В этой статье я бы хотел поделиться идеями использования катодной цепи для подключения реализации дополнительных функций гитарного усилителя.
Первая часть статьи посвящена реализации дополнительного входа CD IN.
Во второй части рассмотрим как можно реализовать подключение ревербератора используя катодную цепь.
Третья часть посвящена рассмотрению способа реализации встроенных эффектов типа в первом каскаде усилителя на примере «грелки» или эквалайзера.
Главная цель использования таких схемных решений – сделать гитарные усилители более функциональными. Но, по возможности, не затронув тракт гитарного сигнала. Т.е. не добавлять каскадов или каких-либо компонентов именно по пути следования гитарного сигнала, а домешивать нужные нам сигналы через катоды уже имеющихся в конструкции усилителя ламп.
Надеюсь, что данные способы схемной реализации перечисленных цепей окажутся полезными широкому кругу разработчиков и смогут оказать помощь как при разработке вновь создаваемых моделей усилителей, так и при модернизации уже существующих.
Часть 1 . Реализация дополнительного входа CD IN в оконечном усилителе гитарного усилителя.
Рассмотрим 2 варианта катодной цепи применяемого в гитарных усилителях. Для построения дополнительного входа с использованием катодной цепи нам подходит усилитель с первым после разрыва однотактным каскадом.
Ставим задачу добавить дополнительный вход CD IN при максимальном сохранении оригинальных режимов усилителя.
[ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]
На рис.1 представлены 2 возможных варианта:
рис.1а без штатного конденсатора в цепи катода, например FENDER THE TWIN
http://www.blueguitar.org/new/schem/fender/the_twin.gif (триод V3A на схеме) и выходной сигнал каскада снимается непосредственно с анодного конденсатора.
рис. 1б схема со штатным конденсатором в цепи катода. Например ENGL FIREBALL
http://audioportal.su/attachment.php?attachmentid=77306&d=1325237376 триод V3B на схеме и выходной сигнал каскада снимается с ползунка переменного резистора MASTER.
Далее для простоты будем использовать номиналы компонентов как на рис.1.
Схема использования катода для реализации дополнительного входа CD IN в варианте оригинала без штатного конденсатора (рис.1а) представлена на рис.2а и рис.2б, а реализация дополнительного входа со штатным конденсатором (рис.1б) представлена на рис.2в.
[ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]
Поскольку наше воздействие происходит только в катодной цепи, то для реализации поставленной задачи нам следует оставить режим катода по постоянному и переменному току без изменений. Схемы рис.2 на режим постоянного тока не влияют, т.к. новая цепь подключается к катоду через конденсатор. Но по переменному току режим может измениться. В случае изображенном на рис.2а и рис.2б – к катоду подключается цепь, состоящая из входного гнезда CD IN, регулятора уровня, операционного усилителя (и/или высоковольтного полевого транзистора), резистора R3 и конденсатора С2. Для исключения воздействия новой цепи на режим по переменному току цепи катода триода штатного усилителя величина резистора R3 должна быть намного больше величины резистора R2 в цепи катода.
Возьмем для нашего примера расчета операционный усилитель 4550 и его питающие напряжения выберем рекомендованные производителем +/- 15вольт.
http://html.alldatasheet.com/html-pdf/7446/NJRC/NJM4558/66/1/NJM4558.htmlМаксимальная амплитуда выходного напряжения на выходе микросхемы в таком случае будет +/- 14 вольт при нагрузке 10 и более кОм.
В всех случаях схемного решения на рис.2 нам необходимо получить максимальную амплитуду сигнала на катоде, поступившую с дополнительного входа CD IN при установке его регулятора уровня в режиме максимальной громкости не более удвоенного значения постоянного напряжения на катоде.
Примем для простоты расчета номинал резистора катода R2 равным 1 кОм, и постоянное напряжение на нем 1 V. В таком случае мы должны получить максимальную амплитуду переменного напряжения сигнала с дополнительного входа на данном резисторе равную 2 вольта или, что соответствует 0,7 V действующего значения.
Сделаем расчет сопротивления R3.
Выбранный ОУ развивает выходное напряжение по амплитуде на нагрузке 5,5 кОм +/-13.5V (9,6V действующего значения). Его внешние цепи должны быть рассчитаны на получение такого выходного напряжения при желаемой чувствительности в положении регулятора уровня в положении максимального усиления.
Теперь нам нужно найти величину сопротивления R3, что бы напряжение 9,6V на выходе ОУ вызвало изменение напряжения на катоде равное 0,7V.
Но из-за влияния лампы V1, которая в данном включении обладает свойствами катодного повторителя, по-этому для расчета мы должны использовать не сопротивление катодного резистора R2, а выходным сопротивлением каскада катодного повторителя Rk.
Используя калькулятор:
http://www.ampbooks.com/home/amplifier-calculators/cathode-follower/ получаем значение Rk равное 382 Ома.
Рассчитаем значение R3 для схемы на рис.2а .
Делим выходное напряжение на выходе ОУ равное 9,6V на нужное напряжение сигнала на катоде равное 0,7V – получаем 13.7 раза. Т.е. величина сопротивления резистора R3 должна отличаться от величины Rk 13.7 раза. Умножаем величину Rk 0.382 кОм на 13,7 и получаем значение сопротивления R3 равное При выбранных нами номиналах – величина R3 должна составлять 5,2 кОм.
Теперь рассчитаем влияние цепи R3 и ОУ на изменение режима катода по переменному напряжению. Для переменного напряжения на катоде теперь мы имеем параллельную цепь из штатного резистора R2 и параллельно ему подключенной цепи С2, R3 и выходного сопротивления ОУ. Для простоты будем считать выходное сопротивление ОУ равным нулю, Тогда суммарное параллельное сопротивление Rk и нашей цепи составит:
Rk*R3/Rk+R3= 0.382 кОм х 5,2 кОм / 0.382 ком +5,2 кОм = 0,356 кОм.
Это значит, что наша цепь дополнительного входа изменила режим катода для переменного тока на 9%.
.
Но если хочется еще сильнее уменьшить влияние новой цепи или же в штатном усилителе отсутствует возможность для питания ОУ принятым нами напряжением +/-15V, тогда мы можем использовать вариант подключения на рис.2б.
Рассчитаем этот вариант.
Зададимся напряжением анодного питания к которому через резистор R5 подключен сток высоковольтного транзистора FET равное 300V. Для простоты расчета допустим, что амплитуда переменного напряжения на стоке транзистора FET равна половине напряжения источника его питания ,т.е. в нашем случае 300V. Тогда действующее значение переменного напряжения сигнала со входа CD IN на левом по схеме выводе резистора R3 равно 106V. Разделим полученное напряжение на требуемое напряжение на Rk.
106 / 0,7 = 151 раз.
Во столько раз сопротивление R3 должно отличаться от сопротивления Rk. 0,382*151= 57,6 кОм.
Рассчитаем влияние нашей цепи на режим катода по переменному току. Суммарное сопротивление Rk и нашей новой цепи, состоящей из R3 (для простоты расчета примем сопротивление сток-исток равным 0) будет равно:
Rk*R3/Rk+R3=0.382*57.6/0.382+57.6 = 0.379 кОм
Влияние новой цепи на сопротивление катодной цепи в этом случае 0,8%.
Такая величина на слух практически не различима, поэтому будем считать, что с поставленной мы справились.
Теперь перейдем к рассмотрению варианта реализации схемы дополнительного входа CD IN со штатным конденсатором в цепи катода рис.2в.
Для решения нашей задачи все, что нам нужно – это иметь минимальную величину выходного сопротивления ОУ, которое будет «замыкать» минусовой вывод конденсатора С2 на землю. Как в оригинальной схеме.
Рассчитаем выходное сопротивление ОУ.
Выходное сопротивление ОУ несколько зависит от схемы его включения. Например, если мы хотим сделать чувствительность входа CD IN 0,7 вольта – то мы можем подключить ОУ как повторитель, при этом его выходное сопротивление будет минимальным из всех возможных, а если мы хотим использовать CD IN как дополнительный вход для бас гитары для репетиций дома к примеру, тогда для достаточного усиления потребуется подключить ОУ в режиме неинвертирующего усилителя. При таком подключении выходное сопротивление ОУ несколько возрастет .В зависимости от конкретных номиналов внешних цепей ОУ.
Расчет будем вести для ОУ в режиме повторителя.
Применим следующую методику расчета:
Rc = Ro(Ac/Ao), где Rc – выходное сопротивление ОУ в нашей цепи; – Выходное сопротивление ОУ без цепи ООС; Ас – к-т усилиения ОУ в нашей цепи; Ао – к-т усиления ОУ без цепи ООС.
http://www.edaboard.com/thread38512.html (англ.)
Для выбранного нами ОУ NJM45558 значения Ro и Ао принимаем указанными в данных производителя 270 Ом и 100 000 соответственно. Ас – в нашем случае повторителя равно 1.
Рассчитываем выходное сопротивление повторителя на ОУ с этими условиями.
270(1/100 000) = 0,0027 Ом.
Полученная величина практически равна нулю. По–этому можем считать нашу задачу выполненной.
Приведенные схемы реализации CD IN могут работать как от двухполярного. Так и от однополярного источника питания. Для питания может в большинстве случаев использоваться источник питания реле каналов, накала ламп или напряжения смещения.
Номинал конденсатора C2 на рис.2а подбирается в зависимости от желаемой нижней граничной частоты по собственному вкусу или даже может быть вообще исключен, а в схеме на рис.2в используется оригинальный конденсатор штатного усилителя. Конденсатор С2 на рис.2б должен быть рассчитан на рабочее напряжение не ниже напряжения анодного питания той части схемы, от которой получает питание высоковольтный транзистор FET при «холодных» лампах.
При питании ОУ от однополярного источника выбрать правильную полярность конденсатора С2 на рис.2а и рис.2в в зависимости от применяемой полярности питания.
Рассмотренные схемы реализации дополнительного входа CD IN достаточно просты в реализации и надежны. Подбором номиналов резисторов обратной связи можно получить желаемую чувствительность.
Буду признателен за замечания и пожелания по статье.
Виктор Гурченко (VICTOR CUSTOM)
и добавил...Заметил ошибку. следует читать
"Тогда суммарное параллельное сопротивление для переменного тока в цепи катода составит:
R2*R3/2k+R3= 1кОм х 5,2 кОм / 1ком +5,2 кОм = 0,84 кОм.
Это значит, что наша цепь дополнительного входа изменила режим катода для переменного тока на 16%."
