOOTH à l'oscilloscope (2V par division). Mettez sous tension. On doit voir un signal en dent de scie descendante plus ou moins décalée par rapport au 0V. Ajustez le trimmer T3 de façon à équilibrer la dent de scie autour de 0V. La dent de scie doit descendre de +5V (maximum) jusqu'à -5V (minimum).
  3. Connectez la sortie TRIANGLE à l'oscilloscope (2V par division). Ajustez T3 trimmer de façon à parfaire la forme triangulaire (supprimer le décalage sur la pointe positive). Puis ajustez T4 de façon à équilibrer le triangle autour de 0V. Le triangle doit osciller entre +5V (maximum) et -5V (minimum).
  4. Connectez la sortie SINEWAVE à l'oscilloscope (2V par division). Ajustez T4 trimmer de façon à parfaire la forme sinusoïdale qui doit osciller entre entre +4V (maximum) et -4V (minimum). Si nécessaire retouchez le réglage de T3 .

REGLAGE DE LA REPONSE V/OCTAVE
  1. Connectez une source de tension calibrée sur l'une des entrée 1V/octave. Réglez la source de CV sur 0V. Branchez l'accordeur électronique (ou le fréquencemètre) sur le sortie SINEWAVE. Réglez le potentiomètre FREQUENCY de façon à obtenir un LA1 sur l'accordeur ou 55 Hz sur le fréquencemètre.
  2. Réglez la source de CV sur 1V, puis lisez la note/fréquence. Dans l'idéal, nous souhaitons obtenir le LA2 soit 110Hz. Si la note obtenue est exactement celle-là sautez au point 4. Sinon, si la note lue est inférieure à celle attendue : ajustez T2 (V/OCT) de façon à diminuer la hauteur de la note   (OUI VOUS AVEZ BIEN LU ! Cela paraît contraire à la logique de réduire la hauteur quand celle-ci est déja trop basse mais c'est ainsi que le circuit marche).  A l'inverse si la note est trop haute alors ajustez T2 de façon à encore augmenter cette hauteur / fréquence.
  3. Régler le CV sur 0V, la hauteur est soit inférieure soit supérieure au LA1/55Hz . Ajustez le potentiomètre FREQUENCY de façon à obtenir le LA1/55 Hz. Reprendre les points points 2 et 3 jusqu'à obtenir un décalage parfait d'une octave quand on passe d'un CV de 0V à 1V.
  4. Appliquez la même procedure pour les CVs 0V et 2V, de manière à obtenir LA1/55Hz pour 0V et LA3/220Hz pour 2V
  5. Appliquez la même procédure pour les octaves supérieures jusqu'au LA6(1760Hz)/LA7(3520Hz). Suivant la qualité de vos composants et leur tolérance il est possible d'obtenir une bonne tenue de l'accord jusqu'au LA8 (7040Hz).

REGLAGE DE L'ACCORD
  1. Déconnectez la source de CV de l'entrée V/OCT.
  2. Tournez le bouton FREQUENCY sur la marque 0 (sens anti-horaire)
  3. Tournez le bouton FINE TUNE sur la marque 0 (position milieu)
  4. Ajustez T1de façon à lire une fréquence de l'ordre de 16.2 Hz
  5. Connectez un clavier CV/GATE  (commençant à DO et délivrant 0V pour le DO le plus bas)
  6. Pressez la touche LA3, et vérifiez que la note obtenue est LA3 / 220Hz. Sinon ajustez T1 pour obtenir un LA3
Formes d'ondes - échelle verticale : 2V/carré, 0V ligne horizontale du milieu

dent de scie 1000Hz
dent de scie 20kHz

triangle 1000Hz
triangle 20kHz

sinusoïde 1000Hz
sinusoïde 20kHz

impulsion 50% 1000Hz
impulsion 50% 20kHz



Références

Understanding TEMPCO
Ian Fritz Sawtooth VCO


La galerie des constructeurs
Voici des photographies des modules yusynth VCO fabriqués par d'autres bricoleurs de par le monde.
   



In this PDF file Mariano gives some hints on how to add a range switch and moding the VCO in order to use regular NTC instead of the PTC tempco resistor.

Nom : Mariano
Pseudo : Dhar2kma
 Projet :
Lieu: Dallas, Texas, USA
Site web :  		Nom : Czaba ZVEKAN
Pseudo :
Projet :
Lieu: Bâle, Suisse
Site web : 
Nom  : Patrick
Pseudo : Baronrouge
Projet modulaire: JHC live lab
Lieu : Toulon, France
Site web  : http://myspace.com/patjhc



Nom : Julien
Pseudo :
Projet :
Lieu:
Site web :
Pseudo : Sebo
 Projet :
Lieu: Argentine
Site web : http://www.cosaquitosenglobo.com.ar 		Nom : Julien
Pseudo :
Projet :
Lieu:
Site web :
Nom : Zarko
Projet :
Lieu :  Gardanne, France
Site web :		 Nom : Tudy
Projet modulaire : yusynth 17U
Lieu: Brno, République Tchèque
Site web :www.insania.freemusic.cz 		Nom  : Balazs Varga
Pseudo : vinnui
Projet modulaire: Overmind modular
Lieu : Hongrie
Site web  :http://vinnui.blogspot.com/
 
Nom : Jim Coun
Projet :
Lieu :  Belgique
Site web :		 Name : Peter Hostermann
Modular project :
Location : Belgium
Website : http://www.peter-hostermann.de
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