WaveShaper Saw2Tri ノコギリ波→三角波変換の実験

以前シミュレーションした、NPNトランジスタでノコギリ波を三角波に変換する回路を、ブレッドボードで実験しました。

この回路はAnalog 2.0のVCOをもとに実験させてい頂いております。

Analog 2.0: https://gaje.jp/analog20/

シミュレーション回路図

過渡解析

一見トランジスタのただのエミッタ接地のようですが、ベース電流Ibがほとんど流れない活性領域と、Ibが流れ出す飽和領域で動作が切り替わります。

活性領域では普通のエミッタ接地のように(むしろエミッタ接地ではこの領域に収まるようにバイアス電圧などを調節する)出力が反転、飽和領域はトランジスタをスイッチング動作させる場合に使いますがコレクタ電流がベース電流に比例するようになります。トランジスタのIC-VCE特性によるものですがほとんど直線的に切り替わるのはちょっとびっくりします。

R1の値でコレクタ電流を調整しますが、シミュレーションではR1=12kΩ付近で特性が切り替わるポイントが噛み合い、出力が三角波状になります。

ブレッドボード配線図

Tr:2SC1815-GR

入出力波形

トリムを調節して三角波にした状態です。出力は-1.1V～+4.2V程度の振幅になっています。

増幅とバイアス

出力の振幅を±5Vにしたいので後段にアンプを入れます。

シミュレーション回路図

U1周りは非反転増幅回路にVREF(+5V)からR6を通してバイアスを掛けた増幅回路です。

過渡解析

出力はほぼ±5Vの三角波になっています。

ブレッドボード配線図

Tr:2SC1815-GR

入出力波形

出力の振幅がほぼ±5Vになっています。

出力される三角波の波形の対象性はとれていませんが、なかなか興味深い回路だと思います。

Wave Shaper のこぎり波から三角波への変換

プログラムで波形のバリエーションを増やすのは割と簡単ですが、アナログ回路で実現するにはそれなりの技が必要です。

今まで検証したVCOは、矩形波・三角波発生回路、のこぎり波発生回路の2つです。WaveShaperを使って、これを元に波形のバリエーションを増やします。

今回は、のこぎり波を三角波に変換するWaveShaperをシミュレートします。方法はいろいろありそうですが、Analog2.0で使われているトランジスタの特性を利用したものと、反転・非反転波形をダイオードで整流するものを検証します。

参考
「Analog2.0」
「Music From Outer Space」さんの「Sawtooth To Triangle Wave Converter」

トランジスタの特性を利用

シミュレーション回路図

過渡解析

±5Vp-pののこぎり波を入力して、VREFの電圧値を変化させてのこぎり波→三角波変換を行っています。「達人と作る アナログシンセサイザー自作入門」に回路の動作の説明がありますが、正直よくわかってません。

この回路は、Moogによって設計されたそうです。またもやMoogの恐ろしさを痛感しました。

参考
「CIRCUIT LAB」さんの「Moog sawtooth to triangle converter 01 」

基本的にはトランジスタ1個で済むので節約できてありがたいのですが、デメリットもあります。入力の振幅や電源/VREFの電圧にシビアで、調整が必須です。

ダイオードで整流

シミュレーション回路図

過渡解析

こちらは、入力波形の振幅が±1Vp-pでも三角波に変換できます。OPAMPを使っているので記事を読めば回路の動作はわかりやすいと思います。波形にギャップが発生していますが、これはダイオードのスイッチング速度によるようです。