Устройства эффекта Distortion на полевых транзисторах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Музыканту

 Комментарии к статье

В статье рассмотрены усилительные устройства, реализующие эффект Distortion для электрогитары. Это самый используемый электроакустический эффект, который применяют гитаристы на протяжении многих лет, его звучание знакомо даже начинающему исполнителю. В настоящее время существует множество видов устройств, реализующих этот эффект, но все они различаются схемотехническим построением и придают звучанию разный оттенок.

Описываемые устройства по характеру звучания напоминают эффект Distortion, достигаемый в аналогичных конструкциях на электронных лампах, но выполнены они на полевых транзисторах.

В сравнении с биполярными транзисторами и электронными лампами полевые транзисторы (ПТ) с p-n переходом имеют ряд положительных качеств: высокое входное сопротивление, возможность питания низким напряжением (для удобства использования большинство подобных устройств питаются от компактной батареи напряжением 9 В), малый шум, небольшая нелинейность проходных характеристик.

Пожалуй, основной недостаток этой группы транзисторов - существенный разброс параметров в пределах даже одной партии, и это создает определенные трудности при отладке устройства.

Узлы устройства

Входной усилитель осуществляет предварительное усиление сигнала гитары, проводя заодно (но не всегда) и частотную обработку сигнала: спад АЧХ на частотах ниже 100...700 Гц или выделение полосы частот в районе 0,6...1,5 кГц (либо выше). При использовании ПТ разумнее использовать "ламповый" подход к вопросам тембровой обработки сигнала, т. е. применять для формирования тембра лишь простые RC-фильтры.

Рис. 1

После входного усилителя сигнал обрабатывается ограничителем. Для построения "псевдолампового" ограничителя (независимо от стиля исполняемой музыки) наиболее подходит каскодная схема усилителя-ограничителя, показанная на рис. 1. Так как такой каскад способен обеспечить высокое усиление, то даже одного его достаточно для получения овердрайва с красивым и приятным ограничением и высокой чувствительностью.

В позициях VT2 и VT4 желательно использовать ПТ с напряжением отсечки UOTC = 2...3 В (КПЗОЗГ, КПЗОЗД, КПЗОЗЕ; J202; 2N5458 и др.), а в позициях VT1, VT3 - КПЗОЗА, КПЗОЗБ, J201 и т. п. (отсечка должна быть в пределах 0,7...1 В). Наилучшие результаты по усилению в каскаде получаются в случаях, когда напряжение отсечки у транзисторов VT2, VT4 приблизительно в три раза больше, чем у VT1, VT3.

Диод в цепи истока VT1 служит для увеличения максимального значения входного сигнала до размаха приблизительно 2 В.

АЧХ каскада по схеме рис. 1 при усилении около 3000 имеет спад 6 дБ на октаву на частотах выше 10 кГц. В позиции Л*5 не стоит использовать ПТ с большой входной емкостью, например, 2SK117 и подобные, так как частота среза может уменьшиться до 3 кГц.

Снижению уровня собственных шумов способствует применение малошумящих транзисторов. В позициях VT1 и VT3 наиболее подходят КПЗОЗА, КПЗОЗБ; транзисторы КПЗОЗЖ при аналогичных вольт-амперных характеристиках имеют в полосе 80...5000 Гц уровень шума примерно в 2...3 раза выше.

Так как коэффициент усиления по напряжению транзистора VT1 невелик, то большое значение для минимизации шума всего каскада имеет правильный выбор транзисторов VT2, VT4 - например, малошумящего КПЗОЗГ; его ЭДС шума не превышает 0,3 мкВ (в полосе 80...5000 Гц). КПЗОЗД, КПЗОЗЕ имеют, как правило, высокую частоту сопряжения избыточных шумов и поэтому их использование нежелательно (ЭДС шума до 1,5 мкВ) По этой же причине нежелательно применение ПТ серии КП302. Еще одно преимущество отечественных ПТ серии КПЗОЗ - металлический корпус с отдельным выводом, что тоже помогает в борьбе с наводками.

Этот каскад малочувствителен к пульсациям напряжения, но чувствителен к наводкам сети переменного тока, поэтому его обязательно размещают в металлическом экране, а вывод корпуса транзистора VT1 соединяют с общим проводом. Корпуса остальных транзисторов серии КПЗОЗ также можно соединить с общим проводом.

Рис. 2

К выходу ограничителя целесообразно подключать темброблок. Его можно собрать по классическим схемам. применяемым в устройствах известных фирм Marshal, Fender (на рис. 2,а, б показаны трехполосные регуляторы) или воспользоваться более простыми вариантами, изменяющими спектр в двух частотных полосах (схемы на рис. 2,в, г).

Рис. 3

После регуляторов тембра, имеющих большое выходное сопротивление, всегда полезно установить повторитель также на ПТ, вариант которого показан на рис. 3, как самый простой, с непосредственной связью с резисторами темброблока. На рис. 4 показан повторитель с генератором тока и дополнительной RC-цепью коррекции АЧХ. Здесь емкость конденсатора выбирают исходя из спектра звучания гитары и необходимости его ограничения снизу.

Рис. 4

Если предполагается использование инструмента с гитарной акустической системой (АС), которую музыканты называют "кабинетом", то на выходе этого повторителя следует установить регулятор уровня (его варианты показаны на последующих схемах) и на этом успокоиться. Если же АС - обычная (широкополосная), то с выхода повторителя сигнал полезно пропустить через ФНЧ, ослабляющий частоты выше 5 кГц. Лучшие результаты получаются при использовании фильтров Бесселя или Баттерворта третьего и более порядка со спадом 18 дБ на октаву и более. Схемы, как и формулы расчета частот среза, таких фильтров на повторителях напряжения, выполненных на ОУ, известны [1, 2], поэтому их здесь не приводим. Вместо ОУ в такие фильтры можно ставить повторители на ПТ. Следует лишь иметь в виду, что выходное сопротивление повторителей на ПТ составляет 0,2... 1 кОм, и номиналы резисторов в фильтрах лучше выбирать в интервале 47...470 кОм.

Рис. 5

При необходимости играть "в линию" в любой блок эффекта Distortion полезно добавить "эмулятор кабинета", формирующий АЧХ определенного вида. Его можно собрать полностью на полевых транзисторах, например, по схеме рис. 5. На истоках ПТ напряжение должно составлять +4,5 В. Для снижения чувствительности к наводкам корпуса транзисторов здесь также следует соединить с общим проводом.

Преимуществом использования здесь ПТ вместо ОУ является мягкость ограничения при перегрузке, которое при использовании комплементарных ПТ симметрично. Чтобы перегрузить устройство, напряжение на входе должно быть не менее 4...5 В двойной амплитуды. На транзисторах VT1, VT2 собран полосовой фильтр с некоторым подобием "резонанса" в области 100 Гц. Сместить центральную частоту этого фильтра, например вниз, можно пропорционально увеличив емкость конденсаторов С1, С2. Высоту низкочастотного "резонанса" можно снизить, увеличив сопротивление резистора R3, при этом понизится и частота среза фильтра.

На транзисторах VT3-VT6 собран ФНЧ четвертого порядка с подъемом в области 3...4кГц и спадом крутизной 24 дБ на октаву на частотах выше 5 кГц. АЧХ этого узла подобна характеристикам эмуляторов в известных устройствах Sunsamp GT2 и Marshall Speaker-simulator.

В области "верхней середины" тембр можно смягчить, уменьшив емкость конденсаторов C3 и С5 в 1 5 раза и во столько же раз увеличив емкость С4 и С6.

Практические варианты устройств

Приведенные ниже схемы - это различные комбинации представленных ранее каскадов, использованных в обычных для устройств обработки узлах.

Рис. 6

Начнем с относительно простой схемы устройства (рис. 6), формирующего сигнал на выходе, подобный сигналу на выходе двухкаскадного лампового ограничителя, в котором первая лампа усиливает сигнал, а вторая ограничивает.

Функции входного усилителя и ограничителя выполняет один каскад с транзисторами VT1, VT2 и VT3, VT4 в каскодной схеме включения (как на рис. 1). Емкость конденсатора С2 подбирают "по вкусу" под конкретный инструмент. Степень перегрузки регулируется с помощью переменного резистора R2 - от практически неискаженного звука до хорошего, сочного овердрайва. На выходе каскада добавлен простой повторитель, и далее тембр сигнала регулируется обычным "маршалловским" темброблоком. Делитель R12R13 уменьшает уровень выходного сигнала на порядок и заодно снижает влияние входного сопротивления последующего устройства на работу темброблока.

Такое устройство будет весьма полезно любителям нетяжелых стилей, использующим "правильную" гитарную АС. Оно хорошо воспроизводит "хардовский" звук семидесятых годов.

Рис. 7

Следующий вариант устройства, схема которого показана на рис. 7, создает гораздо более "тяжелый" звук, без потери его музыкальности.

Для получения более плотного звука на входе добавлен предварительный усилитель на VT1, VT2. Максимальный входной сигнал каскада - до З В двойной амплитуды. В качестве VT1 желательно выбрать ПТ с напряжением отсечки 1,5...2 В. На выходе добавлен простейший буферный каскад на двух ПТ. Начальный ток стока у VT4 должен быть меньше, чем у VT3 При использовании типов ПТ, указанных на схеме, это требование удовлетворяется практически всегда (для КПЗОЗЖ обычно начальный ток стока - 0,5...0,8 мА, а для КПЗОЗА - 0,8...2 мА).

Диоды VD3, VD4 ограничивают сигнал на входе второго усилителя до 1 В в размахе. Исключение этих диодов приводит к перегрузке по входу второго усилителя и к гораздо менее музыкальному звуку на выходе. Кроме того, цепь C4R6VD3VD4 формирует атаку звука, так как для небольших сигналов частота среза ФВЧ C4R3R6 близка к 70 Гц, а для больших сигналов диоды VD3, VD4 шунтируют резисторы фильтра и повышают частоту среза, формируя таким образом четкую атаку. Не пугайтесь наличия в схеме встречно-параллельно включенных диодов; так нередко их включают в ламповых предварительных усилителях и именитые производители: взять, к примеру, ламповый Marshall 900 preamp (только там диоды включены группой из пяти штук, но ограничивают сигнал точно так же).

Далее сигнал с движка регулятора степени искажений поступает на каскодный усилитель с динамической нагрузкой, собранный на транзисторах VT5-VT10. Максимальный коэффициент усиления каскада снижен до 700 установкой резистора R7 меньшего сопротивления (в сравнении с резистором R3 на рис. 6), главное же качество каскада - плавное ограничение - при этом сохранилось. Коэффициент усиления каскада регулируют с помощью переменного резистора R8 в интервале 20...700.

Звук от обоих устройств может быть значительно облагорожен, если на их выход добавить эмулятор, собранный по схеме рис. 5.

Литература

1. Джонсон Д., Мур Дж., Мур Г. Справочник по активным фильтрам. - М Энергоатомиздат, 1983.
2. Операционные усилители и компараторы. Справочник. - М.: Додэка-XXI, 2001, с. 53-58.

Автор: Д. Пустовой, г. Москва; Публикация: radioradar.net

Смотрите другие статьи раздела Музыканту.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Открыт обращаемый драйвер старения 04.10.2025

Недавняя работа ученых из Сямэньского университета в Китае показала, что в гипоталамусе, главном регуляторе внутренних функций организма, кроется один из ключей к продлению молодости. Команда под руководством Лиге Ленга обнаружила, что снижение уровня белка менина в гипоталамусе связано с ускорением процессов старения. Менин, как выяснилось, играет важную роль в предотвращении воспаления и поддержании нормальной работы нейронов. Когда его уровень снижается, в мозге возрастает активность воспалительных сигналов, что запускает цепную реакцию возрастных изменений во всем организме - от ослабления когнитивных функций до потери плотности костей и истончения кожи. Чтобы понять, как именно менин влияет на старение, ученые вывели генномодифицированных мышей, у которых этот белок можно было выборочно отключить. Даже у молодых животных такое вмешательство быстро привело к ухудшению памяти, снижению прочности костей и эластичности кожи, а также к укорочению жизни. Эти результаты убедительно ...>>

Твердотельные батареи Panasonic 04.10.2025

Твердотельные аккумуляторы считаются следующим шагом в эволюции энергосистем: в отличие от традиционных литиево-ионных, они не содержат жидкого электролита, что существенно снижает риск возгорания и утечки. Именно на это делает ставку Panasonic, намереваясь завершить подготовку первых образцов к марту 2027 года, то есть к концу 2027 финансового года. Как сообщил технический директор подразделения Panasonic Energy Сеичиро Ватанабе, после выпуска опытных моделей клиенты проведут тесты, которые могут занять около двух лет, прежде чем начнется полноценное серийное производство. Хотя основным направлением для компании по-прежнему остаются литиево-ионные аккумуляторы, Panasonic стремится использовать свой опыт в сфере электромобильных технологий, чтобы выйти на новые рынки - прежде всего в области роботов и промышленных систем. На этом направлении японская корпорация намерена соперничать с такими компаниями, как TDK, уже закрепившимися в сегменте твердотельных решений. Интерес к новой ...>>

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Случайная новость из Архива Вода не менее ценна, чем нефть или газ 07.05.2012 Исследователи из института Фраунгофера разработали высокотехнологичную концепцию использования водных ресурсов, которые уже в ближайшем будущем будут не менее ценны, чем нефть или газ. Новая концепция под названием DEUS (Decentral Urban Water Infrastructure Systems) призвана упростить переработку воды, ее очистку и превращение стоков в биогаз и удобрения. Чистая питьевая вода является ценнейшим и важнейшим "санитарным правом" человека. Тем не менее, почти 780 млн человек во всем мире до сих пор не имеют доступа к питьевой воде, а около 2,6 млрд - живут без санитарных удобств. Вода также является важным экономическим фактором: сегодня сельскохозяйственные и промышленные предприятия уже используют более 4/5 добываемой воды и спрос продолжает расти. Организация экономического сотрудничества и развития (OECD) ожидает, что к 2050 году глобальное потребление воды вырастет более чем наполовину. Около 40% населения мира будет жить в регионах с экстремальной нехваткой воды - это на 2,3 млрд человек больше, чем сегодня. При этом многие страны очень расточительно относятся к воде. Например, только в Германии каждый человек потребляет около 120 литров воды в день. Причем из этого количества человек выпивает только 3 л, а остальная вода просто спускается в канализацию. В некоторых регионах мира, чистая вода слишком драгоценна, чтобы тратить ее на транспортировку отходов. Концепция DEUS предлагает эффективное использование воды. Данная концепция, в частности, будет применена в промышленном парке в городе Гуанчжоу, провинция Гуандун, Китай. Прежде всего, согласно DEUS, нужно использовать очищенную дождевую воду. Обработанная дождевая вода может использоваться для душа, стирки, унитаза и полива сада. Система вакуумной канализации значительно снижает потребление воды. Вакуумному туалету для смыва нужно 0,5-1 л воды, в то время как обычному - 4-8 л. Бытовые сточные воды должны в обязательном порядке отфильтровываться с помощью мембран с порами от 60 нм до 0,2 мкм. Захваченные органические частицы должны отправляться в биореактор и производить удобрения и биогаз (смесь метана и углекислого газа). Таким образом сточная вода не только не засоряет окружающую среду, но и служит сырьем для производства подкормки для растений и топлива для теплоэлектростанций.

Другие интересные новости:

▪ Квантовый апокалипсис

▪ Телевизор распознает голос

▪ Туннель сквозь Землю

▪ Эксперименты с негативным временем

▪ Роботы построят гигантский телескоп на Луне

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Зрительные иллюзии. Подборка статей

▪ статья Знойная женщина - мечта поэта. Крылатое выражение

▪ статья На какие исторические события повлияло появление нескольких Солнц на небе? Подробный ответ

▪ статья Основные рекомендации по оказанию первой помощи пострадавшим

▪ статья Антенна UT5VD на 2-метровый диапазон с круговой диаграммой направленности в двух плоскостях. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Новые схемы сверхрегенеративных радиоприемников для УКВ экспериментов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025