Nutzung eines normalen 270-Grad Potentiometers in einem Expression-Pedal

Auf der HAM-Radio Messe in Friedrichshafen habe ich beim Flohmarkt günstig ein Pedal für Musikinstrumente gefunden. Da ich schon immer so ein Ding an einen Synthesizer anschliessen wollte, kaufte ich es für ein paar Euro. Es war zwar ein Volumen-Pedal, aber ich dachte, dem Ingenieur ist nichts zu schwer, das wird sich schon irgendwie umbauen lassen. So sieht das gute Stück aus:

Als Vorlage für den Umbau diente der Schaltplan des EV-5 von Roland. Unwichtig war für mich das Minimum Volume Potentiomenter (50kOhm), angeschlossen an moderne Keyboards konfiguriert man den Wirkungsbereich dort sowieso flexibler:

Ganz so einfach war der Umbau dann doch nicht. Natürlich ist in ein Volumen-Pedal ein logarithmisches Potentiometer eingebaut, so dass die Wirkung beim Bewegen des Pedals vollkommen unbrauchbar war: Am Anfang tut sich nichts, dann ändert sich der Wert viel zu schnell. Also musste das Potentiometer gegen ein lineares getauscht werden. Nichts leichter als das, dachte ich, aber da wurde das nächste Problem offensichtlich: Das eingebaute Potentiometer hat nur einen Drehwinkel von ca. 45 Grad! Faszinierend, eine Art Spezialanfertigung für Pedale! Über Google und die einschlägigen Musiker-Foren wurde schnell klar: Sowas bekommt man nicht an jeder Strassenecke, eher: Man bekommt es gar nicht. Ein Schelm wer Böses denkt, so ein wenig scheint es aber schon so, dass die Pedalhersteller mit Absicht diese Art von Potentiometern nicht auf dem Markt anbieten wollen. Schliesslich bringt der Kauf eines neuen Pedals mehr Umsatz als eine Reparatur. Alles andere als nachhaltig und noch mehr ein Grund, jetzt nicht aufzugeben.

Auf der Suche nach einer Lösung erschien es zunächst interessant, wie die Gegenseite im Keyboard aussieht. Hier ein Auszug aus dem Schaltplan eines alten Roland U-20 Keyboards. Das Potentiometer bekommt kurzschlusssicher 5V am oberen Ende der Wiederstandsbahn, Masse am unteren und der Schleifer wird über einen Analog-Digitalkonverter erfasst. Zusätzlich gibt es einen Pull-Up Widerstand nach 5V. Die Schaltung ist defensiv ausgelegt, Kurzschlüsse zwischen den Anschlüssen oder Vertauschungen können ihr nichts anhaben:

Eine Messung an einem Roland FA-06 ergab, dass die Entwickler inzwischen wohl auf die typischen 3,3V umgestellt hatten. Ein Blick auf den EV-5 Schaltplan zeigt, dass eine 10kOhm "Last" offenbar problemlos verkraftet wird. Das wären 330uA. Die Idee: Das reicht für einen Low-Power Operationsverstärker! Nimmt man eine Rail-to-Rail Variante, wie den TS912, dann lässt sich folgende Schaltung realisieren, die den begrenzten Drehwinkel kompensiert und so die Nutzung eines "normalen" 270-Grad Potentiometers ermöglicht. Die nicht benutzte Hälfte des TS912 wird so beschaltet, dass er in einem definierten Zustand ruht:

Die Schaltung passt auch auf ein kleines Platinchen im Pedal, hier noch ohne die im Schaltplan gezeigten Dioden:

Die gesamte Schaltung nimmt gerade rund 300uA auf, von daher kein Problem für Keyboards, die nach dem weiter oben gezeigten Prinzip arbeiten und mindestens 2,7V aber nicht mehr als 16V (mehr verträgt der TS912 nicht) liefern. R4 wurde rein vorsichtshalber eingebaut. Insgesamt kann die Schaltung prinzipbedingt keine "Gefahr" für das Keyboard darstellen. Sie ist zwar aktiv, kann aber keine zusätzliche Energie liefern oder eine Spannung überhöhen. Etwas entgegen der Regeln wurde auf Entkoppelkondensatoren verzichtet, damit auch keine Energiespeicherung in der Schaltung stattfinden kann. Da es nur um niedrigste Frequenzen geht, sollte das kein Problem darstellen. Die Dioden leiten bei Verpolung und schützen so den OP. Ebenfalls keine Gefahr für das Keyboard, es muss ja einen Kurzschluss tolerieren, wie er bei Kabelbruch mit Berührung der Adern, immer vorkommen kann.

Der Abgleich ist Einfach. Zunächst wird die Schraube am Hebel an der Achse des Potentiometers gelöst und das Pedal an die nicht gedrückte Position gestellt. Dann wird die Achse des Potentiometers bis zur GND-Seite gedreht und die Schraube fixiert. Nun wird das Pedal voll durchgedrückt und mit dem Trimmer R3 die Ausgangsspannung auf den Maximalwert eingestellt.

Viel Spass beim Nachbau! Auch wenn das Risiko sehr gering ist: Ich übernehme natürlich keine Garantie! Auf jeden Fall sollte vorher mit einem Multimeter die Ausgangsspannung des Keyboards geprüft werden.