Ламповые предусилители, работа лампы в перегруженном режиме

admin 0



&nbsp &nbsp &nbsp Автор: Михаил Южаков
&nbsp &nbsp &nbsp Дата публикации: 23 января 2021 г.


Во второй части статьи пройдёмся по работе лампы в перегруженном режиме. В качестве основы я взял схему преампа «Groove Tube Trio», объединив каналы «Scream» и «Mean».

Схема гитарного преампа Groove Tube Trio

Что получилось:

Схема модифицированного преампа

Начинается схема с эмиттерного повторителя на транзисторе (да простят меня ортодоксальные приверженцы ламповой техники). Его задача – обеспечить как можно более низкое сопротивление источника сигнала для первой лампы. Без него схема возбуждается при полностью выкрученных ручках гейна – свистит в паузах. В исходной схеме для повышения устойчивости в первом ламповом каскаде отсутствует резистор защиты сетки. Я пошел дальше – ввёл повторитель, что позволило использовать схему в любом положении ручек гейна.

Первый ламповый каскад работает в линейном режиме – обеспечивает раскачку сигнала. Ниже приведен сигнал на аноде первого триода:

Сигнал на аноде первого триода

Второй каскад тоже почти линейный – в перегруз входит лишь чуть-чуть при полностью выкрученной первой ручке гейна:

Второй каскад

Цепь межкаскадной связи между первым и вторым каскадом аналогична применяемой в преампах на клине, что обсуждалось в прошлой статье.

Третий каскад уже вовсю перегружается:

Третий каскад

И, наконец, четвертый каскад:

Четвертый каскад

Приведу изъяснения работы межкаскадных цепей.

Фильтрация инфранизов. Разделительные ёмкости между каскадами подобраны так, что устройство образует фильтр верхних частот, пропускающий полезный сигнал, начиная с низов, но предотвращающий проникновение инфранизов, которые возникают при качании струны – они выводят лампу с рабочей точки, и звук становится «придушенным».

Кроме того, полезно ограничить полосу снизу между искажающими каскадами: при их работе образуются комбинационные частоты, часть которых «падает» в инфранизы (первая разностная частота от двух входных гармоник). Чтобы эти инфранизы не создавали «каши», их нужно вовремя убрать.

Кстати, в исходной схеме канала «Scream» перед третьим каскадом стоит конденсатор C20 250 пикофарад; он сильно режет низы, и звук получается «картонным». Не знаю, может в этом есть какой-то замысел, но я эту ёмкость увеличил.

Фильтрация верхов. Лишние верхи также надо убирать: весь богатый спектр сигнала датчика в любом овердрайве не нужен, от него лишь лишний «песок». Какой-то «базовый» спектр оставляем, разница между бриджевым и нековым датчиком чувствуется, и ладно. В исходной схеме канала «Scream» в анодной нагрузке третьего каскада стоит конденсатор C2 1nF — он не только убирает лишние верхи, но и препятствует самовозбуждению схемы: без него идёт слабый сигнал в паузах и при работе устройства, который воспринимается на слух как «песок» (более высокочастотный, чем свист).

В моём варианте постоянная времени в анодной нагрузке третьего лампового каскада подобрана по минимуму (чтобы не резать сильно верхние частоты); плюсом введены конденсаторы в анодной нагрузке первого и второго триода. Последнее обеспечивает более эффективную фильтрацию; верхи также лучше убрать заранее, до проникновения в искажающий каскад, чтобы не «интерферировали» с полезным сигналом. И наконец введен регулятор тона R25C13 перед сеткой четвертого триода, который регулирует характер звука на высоком гейне: от «злого» до достаточно мягкого, певучего.

Плата питания

Плата питания

Овердрайв питается от импульсного сетевого адаптера 15V 1A (можно обычный трансформаторный с запасом по напряжению/току). Обоснование схемы питания приведено в прошлой статье; подчеркну, что первичный источник питания должен быть гальванически развязан от сигнальной массы. Анодное питание разделено на 2 канала во избежание самовозбуждения схемы; в исходной схеме для этого служит цепь R9C36.

Конструктив

Девайс размещен в корпусе 14смх10смх8см. Плата питания сверху, сигнальная снизу. Чертеж не привожу за неимением.

Внешний вид

P.S. 2 «лишних» ручки на фото – это гейт и презенс-фильтр; в схеме не приведены для упрощения.

Примеры звучания



Соло. Дополнительно включен presence-фильтр и дилей. Презенс-фильтр можно нарулить на эквалайзере:

Презенс-фильтр

Итак, соло в режиме «low gain».


Соло на хайгейне.


Тоже самое с прикрученным полностью тембром (ручка «Gain1» в крайнем левом положении).


Вариант на 6Н2П

Считается, что лампа 6Н2П якобы является аналогом 12AX7. На самом деле это не так: как минимум она работает только при напряжении накала 6.3В. Слышал байку, что в свое время советские технологи, доблестно копируя американскую лампу, не смогли сделать долговечную нить накала на 12.6 вольт – и в итоге сделали её толще.

Какие лампы лучше применять: советские или импортные? До недавнего времени я бы ответил на этот вопрос однозначно: импортные. Хотя бы потому, что они до сих пор производятся. И 12 вольт накала для популярных импортных ламп легче получить на современной элементной базе.

Но в последние годы цены на китайские лампы непрерывно растут – в результате заменил 12AX7 на 6Н2П. В данном случае это оказалось просто: число ламп чётно (две), соединяем накалы последовательно и не забываем о выводе 9.

Замена 12AX7 на 6Н2П

Лампы желательно брать из одной партии, хотя и не обязательно: расчет по предельно допустимым отклонениям тока накала показывает, что в наихудшем случае одна из ламп будет работать на нижнем пределе напряжения накала (или чуть-чуть ниже – с небольшим недокалом), другая останется в номинале 6.3В.

Характеристики по сравнению с 12AX7 остались те же, налаживания не потребовалось. На звук различий не отличил.

И запасы 6Н2П до сих пор кажутся безграничными, а цена на порядок ниже. Даёшь импортозамещение!

Имитация на транзисторах

В свое время в Рунете несколько учёных мужей прорабатывали возможность эмуляции звука лампы схемой на полевых транзисторах. Кратко затрону эту тему с целью сравнения звука.

Пара исходных статей:

Второй статьи в Интернете уже нет, поэтому приведу краткое содержание предыдущих серий.

Рассмотрим простейший ламповый каскад:

Простейший ламповый каскад

В режиме ограничения (амплитуда сигнала на входе достаточно велика) на выходе имеем вот такой сигнал:

Сигнал в режиме ограничения

Есть ограничения как снизу, так сверху; при этом ограничение снизу существенно отличается по форме от ограничения сверху. Ограничение нижней полуволны обусловлено тем, что начиная с определенной амплитуды входного сигнала сетка лампы открывается и через неё течет ток; соответственно сигнал ограничен по входу. Ограничение верхней полуволны – это обычный «клиппинг», когда полностью закрытая лампа «упирается» в анодное напряжение. Эти ограничения наступают либо одновременно, либо ограничение сверху наступает чуть позже – в зависимости от напряжения анодного питания и сопротивления анодной нагрузки.

Вот и прорабатывалась возможность создать такой же режим работы для каскада на полевом транзисторе с p-n переходом, который чем-то похож на ламповый каскад.

Эмуляция лампового каскада

Однако ограничение типового каскада весьма отлично от лампового:

Ограничение типового каскада отлично от лампового

Ограничение типового каскада отлично от лампового

Во-первых, ограничение снизу существенно более жесткое, чем у лампы. Во-вторых, скважность импульсов другая: обратите внимание, у лампы длительность импульса снизу была ниже, чем сверху, тут наоборот.

Соответственно была проведена работа по эмуляции лампового каскада с целью получения похожего по форме ограничения.

В вышеуказанной статье «ПТ-эмуляция триодного ограничения» даётся схема с подключением дополнительного диода Шоттки или даже германиевого диода:

Или есть куда более навороченный вариант из вышеуказанной статьи «К вопросу об эмуляции лампового триода на ПТ». Приведу его в своей интерпретации с переделкой на современную элементную базу.

На повторителе VT2 собрана «следящая» обратная связь, цель которой – сформировать сигнал на катоде диода VD1, чтобы он открывался пораньше. Также через резистор R3 подаётся отрицательное смещение, цель которого – держать диод в приоткрытом состоянии: в этом случае достигается более мягкое ограничение. Сигнал снимается либо со стока VT1 – на следующий каскад, либо с повторителя VT2 – низкоомный оконечный выход.

Налаживание. Отключаем катод диода VD1 от схемы. На вход подаём синусоидальный сигнал частотой 1кГц. Промеряем коэффициент усиления VT1 на малом сигнале (без искажений на выходе). Под этот коэффициент усиления пересчитываем резистор R6, увеличивая его пропорционально коэффициенту усиления. Номинал, данный на схеме, приведен для коэффициента усиления 45. Соответственно, если реальный коэффициент усиления оказался, например, 90, то номинал резистора R6 увеличиваем вдвое.

Подключаем катод диода VD1 к схеме. Отключаем резистор R3. Смотрим сигнал на стоке VT1 при уровне входного сигнала, когда начинаются отчетливые ограничения нижней и верхней полуволны. Подключаем резистор R3. Должна измениться скважность: длительность нижней полуволны должна стать меньше, чем верхней. Но при этом коэффициент усиления на малом сигнале не должен упасть сильнее, чем в 1.5 раза – в противном случае номинал R3 надо увеличить.

В качестве транзистора VT1 можно использовать культовый 2SK170 – гейн будет выше. Цепь ОС пересчитывается по указанной выше методике.

И, наконец, полная схема. Схема взята из статьи «К вопросу об эмуляции лампового триода на ПТ».

Полная схема

В качестве полевых транзисторов там использованы КПС104А, биполярные – КТ3102Е. Можно переделать на доступные транзисторы по приведенной выше схеме каскада. Полную схему в своем варианте не привожу, ибо навороченная, упомяну пару нюансов.

Питание. Здесь используются весьма нетиповые напряжения питания +30 и -4 вольта (в моём варианте +24 и -5 вольт). Кроме того, пульсации источника питания должны быть как можно близкими к нулю. Ниже приведена схема на современной элементной базе.

Схема питания

Устойчивость схемы. В исходной схеме питание третьего каскада идёт через RC-цепочку 3.3кОм – 500мкФ – для устранения самовозбуждения по питанию. Вместо громоздкого электролитического конденсатора в своём варианте на каждый каскад поставил собственный активный фильтр пульсаций – меньше по габаритам и эффективней.

Устойчивость схемы

Сэмплы

Ритм-партия, режим «low gain»:


Если включить нековый датчик и полностью прибрать тембр, имеем звук, похожий на старинный эффект «фуз»:


Ритм-партия на хайгейне:


Соло в режиме «low gain». Включен презенс-фильтр и дилей. Включена конфигурация датчиков, имитирующая звучание «Люсиль»:


Соло на хайгейне:


На записи особой разницы, думаю, незаметно; однако в живую всё-таки приятней играть на лампе.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *