Das JFET-Theremin
Nachdem
alle Stufen einzeln entwickelt wurden, soll nun das ganze Theremin zu
einer Schaltung zusammengefügt werden. Beide frei schwingenden
Oszillatoren verwenden jetzt Spulen mit 1 mH. Bei 470 kHz braucht man
dazu 115 pF. Die Kapazität der Antenne wurde mit 5 pF gemessen. Bei
Annäherung der Hand auf wenige Zentimeter stieg die Kapazität auf 6 pF.
Diese kleine Änderung von nur einem Pikofarad führt rein rechnerisch zu
einer Frequenzänderung von 2 kHz. Da hätte man nur einen Spielbereich
sehr nahe an der Antenne. Die Verlängerungsspule mit 4,7 mH wirkt sich
so aus, dass die Kapazitätsänderung am unteren Spulenende stark
vergrößert wird.
Auch der Dip-Oszillator wird nun mit 1 mH
betrieben. Für die Verlängerungsspule mit der Volume-Antenne wurde eine
Eigenresonanz bei 600 kHz gefunden. Der frei schwingende Oszillator
muss daher auf etwa 600 kHz abgestimmt werden, was eine Kreiskapazität
von insgesamt 70 pF erfordert. Bei 600 kHz entzieht der Antennenkreis
dem Oszillator so viel Energie, dass die Regelspannung auf -2,5 V
einbricht. Verstimmt man den Antennenkreis durch Annäherung mit der
Hand, steigt die Oszillator-Amplitude soweit an, dass die Regelspannung
-3,5 V erreicht.
Die Antennenspule mit 4,7 mH kommt mit
insgesamt 26 pF in Resonanz bei 600 kHz. Der Großteil dieser Kapazität
geht auf die Eigenkapazität der Wicklung zurück, nur der kleinere Teil
auf die Antenne. Eine Änderung von einem Pikofarad bei Annäherung der
Hand verstimmt die Resonanzfrequenz um 12 kHz. Das reicht
offensichtlich für den gewünschten Dip aus.
Als letztes wurde
der Gain-Amp entwickelt. Die Verstärkung wird über die Gate-Spannung
geregelt. Bei -3,5 V ist der FET vollständig gesperrt, das
Ausgangssignal ist auf Null heruntergesteuert. Bei -2,5 V am Gate hat
man bereits eine hohe Verstärkung. Der steuerbare Verstärker wird in
Gate-Basisschaltung betrieben. Das Signal wird am Source-Anschluss
zugeführt und am Drain ausgekoppelt. Der Dip-Oszillator muss so
eingestellt werden, dass er die passende Regelspannung liefert, sodass
man bei Annäherung mit der Hand das Signal völlig ausstellen kann.
Zuletzt wurden noch die Tiefpassfilter im NF-Bereich angepasst, sodass
möglichst geringe HF-Reste am Ausgang stehen.
Der
Aufbau auf einer durchgehenden Kupferfläche hat den Vorteil einer guten
Masseverbindung und Entkopplung der einzelnen Stufen. Wenn irgendwo
Masse gebraucht wird, ist sie auf dem kürzesten Weg erreichbar. Diese
Aufbautechnik mit kleinen Platinen-Stückchen ist auch für komplexere
HF-Projekte auf höheren Frequenzen zu gebrauchen. Eine weitere wichtige
Erfahrung aus diesem Projekt ist, dass ein Oszillator mit einem JFET
extrem frequenzstabil und unempfindlich gegen Schwankungen der
Betriebsspannung ist.
Bei
allen Vorversuchen war die Schaltung geerdet, weil sie über ein
geerdetes Labornetzteil versorgt wurde. Als aber alles fertig in
das Gehäuse eingebaut wurde und die Versorgung auf Batterien umgestellt
wurde, gab es zunächst Probleme mit einer starken Beeinflussung
zwischen Pich und Volume. Wenn das Gerät geerdet wird, sind diese
Probleme sofort verschwunden. Ist ja auch klar, ohne Erdung schaltet
man zwei Handkapazitäten in Reihe, da müssen sie sich ja beeinflussen.
Und jetzt kann musiziert werden. Man gewöhnt sich relativ schnell dran, rechts die Tonhöhe, links die Lautstärke.
Erfahrungen von Hubert Eichler
Habe
den Pitch-Teil Ihrer Schaltung aufgebaut und muss sagen: fantastisch!
Schaltung klappt auf Anhieb und der Klang stellt die üblichen
Schaltungen, von denen ich einige nachgebaut habe, weit in den
Schatten. Ganz große Klasse!!! Den Drehko habe ich aus einem
Pollin-UKW-Modul ausgebaut. Da er nur 300 pF hat, wurde er angepasst.
Problem hatte ich mit dem Keramik-Resonator. Habe ihn nach einiger
Suche bei WILLIGES-Elektronik als Restposten gefunden. Das Signal
greife ich am eingezeichneten Punkt ab, da hier der Pegel wesentlich
höher ist. Was sagen Sie dazu?
- Der Mixer lief mit reichlich
Gegenkopplung, damit das Ausgangssignal möglichst wenig Abweichungen
von der reinen Sinusform hat. Mit der veränderten Auskopplung könnte
man mehr NF-Spannung, aber vielleicht einen etwas anderen Klang
bekommen. Zum Keramikoszillator: Bei Reichelt gibt es noch den CSB485,
der müsste auch gehen. Ich habe nur deshalb 470 kHz verwendet, weil ich
aus dem alten Projekt Elektor-DRM-Empfänger noch einige Resonatoren
hatte.
Die Theremin-Platine
Roger hat das JFET-Theremin zu einem nachbausicheren Bausatz
entwickelt, der nun auch im Aachen Maker Meetup erprobt wird. Hier die
Einladung dazu: https://www.meetup.com/de-DE/aachen-maker-meetup/events/293978174/
"Am kommenden Samstag, den 10.6.23, von 13 bis 19 Uhr veranstalten wir
vom Aachen Maker Meetup einen besonderen Workshop, bei dem Du Dir
Deinen eigenen Theremin bauen kannst. Als erstes elektronisches
Musikinstrument der Welt feierte er gerade seinen 100. Geburtstag und
hat längst Kultstatus erlangt, ob in „Good Vibrations“ von den Beach
Boys, in der "Big Bang Theory" oder in der neuen Serie „The Big Door
Prize“.
