Osciladores controlados por tensión (VCO)

Osciladores más comunes

Un oscilador es un circuito que es capaz de generar a su salida una forma de onda estable, periódica y con una frecuencia determinada. Para poder ser utilizado como generador de sonido; un oscilador debe ser controlable. Existen osciladores controlados por tensión (en los que la frecuencia de oscilación es proporcional a un voltaje de entrada al circuito), y osciladores controlados digitalmente (en los que la frecuencia de oscilación es proporcional a un número calculado por un sistema digital). Nosotros nos ocuparemos, como es natural de los primeros.

Las formas de onda más utilizadas en música electrónica han sido siempre la del diente de sierra y la onda cuadrada. Para los ociladores de onda cuadrada además se les añadía una segunda entrada de control (aparte de la de frecuencia), la de PWM (Pulse Width Modulation), que permitía controlar, con otro voltaje adicional la anchura de los pulsos.

Onda en diente de sierra  Onda cuadrada modulada en anchura

Otras ondas también bastante utilizadas son las ondas triangular y la onda de ruido. Esta última está caracterizada por no poseer tonalidad (se trata de un ruido blanco; una forma de onda aleatoria que no posee período como las otras ondas). La onda triangular es muy buena para generar timbres parecidos a los de los intrumentos de viento, mientras que la onda aleatoria está indicada para instrumentos de percusión (aunque cada uno la puede usar para lo que quiera :-)

Onda triangular   Onda aleatoria (ruido blanco)

Implementación de los osciladores

Para la implementación de los osciladores armónicos (diente de sierra, cuadrada y triangular) utilizaremos un principio muy util de música electrónica. Se trata de la característica de carga de un condensador. Cuando un condensador lo cargamos con una tensión constante, el voltaje entre sus bornas crece de forma exponencial. Sin embargo, si lo cargamos utilizando un generador de corriente, el condensador se cargará de forma lineal.

Característica de carga  V constante.



Característica de carga  I constante.

La característica de carga lineal cuando alimentamos un condensador con corriente continua nos proporciona una rampa de pendiente constante, ideal para la implementación de osciladores de onda en diente de sierra. Veamos el esquema funcional de un oscilador de onda en diente de sierra.

Como podemos comprobar, se trata de un circuito sumamente sencillo. El generador de corriente (controlado por una tensión externa, CV = Control Voltage) se encarga de ir cargando el condensador de forma lineal. Cuando el voltaje entre las bornas del condensador supere al voltaje de referencia (Vref), el primer amplificador operacional basculará a una salida positiva. Esta salida positiva pondra al transistor en saturacion, provocando, así, la descarga rápida del condensador. De esta forma todo volverá al principio y se repetirá el ciclo de nuevo (carga del condensador, llegada a Vref y descarga brusca, etc).

Tal y como está implementado, la salida en diente de sierra se toma de la entrada no inversora del amplificador operacional (Aunque en el circuito no se indica por motivos de claridad, es preciso bufferear la salida para evitar que la carga del condensador deje de ser linear (p.e., poner un A.O. de ganancia unidad a la salida de diente de sierra)).

A mayor CV mayor corriente de carga para el condensador y, por tanto, menores periodos de señal (mayor frecuencia). El segundo A.O. es un añadido que permite extraer una señal rectangular a partir del oscilador en diente de sierra. PWM (Pulse Width Modulation) es un voltaje que indica el punto de voltaje umbral. Tal y como se ha dibujado la señal diente de sierra; un PWM alto genera una onda cuadrada con semiclos negativos mas grandes que los semiciclos positivos. Un voltaje PWM pequeño genera semiciclos positivos mayores que los negativos. La ventaja de integrar el VCO de la onda cuadrada es evidente: Nos permite un mejor ahorro de circuiteria a la vez que tendremos las dos formas de onda perfectamente sincronizadas.





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