Riccardo Monti

VCA  Voltage Controlled Amplifier

Il VCA, è un amplificatore di segnali audio, che utilizza la tensione come mezzo per controllare il guadagno.

In pratica il VCA si comporta come il potenziometro del volume audio, che si comanda con una tensione di controllo; maggiore è la tensione, maggiore sarà il segnale che lascia passare.

Il VCA è utilizzato quasi esclusivamente sotto controllo del generatore d’inviluppo ADSR.

Descrizione del circuito

La figura 1 mostra un esempio di applicazione del V.C.A. collegato al V.C.O. e controllato dall'ADSR.

figura 1. applicazione tipica

L’utilizzo del VCA è indispensabile perché il segnale di uscita dal VCO è continuo, indipendentemente dal fatto che il tasto della tastiera sia premuto o meno; il VCA, serve per poter eliminare il segnale audio che esce dal V.C.O., quando il tasto è rilasciato.

Quando nessun tasto è premuto la tensione in uscita dall'ADSR, è zero, e quindi il guadagno del VCA è zero; il segnale in uscita dal V.C.O. non è presente all'uscita del V.C.A.

Premendo un tasto si genera una tensione di «Gate» che fa partire l'ADSR.

La tensione in uscita dall’ADSR, raggiunge un massimo per poi ridiscendere a zero al rilascio del tasto stesso.

Il VCA è controllato dalla tensione in uscita dall'ADSR; il segnale in uscita seguirà la forma dell’inviluppo.

Un circuito VCA è normalmente composto da un moltiplicatore a due quadranti, ossia un circuito che presenta all'uscita una tensione che è direttamente proporzionale al prodotto delle tensioni ai suoi ingressi, a patto che la tensione di controllo all'ingresso V sia positiva.

Inserendo all'ingresso X un segnale audio, l'ampiezza del segnale in uscita sarà funzione della tensione di controllo inserita nell'ingresso V;  una tensione negativa inserita nell'ingresso V viene ignorata dal V.C.A..

Tutte le tensioni di controllo devono essere positive.

Per evitare questo inconveniente, in serie all'ingresso V, è stato inserito un amplificatore a valore assoluto, così che le tensioni negative siano rese positive e abbiano influenza sul guadagno del VCA.

All’ingresso del canale di controllo V, del VCA, c’è un circuito sommatore, che con l’aggiunta di un controllo manuale (tensione di BIAS), contribuisce al guadagno generale che non deve superare il limite di saturazione indicato da un LED.

Tramite un commutatore, è possibile selezionare la curva di controllo del VCA in modo lineare o esponenziale.

Queste due curve di controllo sono utilizzabili separatamente.

E’ possibile utilizzare tensioni di controllo simmetriche rispetto allo zero, necessarie per ottenere effetti diversi (tremolo, vibrato, ecc.).

Gli ingressi del canale audio (X) nel VCA sono tre, muniti ciascuno del proprio potenziometro per attenuazione del segnale relativo.

Il VCA, per amplificare anche frequenze bassissime, come ad esempio i segnali provenienti dal LFO (Low Frequency Oscillator), il canale audio è accoppiato in continua, ma, tramite deviatori presenti sul pannello frontale, interponendo in serie agli ingressi audio, un condensatore, è possibile l’accoppiamento in alternata.

Anche il canale audio, come quello di controllo è soggetto a sovraccarico, quando la somma delle tensioni presenti negli ingressi supera il limite di sovraccarico; non si è aggiunto l’indicatore LED perché si sente a “ orecchio” che il VCA è in saturazione.

Questa distorsione può anche essere utilizzata per ottenere effetti particolari.

schema elettrico del VCA

IL VCA si compone di quattro stadi principali:

• Moltiplicatore a due quadranti.
• Amplificatore a valore assoluto.
• Convertitore esponenziale.
• Indicatore di sovraccarico.

Il moltiplicatore a due quadranti è composto dal doppio transistore Q1, dall'integrato IC1 e da un convertitore tensione/corrente formato dalla prima metà dell'integrato IC3.

Il guadagno di Q1 è direttamente proporzionale alla corrente che viene fatta scorrere in esso da IC3 e quindi dalla tensione presente all'ingresso di esso.

Sui collettori di Q1 avremo quindi un segnale la cui ampiezza sarà funzione della tensione di controllo applicata a IC3.

L'integrato IC è necessario per amplificare solo il segnale differenziale presente sui collettori di Q1, eliminando i segnali di modo comune.

L'amplificatore a valore assoluto, è un rettificatore di precisione a doppia semionda, è composto dall'integrato IC2, dal diodo D1 e dalle resistenze R13 - 14 - 15 - 16. ed ha un guadagno di circa 0,5.

convertitore esponenziale

Il convertitore esponenziale è formato dai due amplificatori contenuti in IC4 e dal transistore Q2, per ottenere la funzione di trasferimento richiesta, si è usata la caratteristica VBE/lc di un transistore bipolare

che non è molto sensibile ad eventuali variazioni di ampiezza.

Escludendo dal circuito il transistore Q2 tramite il deviatore SW4, la caratteristica di controllo diventa lineare.

indicatore di sovraccarico

L'indicatore di sovraccarico è costituito dal secondo amplificatore contenuto in IC3 collegato come trigger di Schmitt.

La tensione al suo ingresso è la stessa presente all'ingresso del convertitore V/I del moltiplicatore a due quadranti, che passa nella condizione ON, accendendo il led di sovraccarico, ogni qualvolta la tensione presente all'ingresso del convertitore supera il massimo consentito.

Nel modulo del VCA sono presenti due circuiti identici e possono essere utilizzati indipendente uno dall'altro, oppure possono essere accoppiati in modo da ottenere un modulatore ad anello.

schema modulatore ad anello

la modulazione ad anello è utile per imitare i suoni emessi dalle campane, dalle campane tubulari a di altri strumenti musicali con una frequenza di risonanza propria