VCO 3

VCO = Voltage Controlled Oscillateur, Oscillateur commandé en tension.

Il est parfois intéressant de réaliser un VCO simple et sans grandes prétentions, pour intégrer dans une réalisation "amateur" telle qu'un jouet musical ou indicateur de niveau sonore par exemple. Le présent article montre qu'il n'est pas forcement nécessaire d'avoir recours à un circuit intégré pour réaliser un VCO, et donne en pour exemple un séquenceur musical 10 voies permettant de générer une suite de 10 notes dont la hauteur peut être ajustée de façon individuelle.

Le schéma

Voici donc le schéma d'un VCO simple, construit autour d'un transistor UJT (transistor unijonction) de type 2N2646.

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Le transistor UJT n'est pas un composant aussi rependu que le transistor NPN, et c'est bien dommage car il permet des choses bien pratiques. Il permet entre autre de réaliser un oscillateur ou un générateur d'impulsions de façon très simple, puisqu'il suffit de lui adjoindre trois résistances et un condensateur. C'est ce qui est fait ici, et on a bien affaire à ce qu'on appelle un oscillateur à relaxation. Mais au lieu de relier la résistance R1 entre émetteur du transistor et le pôle positif de l'alimentation (+V) comme cela se fait la plupart du temps, la résistance est déconnectée du +V et reçoit directement la tension de commande. Il est ainsi possible de modifier la fréquence d'oscillation du circuit en modifiant la tension de commande. Cette façon de faire n'est pas professionnelle pour un sou mais elle est tellement simple à mettre en oeuvre qu'il serait dommage de l'oublier définitivement.

Le transistor Q2 est monté en suiveur de tension et permet de prélever le signal délivré par l'UJT sans trop perturber son fonctionnement, tout en présentant une sortie à basse impédance. La plage de fréquence est déterminée par la valeur des composants qui entourent Q1, et plus particulièrement R1 et C1. Avec les valeurs du schéma, la fréquence de sortie varie de 300 Hz à 3 KHz environ, pour une tension de commande évoluant entre 6V et 9V. En dessous de 6V, l'oscillateur décroche ou n'est plus très stable parce que le condensateur C1 n'a plus assez de tension pour se charger suffisamment et rendre conducteur le transistor UJT (quand l'UJT devient conducteur, le condensateur C1 se décharge brutalement dans R3 et le cycle de charge recommence). Malgré cette limitation, on arrive à obtenir une plage de variation d'un peu plus de trois octaves, ce qui permet déjà de jouer des petits airs de musique simples.

Exemple d'un séquenceur musical 10 voies

Le schéma qui suit montre comment on peut réaliser simplement un petit séquenceur jouant dix notes les unes après les autres, en utilisant l'oscillateur BF vu avant. L'oscillateur rythmant le tout est construit autour d'un transistor UJT. Déjà vu quelque part ?

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La base de temps principale (oscillateur rythmique)

L'oscillateur rythmant le séquencèrent des notes est basé sur le transistor UJT Q3, qui produit des impulsions à intervalles réguliers. Il s'agit exactement du même type d'oscillateur que celui décrit au paragraphe précédent, la différence entre les deux ne concerne que la fréquence des impulsions. Le premier oscillateur travaille en très basse fréquence (imaginez un métronome - ou autre chose - qui fait tac-tac), et le second oscillateur travaille en basse fréquence, dans la bande des signaux audibles. Les impulsions de l'oscillateur rythmique étant d'amplitude incompatible avec l'entrée d'horloge du circuit intégré qui fait suite (IC1, CD4017), un transistor plus classique de type NPN (Q4, 2N2222) est ajouté pour faire fonction d'interface de niveau électrique. La vitesse de séquencèrent est rendue variable par le potentiomètre RV11.

Le séquenceur 10 notes

Le séquenceur est ici construit autour d'un CD4017 (IC1), compteur à dix étages qui dispose d'une entrée d'horloge et de dix sorties indépendantes, dont une seule est active à la fois. Les sorties s'activent les unes après les autres, au rythme des impulsions appliquées sur l'entrée d'horloge. C'est typiquement le genre de circuit intégré qu'on découvre quand on réalise son premier chenillard lumineux. Quand une sortie est active, elle est au niveau haut, avec une tension de l'ordre de 9V. Cette tension de 9V est envoyée au VCO qui fait suite, au travers d'un potentiomètre permettant de régler la note désirée : RV1 règle donc la note N°1, qui est jouée quand la sortie Q0 du CD4017 est activée. RV2 règle la note N°2, qui est jouée quand la sortie Q1 du CD4017 est activée. Etc. Les diodes D1 à D10 permettent d'isoler chaque sortie des autres.

Remarques 

- La tension de sortie peut descendre en dessous de 6V, c'est voulu car cela permet de rendre muette toute sortie désirée.

- Vous pouvez utiliser soit des potentiomètres ajustables si le but final est de construire une boite à musique à mélodie fixe, soit des potentiomètres classiques de tableau si c'est pour permettre à vos enfants de jouer avec. C'est le mode que je préfère. Il peut être nécessaire dans ce cas de brider la puissance de sortie car un engin tel que celui-ci oublié dans un coin et jouant indéfiniment la même chose finit toujours par agacer un peu (comme tout jouet d'enfant dont le volume sonore est trop élevé et dont les sonorités sont toujours les mêmes). Ou alors vous installez un petit système d'extinction automatique s'activant quand aucun potentiomètre n'a été manipulé pendant au moins 5 minutes. Là, je vous laisse chercher comment faire ;-)

Le VCO (générateur sonore)

C'est la partie qui a été vue en tout début d'article. La tension variable issue du séquenceur (au travers des potentiomètres et des diodes) permet de modifier la fréquence du générateur BF, et donc de produire la note désirée.

Un séquenceur avec plus de voies ?

Il est bien entendu possible de concevoir un séquenceur permettant de jouer plus de 10 notes, basé sur le principe décrit ici. Avec des moyens relativement simples, on peut pousser le nombre de voies à 16 ou même 32. Mais si vous recherchez un séquenceur de 64 ou 128 notes - ou plus - dites-vous bien que cette méthode commence à devenir particulièrement lourde, et qu'il existe sans doute d'autres moyens de parvenir à ce but. Moi-même me suis amusé avec ce genre d'engin simplifié, mais je suis honnête avec vous : pour mes compositions sonores "sérieuses", je préfère me rabattre sur mon séquenceur logiciel. Attention, je ne dis pas que pour aller plus loin dans ce domaine purement analogique, la chose devient horrible, je sais qu'il existe de part le monde de merveilleuses réalisations, pleines de lumières et pleines de boutons en tous genres, qui permettent de sortir des sons d'une grande richesse. Mais en ce qui me concerne, je dispose de tellement peu de temps pour faire tout ce que je veux, que je ne peux pas me permettre de me lancer dans de tels circuits.
 

 

 

 

 

 

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