Spannungsgesteuerte Oszillatoren - Frequenzen unter Spannung

 

Materialbedarf

 

Anz. Bezeichnung Datenblatt
1 Batterie/Spannungsquelle 9V  
5 Transistor BC548C (BC546C-BC550C)
2 Diode 1N4001 (1N4001-1N4007)
1 Widerstand 220 Ohm  
1 Widerstand 470 Ohm  
6 Widerstand 10 kOhm  
3 Widerstand 47 kOhm  
2 Elektrolytkondensator 10 µF/16V  
1 Elektrolytkondensator 47 µF/16V  
2 Kondensator 100 nF  
1 Trimmpotentiometer 50 kOhm
1 Lautsprecher 0,5W/8 Ohm  
1 Standard-Leuchtdiode 3mm oder 5mm 3mm, 5mm

 

 

Grundaufbau

 

Es gibt viele Schaltungen und Anlagen der Elektronik wo man eine analoge Spannung in eine Frequenz umwandeln muss., um diese dann einem Computer zur Weiterverarbeitung zuzuführen. Solche Spannungsgesteuerte Oszillatoren findet man auch in Abstandssensoren im Auto. Je dichter man an einem Hindernis heran fährt, piept die Anlage schneller.

 

VCOs, wie spannungsgesteuerte Oszillatoren auch genannt werden, sind auch in der Geräuscherzeugung unerlässlich. Die Tonhöhe kann man dann durch andere Schaltungen leicht beeinflussen. Der Begriff stammt übrigens aus dem englischen und bedeutet ausgeschrieben Voltage Controlled Oscillator.

 

 

Im Kern der Schaltung erkennt der etwas Geübte sofort die astabile Kippstufe. R3 wird hier aber nicht, wie bei der Standard-Kippstufe direkt an den Pluspol der Batterie angeschlossen, sondern mit Hilfe des Potentiometers P1 mit einer variablen Spannung versorgt.

Wer sich die Funktweise dieser Kippstufe noch einmal genauer ansieht ( Astabiler Multivibrator - Eine unruhige Schaltung) wird bemerken, dass hier der Kondensator C2, je nach angelegter Spannung an R3, schneller oder auch langsamer geladen wird. Dies heißt also, die Blinkfrequenz der Leuchtdiode ändert sich.

Da sich der Kondensator C2 auf mindestens 0,7 V aufladen muss, damit eine umschalten erfolgen kann, müssen wir bei der angelegten Steuerspannung dafür sorgen, dass dieser Wert nicht unterschritten wird. Hierzu dienen die beiden Dioden D1 und D2. Beide zusammen sorgen dafür, dass die Eingangsspannung nicht unter 1,4 V kommt. Wir also noch genug Reserve haben, damit die Kippstufe sauber arbeitet.

 

 

Wir machen Töne

 

 

Haupteinsatzgebiet eines VCOs ist die Verwendung in Ton und Geräuschgeneratoren, wie sie z.B. in Synthesizern zu finden sind.

Um aus unserem spannungsgesteuerten Blinklicht ein regelbaren Tongenerator zu machen, müssen wir nur die Grundfrequenz des astabilen Multivibrators ändern und die Leuchtdiode durch einen Lautsprecher ersetzen.

Die Grundfrequenz der Kippstufe ändern wir einfach durch den Austausch der beiden Kondensatoren.

Wird nun die Batterie wieder angeschlossen können wir einen Ton hören, den wir mit P1 von relativ tief bis recht hoch steuern können.

 

 

Aus Töne werden Geräusche

 

 

Wollen wir Geräusche mit dem VCO erzeugen ist es notwendig, dass wir die Steuerung der Eingangsspannung automatisieren.

Bei dieser Schaltung haben wir einen zweiten astabilen Multivibrator aufgebaut der unseren Spannungsgesteuerte Oszillator abwechselnd mit einer niedrigen und einer hohen Spannung versorgt. Um die Schwelle von 0,7 V zu überschreiten, schalten wir den VCO-Eingang einfach zwischen Leuchtdiode und Vorwiderstand des ersten Multivibrators. Nun werden entweder 1,6 V oder volle Betriebsspannung an den VCO angelegt. Wir hören abwechselnd einen niedrigen und hohen Ton.

 

 

Aber bei vielen Geräuschen 'wandert' die Tonfrequenz zwischen zwei Frequenzen. Um dies mit unserer Schaltung zu erreichen müssen wir nur dafür sorgen, dass sich die Änderung der Ausgangsspannung des ersten Multivibrators nicht schlagartig auf den VCO überträgt. Hierzu schalten wir einfach zusätzlich einen Kondensator zwischen den beiden Stufen und sorgen mit Hilfe eines Ladewiderstandes dafür, dass sich dieser Kondensator langsam auflädt bzw. entlädt. Somit also die Spannung am Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators sich nicht schlagartig sondern langsam ändert.

Durch diesen Schaltungsaufbau können wir nun eine schier unendliche Anzahl von Geräuschen erzeugen. Wer dies einmal ausprobieren möchte muss nur ein wenig mit den einzelnen Kondensatorwerten 'spielen'.

 

 

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