Sweet Sleet, Мягкий перегруз на полевиках

Очень приятное звучание гитарного перегруза можно получить, собрав несложную схемку на полевых транзисторах с управляющим pn-переходом (JFET). Данный тип транзисторов выбран неслучайно, так как принцип работы, схема включения и характеристики очень схожи с ламповым триодом. Для сравнения графики передаточных характеристик JFET (зелёный) и вакуумного триода (красный):



На характеристиках видим, что графики похожи, но у лампы он немного плавнее. У полевиков зависимость близка к квадратичной (y = x^2), а у лампового триода – грубо говоря, связана степенью 3/2 (y = x^1.5). Переход в область насыщения у первых более крутой (резкий), чем у вторых, поэтому ламповый перегруз звучит намного приятнее, чем полупроводниковый. Но! Полупроводники прельщают намного меньшими габаритами, возможностью питаться от батарейки, лучшими эксплуатационными качествами, долговечностью, по сравнению с лампами. Поэтому заманчиво получить рассматриваемый гитарный эффект на более современных элементах, но как заставить звучать полевики подобно лампам, при этом не прибегая к сложным схематехническим ухищрениям? Ещё раз посмотрим на наши графики. Вблизи начала отсчёта оба графика на некотором участке имеют практически одинаковую плавность (если рассматривать характеристики не как полную математическую функцию, а как частный случай для конкретной амплитуды сигнала на входе). А нельзя ли перегруз сделать в этой области, сместив рабочую точку ближе к отсечке, при этом не допуская, чтобы усиленный сигнал заставил войти полевик в режим насыщения. Это сделать достаточно трудно, - при питании от батарейки запас по величине питающего напряжения (headroom) небольшой, поэтому коэффициент усиления нужно выбрать небольшим, чтобы максимально усиленный сигнал не достигал этого значения, иначе звук будет испорчен – получится обычный транзисторный песчаный перегруз. Но для хорошей длительности звучания (сустэйна) необходимо большое усиление (gain). Поэтому нужно искать между противоречащими факторами компромисс и тщательно настраивать схему, раз хотим нормального звука!
Свой проект я назвал «SweetSleet», что дословно означает «приятный дождь со снегом», по аналогии с классическим эффектом «FuzzFace», так как его схема симпатично простая, при этом звук даёт привлекательный. Очень надеюсь, что когда-нибудь SweetSleet также, как и FuzzFace, станет классикой. Эх, если мне в каком-нибудь учебнике лет 20 назад попалась бы информация, что неплохой перегруз можно построить вот так… Несколько десятков различных перегрузов, наверное, собрал, пока добился звучания, которое меня устраивает. Звук очень понравился, поэтому хочу поделиться с теми, кто неравнодушен. Если пошагово следовать этой статье, то можно не только правильно собрать Sweet Sleet, как собрал его я, но и получить некоторый полезный опыт в практической схемотехнике построения подобных эффектов.
Хочу высказать слова благодарности в адрес замечательного человека по имени Fred Nachbaur - он единственный, кто заставил меня своим проектом Real MC Tube II взглянуть на этот гитарный эффект по-новому. Я не стремлюсь доказывать, что Sweet Sleet обладает ламповым звуком, скорее, это современная версия с неплохим на мой взгляд, новым оригинальным звучанием...

Это сообщение отредактировал ZAQ - 2.10.2013 - 18:59

Рассмотрим схему. Не торопитесь повторять, - как надо, она работать сразу не будет, нужно настраивать, изменяя номиналы деталей.


img-2740-c95cf07502.GIF
Напомню, что полевики даже одной серии имеют очень сильный разброс по параметрам. Для настройки нам необходимо знать, какую амплитуду реально выдаёт имеющаяся гитара. Можно измерить с помощью осциллографа (а можно косвенно мультиметром измерить переменное напряжение и затем полученное значение умножить на корень из 2) на джеке провода, идущего от гитары при непрерывной игре медиатором по двум толстым струнам (лучше квартой или квинтой) уверенно, средней силы. Допустим, я у себя измерил переменное напряжение с гитары 0.22В. Умножаю на SQR(2), получил амплитудное значение 311мВ.
Теперь беру первый полевик и измеряю у него ток насыщения и напряжение отсечки, у меня получилось 0.93мА и 787мВ. Я хочу, чтобы перегруз работал уже при уровне сигнала 100мВ, т.е. при несильном звукоизвлечении на одной струне, чтобы можно было играть соло. Понятно, что на полевик нужно подать напряжение смещения 787-100=687мВ. Тогда при сигнале уже 100мВ будет режим отсечки. При меньшем уровне полевик плавно перейдёт в режим усиления, звук будет продолжать тянуться. Но срезаться на отсечке будет только отрицательная полуволна, положительная же просто будет усилена. По схеме переменный сигнал через переходной конденсатор С1 (он исключает связь по постоянному току) поступает на затвор нашего ПТ. Смещение pn-перехода в обратном направлении осуществляет R1, он же определяет входное сопротивление каскада, он же стабилизирует рабочую точку, он же задаёт ось нуля , вокруг которой танцует сигнал переменного напряжения. Цепочка С1R1 является нагрузкой для источника сигнала и одновременно фильтром ВЧ. Чем больше сопротивление нагрузки по отношению к сопротивлению источника, тем меньше нагрузка будет ослаблять полезный сигнал. Для нормального отношения сигнал/шум нужно создать разницу где-то в 10 раз. При ещё большем увеличении сопротивлении нагрузки, начинает заметно возрастать тепловой шум. Также, чтобы сигнал не ослаблялся, реактивное сопротивление конденсатора на самой низкой частоте должно быть в 10 раз меньше, чем сопротивление R1 фильтра. На частоте 80 Гц ёмкостное сопротивление выбранного конденсатора С1 будет около 90кОм. Если возникнет необходимость подчеркнуть высокие частоты для лучшей читаемости нот и хорошей атаки, нужно будет уменьшить ёмкость С1, подобрав её опытным путём на слух. У меня с успехом это делает регулятор тембра на самой гитаре. Напряжение смещения рабочей точки относительно оси (ООС по постоянному току) задаёт R3 = Ugs/ Id. Ток стока можно приблизительно рассчитать по формуле: Id = Idss*[1-(Vgs/Vgsoff)]^2, где измеренные для нашего полевичка значения Idss – ток насыщения (0.93мА), Vgsoff – напряжение отсечки (787мВ). Для выбранного смещения 687мВ ток стока будет равен 0.015мА! Да, да, ПТ будет работать на таком мизерном потребляемом токе! Рассчитываем R3 – получилось 45кОм. Но эта формула дана как средне-общая для описания поведения большинства ПТ, также измеренные параметры имеют некоторую погрешность. На практике реальный полевик ведёт себя несколько иначе. Тем более на очень плавном участке около отсечки, где мизерный ток практически не изменяется, поймать расчётом нужное смещение очень трудно. Поэтому временно вместо R2 включаем ограничивающий резистор, кОм эдак на 10, а вместо R3 цепляем потенциометр 500кОм – 1Мом и медленно увеличивая его сопротивление, выставляем на истоке относительно земли требуемое напряжение смещения. Далее отцепляем потц, измеряем его сопротивление, ужасаемся в разнице с расчётом, ставим на его место постоянный резистор с ближайшим номиналом. Конденсатор С3 шунтирует наш резистор по переменному току, чтобы не ослаблялось из-за ООС усиление каскада. Его ёмкостное сопротивление на 80Гц также лучше выбрать равным 1/10 от значения R3, поэтому рассчитывайте его ёмкость самостоятельно по формуле: С3 = 1/(2*PI*80*R3/10).
Затем нужно подобрать значение R2. Этот резистор задаёт усиление каскада. К=R2*S, где S-крутизна характеристики. На графике у тока насыщения крутизна максимальна, а чем ближе к отсечке, крутизна характеристики уменьшается. � вот в чём парадокс. Крутизна меньше, а усиление можно большее у каскада получить. Так как ток стока ближе к отсечке падает, следовательно, R2 можно брать большего сопротивления. Но ток падает приблизительно в квадрат раз быстрее, чем крутизна, поэтому с понижением тока К растёт, но повышается выходное сопротивление каскада. Наша задача – выбрать такой К, при котором не будет насыщения. Поэтому, следующим шагом цепляем потц вместо R2, выставляем на выходе каскада амплитуду переменного напряжения, которая должна быть меньше, чем напряжение источника питания минус падение напряжения на R2 даже при яростном звукоизвлечении на входе. Как вариант, можно подключить выход каскада к усилителю с высоким входным сопротивлением, вращая R2, добиться максимального усиления. Когда каскад войдёт в насыщение, на слух станет сразу слышно, что к звуку добавился «песок». Делаем так, чтобы песка не было и заменяем R2 на постоянный. Рассчитываем сопротивление потенциометра R4 (должно быть больше, чем R2 в 10 раз) и конденсатор С2 известным способом.
�так. С выхода нашего каскада мы имеем инвертированный (развёрнутый по фазе на 180 градусов) усиленный сигнал, подрезанная отрицательная половинка стала теперь положительной. Чтобы подрезать другую полуволну, нужен второй каскад. Только смещение теперь нужно задать пониже, т.к. сигнал усилен. Я задал отсечку при сигнале 200мВ. Думаю, настройка второго каскада по аналогии с первым, ни у кого не вызовет теперь затруднений. � вот что ЗАМЕЧАТЕЛЬНО! Регулируя уровень сигнала регулятором Gain, мы фактически, одновременно регулируем ассиметрию подрезки половинок. Это очень важно, т.к. гармоники будут зависеть от этого, на слух вращением этой ручки, мы добиваемся благозвучия. Если Sweet Sleet правильно настроен, то можно плавно регулировать звук от чистого до насыщенного, также гармоники будут зависеть от того, с какой силой извлекаем звук. В первых двух каскадах лучше применять ПТ с МАЛЫМ напряжением отсечки. Первые два каскада потребляют ток в сотые доли миллиампера! В итоге сигнал по фазе два раза проинвертирован, следовательно, на выходе устройства сигнал будет в фазе с входным.

Это сообщение отредактировал ZAQ - 2.10.2013 - 18:47

Можно, в принципе, на этом закончить и ограничиться применением двух каскадов, но чтобы преамп возможно было применять с транзисторными усилителями с низким входным сопротивлением, при этом эффект оставался в первозданном звуке, добавил повторитель на полевичке, который просто преобразует высокий выходной импеданс в низкий, правда, несколько снижается выходной уровень, т.к. схема имеет К по напряжению меньше единицы. Зато повторитель устраняет возникающую при ассиметричном ограничении постоянную составляющую, корректируя центр сигнала. Здесь лучше применить ПТ с напряжением отсечки побольше, достаточным для того, чтобы не затыкаться от усиленного двумя каскадами сигнала, сопротивление смещения R8 рассчитать (или подобрать) таким, чтобы рабочая точка находилась на половине характеристики ПТ (Ugs = Ugsoff/2). Потенциометры применяются с линейной ( В ) характеристикой. R9 включен с R10 таким образом, чтобы заменить дешёвый потц с коммерческой псевдологарифмической характеристикой с буквой А, такое включение даже несколько лучше. Диод VD1 защищает устройство от ошибочной переполюсовки источника питания. У меня устройство целиком потребляет ток 0.5мА. По сравнению светодиод является основным потребителем от батарейки. Советую для индикации использовать индикаторные светодиоды с малым током потребления, подобрать R11 для удовлетворительной яркости свечения, а линзу светодиода сделать плоской при помощи напильника для лучшего рассеивания. Тогда батарейки на очень долго хватит. Удачи в повторении и приятной игры каждому!

На днях выложу отчёт о собранном в корпусе устройстве.

Это сообщение отредактировал ZAQ - 2.10.2013 - 18:27

Небольшой фотоотчёт.
Надписи сделал таким образом:



На лазернике распечатал фейс на обычной бумаге, не нужно зеркалить. Сверху скотч (он имеет ширину 48мм), хорошо нужно прикатать или аккуратно ногтем потереть на ровной поверхности в местах, где тонер. Вырезаем по рамке. Дальше размачиваем в холодной воде. Мокрую бумагу скатываем пальцами. Периодически смачиваем пальцы водой, пока не скатаем все остатки бумаги. Должна получиться прозрачная наклейка с надписями. Перед наклеиванием её хорошо нужно просушить. После высыхания, скотч не теряет своей липкости и держится отлично. Сверху бесцветного лака несколько слоёв - края сравниваются с поверхностью - всё, не оторвать, надпись не стереть. Быстро, просто, аккуратно.



Всё выполнено на SMD компонентах, промыл ацетоном, залил монтаж густым лаком:



Внутренний монтаж в корпусе G0124:



Вот она, наша красавица - как такая не понравица!





Пора взять её с собой на репетицию и насладиться её тёплым звучанием.

Это сообщение отредактировал ZAQ - 5.10.2013 - 13:51

Пример звучания и мнения по звуку можно найти здесь:
http://diyfactory.ru/forum/index.php?showtopic=2169

Это сообщение отредактировал ZAQ - 7.10.2013 - 13:34

а платка Lay есть?

Есть, но только под SMD компоненты, та, что на фото. Подойдёт? Выкладывать?
За кажущейся простотой схемы стоит сложный процесс настройки. Для начинающего будет сложновато, пожалуй...


PS
Вынесу сюда сэмпл, записанный с комбика, раз понравился:

Это сообщение отредактировал ZAQ - 12.12.2013 - 19:03

Присоединённый файл ( Кол-во скачиваний: 64 )
 SweetSleetSample.zip

та давай, попробую на досуге собрать

Ну вот. Размеры резисторов и конденсаторов 0805. Три перемычки (с обратной стороны платы). При печати в SprintLayout выбираешь "печатать зеркально", снимаешь галочки со всех лишних слоёв, меняешь(правой кнопкой) цвет слой М2 на чёрный, всё, печатаешь лут. Пробуй...

Присоединённый файл ( Кол-во скачиваний: 25 )
 SweetSleet.lay

Спасибо

а кроме КП303А можно что ни будь другое поставить?

Это сообщение отредактировал serejek - 24.12.2013 - 13:18

Вообще любые полевики подойдут. В первых двух каскадах желательно с малой отсечкой, в повторителе - с отсечкой по-больше. Читай внимательно, всё расписано, особенно, про то, как настраивать. Это нужно понять. Номиналы R2, R3, R4, R5, R6 и С2, C3, C4, С5 нужно подбирать, как описано в настройке!