DE1047592B - Frequency divider circuit for electronic musical instruments - Google Patents
Frequency divider circuit for electronic musical instrumentsInfo
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Description
Frequenzteilerschaltung für elektronische Musikinstrumente Gegenstand der beschriebenen Erfindung ist eine Frequenzteilerschaltung für elektronische Musikinstrumente.Frequency divider circuit for electronic musical instruments object The invention described is a frequency divider circuit for electronic musical instruments.
Grundsätzlich sind Frequenzteilerschaltungen für solche Instrumente, insbesondere auch für Elektronenorgeln, bereits in den verschiedensten Ausführungen bekanntgeworden. So hat man, um nur einige Beispiele zu nennen, Schaltungen mit Sperrschwingern vorgeschlagen und gebaut, auch ist eine Ausführung mit LC-Generatoren im Gebrauch. Diese Anordnung hat sich grundsätzlich im praktischen Betrieb bewährt, zeigt jedoch eine gewisse Störanfälligkeit durch einen in der Schaltung enthaltenen Elektrolytkondensator. Sie ergibt eine schwierige Herstellung dadurch, daß der für die Übertragung der Svtichronisierspannung von einer Stufe auf die nächste erforderliche Koppelkondensator sehr genau bemessen sein muß, außerdem weichen die Werte aller Koppelkondensatoren untereinander ab, und schließlich werden nicht alle Schwingungsformen für die bei einem möglichst universellen Musikinstrument geforderten Klänge erzeugt.In principle, frequency divider circuits are used for such instruments, especially for electronic organs, already in a wide variety of designs known. So, to name just a few examples, there are circuits with Blocked oscillators are proposed and built, and there is also a version with LC generators in use. This arrangement has basically proven itself in practical operation, however, shows a certain susceptibility to interference from one contained in the circuit Electrolytic capacitor. It results in a difficult manufacture in that the for the transfer of the synchronization voltage from one stage to the next is required Coupling capacitor must be measured very precisely, in addition, the values of all give way Coupling capacitors from each other, and ultimately not all waveforms for the sounds required for a musical instrument that is as universal as possible.
Weiterhin sind als Frequenzteiler benutzte LC-Oszillatoren bekannt, bei denen mangels einer Gittervorspannung für die Teilerstufen jede Teilerstufe auch im unangestoßenen Zustand für sich selbst schwingt und im Falle der Synchronisation nach beiden Seiten über den Mitnahmebereich hinaus mitgezogen wird, um dann in ein anderes Teilerverhältnis zu fallen, während beim Zurückstimmen jeweils an Stellen innerhalb des Mitnahmebereiches, die von den ersten verschieden sind, das ursprüngliche Teilerverhältnis zurückerlangt wird. Dies erschwert die Abstimmung außerordentlich. Abgesehen davon ist die Rückkopplung dieser bekannten Anordnung nicht ganz phasenrein.LC oscillators used as frequency dividers are also known, in which, in the absence of a grid bias for the divider stages, each divider stage also vibrates for itself in the unimpacted state and in the case of synchronization is dragged along on both sides beyond the take-away area, to then into a different division ratio to fall, while voting back in each case in places within the take-away area that are different from the first, the original Dividing ratio is regained. This makes voting extremely difficult. Apart from that, the feedback of this known arrangement is not entirely phase-pure.
Um allen Mängeln der bekannten Frequenzteiler abzuhelfen, wird bei einer Frequenzteilerschaltung für Musikinstrumente mit Teilerstufen in Dreipunktschaltung, kapazitiver Anodenankoppelung, Gitterankoppelung über einen Hochohmwiderstand und mit niederohmiger Spannungsauskoppelung an den Schwingübertragern erfindungsgemäß die synchronisierende Wechselspannung über einen Hochohmwiderstand, z. B. 1 Megohm, und über eine Kapazität, mit einem im Verhältnis zu diesem größeren kapazitiven Leitwert, der Anode der synchronisierenden Röhre entnommen und dem Gitter der synchronisierten Röhre zugeführt. Infolge der Ausrüstung der Schaltung mit einer Gittervorspannung in den Teilerstufen arbeiten diese nur dann, wenn sie von der synchronisierenden Spannung angestoßen werden. Daraus ergibt sich ein wiederholbarer und genau bestimmter Mitnahmebereich, ohne die Gefahr des »Hinüberziehens« und der damit zusammenhängenden verschwommenen Grenzen, die den Abgleich für ungeschultes Personal schwierig oder unmöglich machen.In order to remedy all the shortcomings of the known frequency dividers, a frequency divider circuit for musical instruments with divider stages in three-point circuit, capacitive anode coupling, grid coupling via a high-ohm resistor and according to the invention with low-resistance voltage decoupling at the oscillating transmitters the synchronizing alternating voltage via a high-resistance resistor, e.g. B. 1 megohm, and have a capacity, with a capacitive one in relation to this larger Conductance, taken from the anode of the synchronizing tube and the grid of the synchronized one Tube fed. As a result of equipping the circuit with a grid bias In the divider stages, these only work if they are from the synchronizing Voltage can be triggered. This results in a repeatable and precisely definite one Take away area without the risk of "being pulled over" and the associated blurry borders that make matching difficult or difficult for untrained personnel to make impossible.
Überdies wird durch die Bemessungsvorschrift ein Mitnahmebereich erreicht, der sich etwa über eine halbe Oktave erstreckt. Ein so großer Sicherheitsfaktor ist erforderlich, weil die Hauptoszillatorstufe zur Erzielung des Frequenzvibrators eine nicht unerhebliche Anodenspannungsmodulation erfährt, die automatisch auch eine Amplitudenmodulation der in den Hauptgeneratoren erzeugten Tonfrequenzspannung nach sich zieht. Dadurch werden die Synchronisationsbedingungen in gewissem Maße erschwert, und es ist deshalb ein größerer, sicherer Mitnahmebereich notwendig.In addition, the dimensioning rule achieves a take-away area, which extends over half an octave. Such a big safety factor is necessary because the main oscillator stage to achieve the frequency vibrator undergoes a not inconsiderable anode voltage modulation, which also automatically an amplitude modulation of the audio frequency voltage generated in the main generators entails. This will reduce the synchronization conditions to some extent difficult, and a larger, safer take-away area is therefore necessary.
Fernerhin müssen bei einem elektrischen Musikinstrument sowohl aus der Oszillatorstufe als auch von allen Teilerstufen Nutzfrequenzen ausgekoppelt werden. Dabei ist wichtig, daß auf jeden Fall Rückwirkungen von jeder Stufe in die vorhergehende vermieden werden, weil diese unerwünscht sind. Auch dies wird durch die Gittervorspannung in den Teilerstufen erreicht, so wird der Gitterstromeinsatz vermieden oder weitgehend unterdrückt, und das Gitter der jeweils nachfolgenden Stufe kann mit Bezug auf die vorhergehende nicht aktiv werden. Die erfindungsgemäße Anordnung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es bedeutet Fig. 1 die grundsätzliche Schaltung, Fig.2 eine vierstufige Anordnung des Frequenzteilers, Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel.Furthermore, in the case of an electric musical instrument, both the oscillator stage and from all divider stages useful frequencies are decoupled will. It is important that repercussions from each stage in the the previous ones should be avoided because they are undesirable. This too is going through If the grid prestress is reached in the divider steps, the grid current is used avoided or largely suppressed, and the grid of each subsequent Stage cannot become active with reference to the previous one. the The arrangement according to the invention is shown in the drawings. It means fig. 1 the basic circuit, Fig. 2 a four-stage arrangement of the frequency divider, 3 shows a further embodiment.
In Fig. 1 übernimmt der aus der Röhre 1, dem Schwingungskreis mit Übertrager 2 und Kapazität 3 gebildete Schwingungserzeuger mit den Koppelelementen 4 und 5 die Rolle des Hauptgenerators. Abweichend ist die Verwendung des Widerstandes 4 am Gitter der Röhre 1 an Stelle der sonst üblichen RC-Glieder. Eine solche Anordnung hat ich als besonders wirksam bei der Erzeugung eines Vibratos durch Anodenspannungsmodulation erwiesen. Diese kommt dadurch zustande, daß sich durch den Einfluß der schwankenden Anodenspannung auch die Schwingamplitude ändert und damit die Wechselstromcormagnetisierung des in der Selbstinduktion des Schwingungskreises enthaltenen Eisens, mithin also der Selbstinduktionswert selbst und damit die Abstimmfrequenz des Schwingungskreises. Die Anodenspannung wird dieser Stufe über den Widerstand 6 zugeführt.In Fig. 1 takes over from the tube 1, the oscillation circuit with Transmitter 2 and capacity 3 formed vibration generator with the coupling elements 4 and 5 the role of the main generator. The use of the resistor differs 4 on the grid of tube 1 in place of the otherwise common RC elements. Such an arrangement I found it to be particularly effective in generating a vibrato through anode voltage modulation proven. This comes about because, through the influence of the fluctuating Anode voltage also changes the oscillation amplitude and thus the alternating current cormagnetization of the iron contained in the self-induction of the oscillation circle, therefore the self-induction value itself and thus the tuning frequency of the oscillation circuit. The anode voltage is fed to this stage via the resistor 6.
Erfindungsgemäß wirddieAnodenwechselspannung nun nicht, wie bisher, über eitre kleine, genau zu kalibrierende Kapazität an die Tellerstufe weitergeleitet, sondern über eine relativ groß bemessene Kapazität 7 - z. B. 25 000, pF, der Wert ist nicht kritisch - und einen hochohmigen Widerstand 8, dessen Wert beispielsweise 1 Megohm beträgt. Die Tellerstufe selbst besteht aus der Röhre 9 und dem Schwingungskreis aus dem Übertrager 10 und der Abstimmkapazität 11, welcher über den Widerstand 12 und den Kondensator 13 an die Röhre angekoppelt ist. Die Anodenspannung wird dieser Stufe über den Widerstand 14 zugeführt.According to the invention, the anode alternating voltage is now not, as before, forwarded to the plate stage via its small, precisely calibrated capacity, but a relatively large capacity 7 - z. B. 25,000, pF, the value is not critical - and a high-resistance resistor 8, its value for example 1 megohm. The plate stage itself consists of the tube 9 and the oscillation circuit from the transformer 10 and the tuning capacitance 11, which via the resistor 12 and the capacitor 13 is coupled to the tube. The anode voltage becomes this Stage fed through resistor 14.
Zur Erzeugung der Gittervorspannung für die Tellerstufe wird in an sich bekannter Weise eine kathodenseitige Spannungsteileranordnung aus den Widerständen 15 und 16 vorgeschlagen, an deren Stelle auch ein Widerstand allein ausreicht, wobei sich jedoch etwas unterschiedliche Wirkungen ergeben. Bei einem Widerstand allein ist nämlich der Schwingungseinsatz der Tellerstufe besser, der Mitnahmebereich jedoch geringer, bei einer Spannungsteiteranordnung hingegen der Schwingungseinsatz etwas schlechter, jedoch der Mitnahmebereich größer. Im ersten Fall beträgt der Mitnahmebreich etwa 6% der Frequenz, im letzten Fall 15016 der Frequenz. Die erzeugte Gittervorspannung für die Tellerstufe liegt etwa in der Größenordnung 10 bis 15 Volt und schwankt mit der benutzten Röhrentype und den Betriebsdaten. Die Widerstände 4, 8 und 12 haben einen Wert von je 1 Megohm, die Widerstände 6 und 14 je 50 Kiloohm und die Kondensatoren 5, 7 und 13 je 25 000 pF.To generate the grid bias for the plate stage, a cathode-side voltage divider arrangement consisting of resistors 15 and 16 is proposed in a manner known per se, instead of which a resistor alone is sufficient, although somewhat different effects result. In the case of a resistor alone, the vibration insert of the plate step is better, but the entrainment area is smaller, with a voltage ladder arrangement, on the other hand, the oscillation insert is somewhat worse, but the entrainment area is larger. In the first case, the take-away range is around 6% of the frequency, in the latter case 15016 of the frequency. The grid bias voltage generated for the plate stage is around 10 to 15 volts and varies with the type of tube used and the operating data. The resistors 4, 8 and 12 each have a value of 1 megohm, the resistors 6 and 14 each 50 kilohm and the capacitors 5, 7 and 13 each 25,000 pF.
Die erzeugte Gittervorspannung ist erforderlich, damit die teilende Frequenz nicht die geteilte Frequenz stört. Dieses wird dadurch erreicht, daß bei einem Tellerverhältnis von 2:1 der Spannungswert der geteilten Frequenz bei jedem positiven zweiten Wellenzug der synchronisierenden Frequenz einen so stark negativen Wert durchläuft, daß auch die Summe beider am Gitter der Synchronstufe noch keine Steuerwirkung ausüben kann.The generated grid prestress is necessary to ensure that the dividing Frequency does not interfere with the shared frequency. This is achieved in that at a plate ratio of 2: 1 the voltage value of the divided frequency at each positive second wave train of the synchronizing frequency one so strongly negative Value runs through that the sum of both at the grid of the synchronous stage is not yet either Can exert tax effect.
Eine störende Rückwirkung von der zweiten Stufe auf die erste durch das Auftreten der geteilten Frequenz zusätzlich zur teilenden Frequenz ist nicht zu befürchten, da zunächst durch die Spannungsteileranordnung, die im wesentlichen durch die Widerstände 8 und 6 gebildet wird, nur ein Bruchteil der in der zweiten Stufe vorhandenen Wechselspannung an der Anode der ersten Stufe erscheint und da ferner durch die Selektivität des Schwingkreises, sofern die Spannung hier abgenommen wird, der letzte störende Rest verlorengeht.A disruptive reaction from the second stage to the first the occurrence of the divided frequency in addition to the dividing frequency is not to be feared, because initially by the voltage divider arrangement, which is essentially formed by resistors 8 and 6, only a fraction of that in the second Stage existing alternating voltage at the anode of the first stage appears and there also through the selectivity of the resonant circuit, provided that the voltage has decreased here the last disturbing residue is lost.
An den Schwingkreisen kann durch eine geeignete Ankopplung eine relativ obertonarme Spannung abgenommen werden, so, wie sie beispielsweise für Flötenklänge erforderlich ist. An der Kathode der Röhre 9 hingegen entsteht, wie dieses auch schon von anderen Systemen her bekannt ist, eine recht obertonreiche Spannung mit annähernder Rechteckform, die für Streicher- und Zungenklänge verwendbar ist. Auch diese Spannung kann selbstverständlich durch eine geeignete Ankopplung entnommen werden.By means of a suitable coupling, a relative Tension with little overtone can be picked up, as it is for example for the sound of a flute is required. On the other hand, at the cathode of the tube 9, like this one too is already known from other systems, with a tension that is quite rich in overtones approximately rectangular shape, which can be used for string and reed sounds. Even this voltage can of course be taken by a suitable coupling will.
Ein Ausführungsbeispiel einer vierstufigen Anordnung mit den erfindungsgemäß angegebenen Kombinationsmerkmalen, jedoch mit einigen kleinen Abwandlungen, ist in Fig. 2 dargestellt. Hier erkennt man zunächst die Auskoppelwicklungen 17 und 18 av den Übertragern 2 und 10, welche beispielsweise bei einer niederohmigen Ankopplung eine Impedanz von 6 Ohm aufweisen. Ferner fehlt in der Übertragungsleitung (Synchronisierleitung) die Kapazität 7. Diese Kapazität, die bei der Schaltung Fig. 1 die Aufgabe hat, die Anodengleichspannung der Röhre 1 vom Gitter der Röhre 9 fernzuhalten, ist bei der Anordnung gemäß Fig. 2 nicht notwendig, da hier das zur ersten Stufe gehörende Ende des Widerstandes 8 nicht an Anodenspannung, sondern auf Nullpotential liegt. Der Wert der übertragenen Wechselspannung ändert sich hierdurch nicht.An embodiment of a four-stage arrangement with the inventive specified combination features, but with a few minor modifications shown in FIG. Here you can first see the decoupling windings 17 and 18 av the transformers 2 and 10, which, for example, with a low-resistance coupling have an impedance of 6 ohms. Also missing in the transmission line (synchronization line) the capacitance 7. This capacitance, which has the task in the circuit of Fig. 1, to keep the anode DC voltage of the tube 1 away from the grid of the tube 9 is at the arrangement according to FIG. 2 is not necessary, since here the one belonging to the first stage The end of the resistor 8 is not at the anode voltage, but at zero potential. This does not change the value of the transmitted alternating voltage.
Während die Röhre 1 ihre Anodenspannung aus einer gesonderten Leitung bezieht, werden die Röhren 9, 19 und 20 aus einer anderen Leitung gemeinsam mit Anodenstrom versorgt. Hierbei ist die Anodenspannung der zur Röhre 1 führenden Leitung in dem Fall, in dem ein Vibrato verlangt wird, im Rhythmus der betreffenden Frequenz moduliert (z. B. 7 Hz), während die zu den Röhren 9, 19 und 20 führende Leitung unmoduliert bleibt. Durch den Mitnahmebereich der synchronisierten Stufen überträgt sich das in der ersten, der Hauptstufe, neben einer Amplitudenmodulation vorhandene Frequenzvibrato auf die weiteren Stufen, die Tellerstufen. Durch die im Instrument erforderliche Gesamtzahl der Generatoren, von denen zwölf - entsprechend den zwölf Halbtönen einer Oktave - der höchsten Oktave Hauptgeneratoren sind, würde bei einer Modulation sämtlicherAnodenströme die Leistungsbeanspruchung des Vibratoigenerators zu hoch, was durch. die geschilderte und an sich bekannte Maßnahme vermieden wird.While the tube 1 its anode voltage from a separate line refers, the tubes 9, 19 and 20 from another line are shared with Anode power supplied. Here is the anode voltage of the line leading to tube 1 in the case where vibrato is required, to the rhythm of the frequency concerned modulated (e.g. 7 Hz), while the line leading to tubes 9, 19 and 20 remains unmodulated. Transmits through the entrainment area of the synchronized stages that which is present in the first, the main stage, in addition to an amplitude modulation Frequency vibrato on the other levels, the plate levels. Through the in the instrument required total number of generators, of which twelve - corresponding to the twelve Semitones of an octave - the main generators of the highest octave would be at one Modulation of all anode currents the power requirement of the vibrato generator too high what by. the described and known measure is avoided.
Eine weitere Schaltungsanordnung, die sich aus dem Erfindungsgedanken ergibt, ist in Fig. 3 dargestellt. Da die Abstimmkapazitäten nicht aus Trimmern zu bestehen brauchen, sind hier parallel zu den Trimmern 3 und 11 feste Kapazitäten 21 und 22 angeordnet. Bei einer hinreichenden Anzahl von Festkapazitäten kann man auch, zumindest teilweise, ohne Trimmer auskommen. WeitereAbgleichmöglichkeiten ergeben sich durch die Veränderung der Selbstinduktionswerte der Schwingübertrager in gewissen Grenzen, sei es durch in den Luftspalt des Blechpakets geschobene Abgleichbleche, öder durch Anbringung von Anzapfungen an den Spulenenden. Dadurch werden Veränderungen in der Größenordnung von 1% des Selbstinduktionswertes an einem Spulenende erreicht und am anderen Spulenende solche von 2% des Selbstinduktionswertes. Man kann auch beide soeben beschriebenen Maßnahmen untereinander oder mit anderen kombinieren.Another circuit arrangement resulting from the inventive concept is shown in FIG. 3. Since the voting capacity is not made up of trimmers need to pass, there are fixed capacities parallel to trimmers 3 and 11 21 and 22 arranged. With a sufficient number of fixed capacities, one can also, at least partially, do without a trimmer. Further matching options result from the change in the self-induction values of the oscillating transmitters within certain limits, be it through adjustment plates pushed into the air gap of the laminated core, or by attaching taps to the coil ends. This creates changes in the order of 1% of the self-induction value achieved at one end of the coil and at the other end of the coil they are 2% of the Self-induction value. You can also do both of the measures just described with each other or with others combine.
An Stelle der Spannungsteiler in den Kathodenkreisen sind im Schalbeispiel in Fig. 3 Festwider--tände 24 und 25 vorgesehen, wobei an den Kathoden der Röhren 1 und 9 die obertonreichen Wechselpa nnungen abgenommen werden. Im vorliegenden Beispiel wird auch die erste Röhre zur Erzeugung obertonreicher Wechselspannungen herangezogen.Instead of the voltage divider in the cathode circuits, the circuit example shows 3, fixed resistors 24 and 25 are provided, with the cathodes of the tubes 1 and 9, the alternating voltages rich in overtones are removed. In the present Another example is the first tube for generating alternating voltages rich in overtones used.
Wie aus der Darstellung in Fig, 3 schließlich zu sehen ist, kann parallel zum Gitterwiderstand 4 auch eine Kapazität 23 angeordnet werden. wodurch dann -,atomatisch die vom Audion her bekannte Schwingspannungsbegrenzung wirksam wird. Hierdurch erlibt sich zwangläufig eine kleinere Schwingamplitude am Schwingkreis und auch ein geringerer Einfluß der Anodenspannung auf die Abstimmdaten, also auf die Stimmung. Nachteilig kann sich dieses nur auswirken, wenn ein großer Frequenzhub verlangt wird. Die Frequenzmodulation kann jedoch auch durch andere Mittel und Methoden erzeugt werden, beispielsweise in an sich belzannter Art durch rhythmisch hinzu- und abgeschaltete Zusatzkapazitäten in den Abstimmkreisen oder durch rotierende Zusatzdreh-1_ondensatoren.As can finally be seen from the illustration in FIG. 3, parallel a capacitor 23 can also be arranged for the grid resistor 4. whereby then -, atomatic the oscillation voltage limitation known from Audion becomes effective. This gives you Inevitably there is a smaller oscillation amplitude on the oscillating circuit and also a lower one Influence of the anode voltage on the tuning data, i.e. on the mood. Disadvantageous this can only have an effect if a large frequency deviation is required. The frequency modulation however, it can be generated by other means and methods, for example in an inherently belzannter way by rhythmically switched on and off additional capacities in the tuning circuits or by rotating additional rotary 1_capacitors.
Selbstverständlich ist es im Sinne der Erfindung unerheblich. ob als Hauptgenerator eine Schaltung der angegebenen oder beschriebenen Art verwendet wird oder irgendeine andere hierfür geeignete, an sich bekannte Schwingschaltung. Wesentlich ist, insbesondere in den Tellerstuten, die Art der Gittervorspannungserzeugung, die Art der Übertragung der Synchronspannungen und die Abnahme der obertonreichen Komponenten.Of course, it is irrelevant in the context of the invention. whether as Main generator a circuit of the specified or described type is used or any other oscillating circuit known per se suitable for this purpose. Essential is, especially in the plate mares, the type of grid prestress generation, the type of transmission of the synchronous voltages and the decrease in the overtone-rich Components.
An Stelle der in den Schaltbeispielen angegebenen Einzeltrioden können auch Doppelröhren zur Verwendung gelangen, und überhaupt können für die Hauptstufe beliebige andere der Gesamtanordnung entsprechende Schwingschaltungen Verwendung finden.Instead of the individual triodes specified in the switching examples, double tubes can also be used, and in general can be used for the main stage any other oscillating circuits corresponding to the overall arrangement are used Find.
Während die aus den Generatoren stammenden obertonarinen Schwingungen zweckmäßig niederohmig abgenommen und durch Schließkontakte geschaltet werden, geschieht die Abnahme der obertonreichen Spannungen vorzugsweise hochohmig, wobei zur Vermeidung von kapazitivem Übersprechen die nicht gespielten Töne hinter Entkopplungswiderständen kurzgeschlossen werden und nur bei den gespielten Tönen die Kurzschlüsse freigegeben werden.While the overtone-pure oscillations originating from the generators expediently removed with low resistance and switched by closing contacts, happens the decrease in voltages rich in overtones is preferably high-impedance, whereby to avoid it of capacitive crosstalk, the unplayed tones behind decoupling resistors short-circuited and only released the short-circuits for the played notes will.
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