Семплы построенного нами экземпляра педали.

Технические характеристики педали (приведены согласно описанию MXR):
• входное сопротивление 150k;
• выходное сопротивление 5k;
• динамический диапазон 95dB;
• эквивалентный уровень шума -95dBV;
• частота перестройки фильтра 150Гц 3кГц;
• питание 9В, 1.3 mA.

Фотография оригинальной педали MXR M-120 Envelope Filter 1976 года.

В отличие от большинства педалей, построенных с использованием обычных операционных усилителей, в данной конструкции разработчиками фирмы MXR было применено оригинальное решение – использование микросхем-инверторов CMOS CD4069. Каждая такая микросхема содержит в себе 6 инверторов. Также в схеме использован счетверенный CMOS коммутатор CD4066.

Оригинальная принципиальная схема прибора от фирмы MXR.

Конструктивно прибор состоит из трех взаимосвязанных блоков: блока детектора огибающей, ультразвукового генератора и блока фильтрации сигнала.


Сигнал, попадая на вход прибора, поступает в блок фильтрации сигнала (основной путь аудиосигнала в данном устройстве), где подвергается действию фильтров с изменяемыми параметрами. Параметры фильтров чрезвычайно своеобразно регулируются при помощи CMOS коммутатора, переключаемого с ультразвуковой скоростью. С входа прибора сигнал также попадает на детектор огибающей сигнала, который модулирует частоту переключения коммутатора, изменяя при этом параметры фильтров.

Для удобства дальнейшей работы принципиальная схема перерисована нами в общепринятый вид, изменена относительно оригинала нумерация выводов микросхем для полного соответствия с разработанными для устройства печатными платами, описанными ниже; а также коммутация байпаса эффекта.

IC1E выполняет роль усилителя сигнала для детектора огибающей; перед ним находится ручка Threshold, регулирующая уровень сигнала на входе детектора огибающей. Детектор огибающей сигнала выполнен на диоде D2 и конденсаторе C9. Через R17 в детекторе огибающей разряжается конденсатор С9, таким образом задается время затухания огибающей. На IC2E собран интегратор, на его выходе огибающая сглаживается в зависимости от положения потенциометра Attack. Обычно детектор огибающей сигнала управляет работой какого-либо контролирующего элемента, например полевого или биполярного транзистора, однако в этой схеме он управляет работой высокочастотного тактового генератора, собранного на IC2A/B/C/D. Делитель напряжения на R14 и R16 задает смещение для работы генератора на IC2. Этот генератор включает и выключает коммутатор CD4066 (IC3) на постоянной частоте 37 кГц. В зависимости от уровня входного сигнала (и динамики игры) детектор огибающей изменяет соотношение времени, когда коммутатор находится в открытом состоянии, ко времени, когда он закрыт.
IC1B усиливает сигнал для компенсации его потерь при последующем прохождении через фильтр. На IC1C/A собраны две последовательные секции фильтра. Фильтр собран по схеме так называемого State Variable фильтра (фильтра с изменяемыми параметрами). При этом обе секции фильтра охвачены обратной связью через резистор R12. Каждая из секций коммутатора IC3A/B работает в нем в качестве переменного резистора, при этом величина его сопротивления напрямую зависит от частоты нахождения его в открытом и закрытом состоянии. Диапазон перестройки фильтра задается конденсаторами С6 и С7 в обратной связи инверторов.
Питание для микросхем формируется оригинальным делителем R4-C1, с выхода которого Vs получается около 4.37В.
Коммутация сигнала в оригинале осуществляется кнопкой с одной контактной группой, (SPDT) то есть переключается лишь выход – либо с эффекта, либо байпас; вход же схемы всегда находится на сигнальном проводе. О минусах такого решения хорошо известно – входной импеданс самой схемы в байпасе складывается с входным импедансом следующего устройства, уменьшая общий импеданс, что начинает отрицательно сказываться на передаче высоких частот. Подобная коммутация в настоящее время не используется, так как широко доступны кнопки DPDT и 3PDT. Вариант с DPDT показан на нашей принципиальной схеме, 3PDT можно использовать для введения в схему индикации включения педали, также отсутствующего в оригинале от MXR.

В оригинальной конструкции остается один неиспользованный инвертор (по нашей схеме это IC1D), это дало возможность Steve Giles предложить оригинальный вариант модификации схемы – путем инвертировании сигнала с генератора (для чего инвертор IC1D просто включается последовательно IC2D) получается перестройка частоты резонанса фильтра в обратном порядке (Reverse Sweep). Эта модификация дает возможность получения от прибора принципиально новых интересных звучаний.

Поскольку диапазон перестройки фильтров задается конденсаторами С6 и С7, то изменяя их номиналы (одновременно), можно перестроить фильтр в другой частотный диапазон. Francisco Pena с tonepad.com предложил уменьшить номинал С6 и С7 до 560пФ и при помощи DPDT переключателя включать им параллельно конденсаторы емкостью по 470пФ. Этот мод позволяет получить два диапазона перестройки фильтра: более низкочастотный, либо сдвинутый в сторону средних и высоких частот.

Также возможно установить вместо постоянного резистора R19, имеющего номинал 200к и играющего роль обратной связи в фильтре, потенциометр на 500к с постоянным резистором 47к, включенным последовательно. Эта модификация вводит в конструкцию педали еще одну ручку управления Emphasis, позволяющую регулировать выраженность эффекта.

Описанные модификации не только не ухудшают аутентичного звучания педали, но и значительно расширяют ее возможности, так что весьма рекомендуется выполнять их при постройке.

С введением всех модификаций и индикации включения педали, принципиальная схема окончательно приобретает следующий вид.



Для прибора разработано несколько вариантов печатных плат. Например, один вариант можно найти на www.tonepad.com, для нашей статьи эта плата перерисована в формате Sprint Layout.

Нами также разработан собственный вариант печатной платы для монтажа в корпус Gainta 0124, при этом все элементы устройства монтируются непосредственно на плате, включая входное и выходное гнездо, гнездо питания, кнопку 3PDT, индикаторный светодиод и переменные резисторы. Про подобный вариант монтажа, используемый нами, можно прочитать в статье, посвященной педали G2D MORPHEUS. Также в нашем варианте предусмотрено выполнение всех описанных в статье модификаций устройства. Для этого нами используется еще и вторая вспомогательная печатная плата, на которой установлен потенциометр Emphasis, а также две кнопки Reverse Sweep и Filter Range. Использованы миниатюрные кнопки с фиксацией типа PS700L (на сайте «ЧИП и ДИП» http://chipdip.ru/product0/11903.aspx), предназначенные для установки на печатную плату.
Дополнительная печатная плата монтируется на основной при помощи ножек из луженой проволоки на такой высоте, чтобы кнопки с надетыми на них колпачками толкателей выходили в отверстия, сделанные под них на корпусе Gainta 0124. Соединение сигнальных контактов дополнительной платы с основной производится проводами, согласно отмеченным на платах латинскими буквами точкам.

Исправленная печатная плата - здесь.

Кнопка PS700L, используемая в нашей конструкции на дополнительной плате.

Список деталей

В части схемы, относящейся к генератору и блоку выделения огибающей, стоит применить керамические низковольтные конденсаторы для компактности монтажа. Конденсаторы С2, С3, С4 должны быть пленочными.

Постоянные резисторы
1 – 3k
1 – 3k6
2 – 10k
6 – 47k
1 – 62k
3 – 100k
3 – 200k
1 – 240k
1 – 470k
2 – 1M
1 – 5M1
2 – 10M
2 – 22M (номинал сложно найти в продаже, легко заменить 2 х 10М последовательно)

Конденсаторы
1 – 10 пф
1 – 100 пф
2 – 470 пф
2 – 560 пф
4 – 50 нф (47нф более распространенный близкий номинал)
2 – 100 нф
1 – 47 мф

Переменные резисторы
3 – В500k

Диоды
2 – 1N914

Микросхемы
2 – CD4069
1 – CD4066

Фото собранной платы:


Фото готовой педали:

Мне хотелось поблагодарить за участие в подготовке проекта участников форумов guitar-gear. GTlab и diyfactory.ru - vitek, Mikel, Faust_Dark, Ден2. Отдельное большое спасибо модератору diyfactory.ru, камараду Medved за наставления по теории и конструктивную критику.

Обсудить проект можно здесь .