Audiovriendelijke LM311 Comparator Fuzz, stoppen van needle spikes

[Kekke466]

Dag beste mensen, ik heb hier een vraagje voor degene die ervaring hebben met comparator fuzz.

Ik heb een tijd geleden de parasit fuzz gebouwd met LM311.
Link: https://www.parasitstudio.se/building-blog/lm311-comparator-fuzz

De fuzz die hieruit komt klinkt echt wel goed, het is dan ook een heel harde schakelende blokgolf die hier uitkomt. Bijna digitaal.
De spanningsswing die hieruitkomt is ook nogal extreem, ik heb deze al wat proberen te temmen met onderstaand schema.
 
Let op dat de LM311 een open collector heeft dus een Pull up weerstand nodig heeft. Momenteel sluit ik deze aan volgens schema maar heb ontzettend veel last van ruis, de zogenoemde 'needle spikes' die volgens mij via de GND en VCC zich uitbreiden over elke schakeling die op dezelfde 9V voeding zit. De fuzz verziekt dus mijn proper voedingssignaal en grond en hier zoek ik een oplossing voor.

-Ik heb ondertussen al wel wat geprobeerd in de vorm van diodes te zetten van de pull up en 9V voeding. Helaas heeft dit niet zo veel geholpen.
-Extra buffercondensatoren geplaatst
-Opamp buffer
 
Ik weet dat in eerste instantie de LM311 misschien minder geschikt voor audio toepassingen maar ik zit een beetje vast in wat ik nog zou kunnen proberen om de schakelspike ruis te stoppen zodat deze niet doorbloed. Uiteindelijk wou ik deze inbouwen als extra fuzz stage bij een ander pedaal maar met de huidige hoorbare spikes is dit niet OK.

Link huidig breadboard schema:



https://i.imgur.com/S7BN1uL.png
 

[Buzzel]

Hoi,

voed je de VCC 9V nu rechtstreeks met je voeding? Je hebt niet, zoals het originele schema van parasitstudio, de diode en condensator bij 9volt zitten? Of heb je dat in het schema niet getekend?

[Flo]

Ik zou ook:
- Een 10uF tot 47uF condensator toevoegen van Vbias naar aarde zodat deze beter gebufferd is.
- De 9V voeding verder ontkoppelen van de schakeling door een 100 Ohm serie weerstand (voor de gehele schakeling plaatsen).
- De opamp buffer en "limiter" weghalen omdat deze niks toevoegt behalve extra complexiteit.
- De 15K "bias resistor to gnd limiting output signal" verwijderen. Het max uitgang signaal kun je eenvoudig verlagen door een (100k of groter) weerstand in serie voor de volume pot te plaatsen.

Ik ben verder wel benieuwd wat precies "needle spike" en "schakelspike" ruis is en hoe dat klinkt.

[Kekke466]

Hoi,

voed je de VCC 9V nu rechtstreeks met je voeding? Je hebt niet, zoals het originele schema van parasitstudio, de diode en condensator bij 9volt zitten? Of heb je dat in het schema niet getekend?

De diode heb ik niet gezet, de buffer condensator is aanwezig. Momenteel heb ik 100uF en 100nF naar de grond zitten om de comparator te bufferen op de VCC. Misschien zou die diode toch beter afsluiten, ik zal het testen.

[Kekke466]

Ik zou ook:
- Een 10uF tot 47uF condensator toevoegen van Vbias naar aarde zodat deze beter gebufferd is.
- De 9V voeding verder ontkoppelen van de schakeling door een 100 Ohm serie weerstand (voor de gehele schakeling plaatsen).
- De opamp buffer en "limiter" weghalen omdat deze niks toevoegt behalve extra complexiteit.
- De 15K "bias resistor to gnd limiting output signal" verwijderen. Het max uitgang signaal kun je eenvoudig verlagen door een (100k of groter) weerstand in serie voor de volume pot te plaatsen.

Ik ben verder wel benieuwd wat precies "needle spike" en "schakelspike" ruis is en hoe dat klinkt.

-Ik heb momenteel de Vbias reeds gebufferd met 100uF.
-Het ontkoppelen met een weerstand van 47 ohm heb ik ook reeds geprobeerd. Zou 100 ohm verschil maken ipv 47?
-Ja die 15k helpt namelijk wel om die ruis te verminderen, ik dacht om die best zo snel mogelijk op de output te zetten. Zal proberen met de 100k.

Bedankt voor de tips!

Ik heb me werkelijk kapot gezocht op internet maar heb iemand gevonden die het probleem veel beter kan benoemen:

De correcte term is dus denk ik "transients' in het Engels. Als ik het even mag aanhalen, het gaat hier over de Anderton Comparator Fuzz.
Bron: https://www.diystompboxes.com/smfforum/index.php?topic=67377.20

"The only thing I didn't like about it is that there's a DC transient at the start of every note. The resting state of the op amp between notes is always either full-positive or full-negative, so the output cap is charged to the full power supply one way or the other. When the note comes along, the DC level on the output changes to half the DC supply, and so the output after the output cap has a transient to be passed along.
I think if I were working with that today, I'd do a side chain which provided a "note present" gate signal that starts the note off a bit softly. That would open the note with a low gain to the DC transient and soften the "snap" a bit."

Dit is dus exact het probleem dat ik heb en het lijkt me eerder op de output te zitten. Helaas geen directe oplossing, dus ben ik zelf aan het proberen.

[Flo]

Ik neem mijn woorden terug over de 15K "bias resistor to gnd limiting output signal" weerstand. Bij de open collector lm311 is dit een goed idee om te gebruiken om de max uitgangsignaal te beperken. Hoe kleiner je deze maakt, hoe kleiner je uitgangsisgnaal.
Uitgangsignaal van de lm311 is dan tussen 0V en VCC * "bias resistor to gnd limiting output signal" / "pull up resistor open collector".

Een idee is om de emitter (pin 1) van de lm311 en de "bias resistor to gnd limiting output signal" weerstand met Vbias verbinden i.p.v. aarde (als Vbias maar goed ontkoppeld / gebufferd is).
Uitgangsignaal van de lm311 is dan tussen Vbias en  (VCC - Vbias) * "bias resistor to gnd limiting output signal" / "pull up resistor open collector".
Kan zijn dat in rust (zonder ingangsignaal) de uitgang zich al op Vbias instelt, of je kan dit mogelijk forceren door wat "offset balancing" toe te passen via de Balance pinnen.

Ik zit maar wat te brainstormen...

[Flo]

Het is me eigenlijk niet helemaal duidelijk wat eigenlijk het probleem is waar we aan werken.

Is het dat de schakeling teveel ruis geeft op de uitgang?
Of dat de 9V voeding en aarde lijnen zo vervuilt raakt met schakelpulsen van dit circuit, dat andere pedalen hier teveel last van hebben, die ook op deze voeding aangesloten zijn via daisychain?
Of dat je last hebt van een soort transient "tik" als het circuit begint te schakelen op het moment dat er een ingangsignaal aangeboden wordt na stilte?
Of iets anders mss?

Ik hoop dat je dit nog wat kan verduidelijken voor me.

[Kekke466]

Het is me eigenlijk niet helemaal duidelijk wat eigenlijk het probleem is waar we aan werken.

Is het dat de schakeling teveel ruis geeft op de uitgang?
Of dat de 9V voeding en aarde lijnen zo vervuilt raakt met schakelpulsen van dit circuit, dat andere pedalen hier teveel last van hebben, die ook op deze voeding aangesloten zijn via daisychain?
Of dat je last hebt van een soort transient "tik" als het circuit begint te schakelen op het moment dat er een ingangsignaal aangeboden wordt na stilte?
Of iets anders mss?

Ik hoop dat je dit nog wat kan verduidelijken voor me.

Hoi Flo,

Bedankt om me ideeën toe te werpen. Ik heb toch die 47 ohm in serie van de VCC maar gezet.
Die 15k blijft best staan, ik ben er nog uren mee bezig geweest, het idee van die buffer na de comparator was om een soort van isolatie te verkrijgen tegen die schakelpieken.
 

Ik zal even verduidelijken:
Dit is het preciese probleem:  de 9V voeding en aarde lijnen zo vervuilt raakt met schakelpulsen van dit circuit, dat andere pedalen hier teveel last van hebben.

De andere opamps in het circuit 'pikken' die schakeltransiënten dus op, m.a.w. schakel dat fuzz circuit in en de dry/clean lijnen in de schakeling 'bloeden die ruis' naar hun outputs.

Als ik de GND van pin 4 bv (VEE) wegneem stoppen de transiënten ook maar ik denk dat de comparator dan niet helemaal stabiel functioneert.  Momentel hangt pin 4 VEE aan pin 1 GND.
Ik begin ook meer te begrijpen waarom dat origineel Anderton Circuit 'floating ground' is.

Voor de zekerheid de GND ook zo dicht mogelijk naar de voedingspin gebracht 'ster' principe zodat de gnd wat properder blijft maar de situatie verbeterd niet echt.

Ik heb hier ook nog een geluidsclipje proberen up te loaden: https://soundcloud.com/kenny-salien/comparator-transients

Die limiter van 47k en 100k is om het 'unity gain' te krijgen. Als ik die 47k naar de gnd wegneem, wordt de ruis nog erger.
Huidige situatie:

[Flo]

Hoi, Heb je dit nog geprobeerd:
"Een idee is om de emitter (pin 1) van de lm311 en de "bias resistor to gnd limiting output signal" weerstand met Vbias verbinden i.p.v. aarde (als Vbias maar goed ontkoppeld / gebufferd is).
Uitgangsignaal van de lm311 is dan tussen Vbias en (VCC - Vbias) * "bias resistor to gnd limiting output signal" / "pull up resistor open collector".
Kan zijn dat in rust (zonder ingangsignaal) de uitgang zich al op Vbias instelt, of je kan dit mogelijk forceren door wat "offset balancing" toe te passen via de Balance pinnen. "

[Rob.van.Veldhuizen]

Ik lees je bericht wat laat.
Heb je het probleem al kunnen oplossen? Zo nee misschien kun je wat met deze tips?

Ik zie twee bijzonderheden aan de schakeling:

De stabilizer condensator 220pf koppelt het uitgangssignaal in op de VCC 4,5V van je voeding. Daardoor verschuift je referentie spanning en hierdoor kan de LM311 gaan oscilleren en ontstaan de spikes.
Kijk een wat er gebeurt als je deze 220pF verwijdert. Het is beter om een passief RC laagdoorlaarfilter te maken naar de bufferopamp.

Het probleem van LM311 comparators is dat ze geen hysteresis hebben en al omschakelen op 1mV verschil tussen de + en - ingangen. Dit kan leiden tot een elektronische vorm van chronische besluiteloosheid. 
Door het omschakelen van de uitgang kan er via de voedingslijnen een stoorspanning van enkele milivolts tussen de ingangen in de andere richting ontstaan waardoor de comparator weer terug schakelt en gaat oscilleren totdat de verschilspanning groot genoeg is door het aangeboden signaal.
Dit oscilleren kan worden opgelost door de + en - ingang van de LM311 in je schakeling te verwisselen en de + ingang met een hoogohmige weerstand te verbinden met de uitgang.
Dus de + ingang (pin 2) via een weerstand van 10k aansuiten op de 4,5V bias en de - (pin 3) op de ingang zoals eerst pin 2 was aangesloten. Tussen pin 7 en pin 2 zet je een extra weerstandje van 1M.

Doordat de uitgang omschakelt, verschuift door de weerstand van 1M de bias spanning op de + ingang een beetje waardoor de afstand met de - ingang groter wordt. Daardoor blijft de comparator stabieler staan.
Als het goed is ontstaan er geen spikes meer.

[Kekke466]

Wanneer ik de 220pF weghaal merk ik weinig verschil.
Ik zal proberen een LPF er voor te zetten, misschien kan dit de 'triggering' ook nog ten goede komen.
Bedankt voor de tips, ik ga er mee aan de slag en laat mijn bevindingen  weten.

Momenteel heb ik de Vbias [Vbb] (4,5V) lijn van de andere (nabijgelegen) circuits gebufferd met een opamp en dit heeft de 'doorbloeding' van die needle spikes (transienten) helemaal weggehaald. (Extra isolatie dus voor de andere circuits en stabiele Vbias). Ik heb voor de andere circuits dus een extra spanningsdeler gemaakt met 2x 47k, gebufferd met 10uF voor de buffer opamp en 10uF er achter en die Vbias met buffer allemaal naar de andere opamp inputs gelegd.

De Vbias voor de comparator zit nog steeds tussen een aparte spanningsdeler van 2x 220k dus met 100uF buffering nabij.

Ik ben zeer blij dat de spikes nu weg zijn! 
Na weken proberen...
Waarschijnlijk kan er nog wel wat geoptimaliseerd worden maar momenteel is het doorbloedende spike probleem opgelost!

Schakeling momenteel:
https://i.imgur.com/V8zwxqr.png
 

Ik lees je bericht wat laat.
Heb je het probleem al kunnen oplossen? Zo nee misschien kun je wat met deze tips?

Ik zie twee bijzonderheden aan de schakeling:

De stabilizer condensator 220pf koppelt het uitgangssignaal in op de VCC 4,5V van je voeding. Daardoor verschuift je referentie spanning en hierdoor kan de LM311 gaan oscilleren en ontstaan de spikes.
Kijk een wat er gebeurt als je deze 220pF verwijdert. Het is beter om een passief RC laagdoorlaarfilter te maken naar de bufferopamp.

Het probleem van LM311 comparators is dat ze geen hysteresis hebben en al omschakelen op 1mV verschil tussen de + en - ingangen. Dit kan leiden tot een elektronische vorm van chronische besluiteloosheid. 
Door het omschakelen van de uitgang kan er via de voedingslijnen een stoorspanning van enkele milivolts tussen de ingangen in de andere richting ontstaan waardoor de comparator weer terug schakelt en gaat oscilleren totdat de verschilspanning groot genoeg is door het aangeboden signaal.
Dit oscilleren kan worden opgelost door de + en - ingang van de LM311 in je schakeling te verwisselen en de + ingang met een hoogohmige weerstand te verbinden met de uitgang.
Dus de + ingang (pin 2) via een weerstand van 10k aansuiten op de 4,5V bias en de - (pin 3) op de ingang zoals eerst pin 2 was aangesloten. Tussen pin 7 en pin 2 zet je een extra weerstandje van 1M.

Doordat de uitgang omschakelt, verschuift door de weerstand van 1M de bias spanning op de + ingang een beetje waardoor de afstand met de - ingang groter wordt. Daardoor blijft de comparator stabieler staan.
Als het goed is ontstaan er geen spikes meer.

[Flo]

Wat goed dat je de "spikes" heb weggekregen met een gebufferde Vbias!