УДК 62-9, 787.61
Устройство и принцип работы приставки для электрогитары «Distortion 250»
Морозова Анна Игоревна – студентка Белгородского государственного национального исследовательского университета. (НИУ БелГУ, г.Белгород)
Аннотация: Рассмотрены принципы работы звукового преобразователя для электрогитары «Distortion 250». Описаны особенности реализации звукового эффекта distortion. Показано преобразование сигнала при разных режимах работы звукового исказителя.
Ключевые слова: Печатная плата, distortion, операционный усилитель
Distortion — звуковой эффект, достигаемый искажением сигнала путём его «жёсткого» ограничения по амплитуде, или устройство, обеспечивающее такой эффект. В основе эффекта лежит свойство транзисторных усилителей вносить нелинейные искажения в сигнал, особенно если тот близок к максимально возможному для конкретного усилителя [1]. "Классическая" конструкция гитарного исказителя такова: сигнал от гитары попадает на вход усилителя, который "раскачивает" гитарный сигнал с приблизительно 200 мВ до 2…5 В. Коэффициент усиления регулируется ручкой Gain или Distortion. Частотная характеристика усиления, как правило, нелинейная, и нерегулируемая.
Целью работы стало исследование преобразования сигнала примочкой «Distortion 250» и описание этих преобразований.
Для разведения дорожек платы было использовано программное обеспечение Altium Designer 10. На этапе предварительной подготовки поверхности будущей печатной платы были удалены окислы и загрязнения с поверхности с использованием мелкозернистой наждачной бумаги, обезжиривание спиртом. Для нанесения защитного покрытия использовалась технология, основу которой составляет перенос тонера (порошка, используемого при печати в лазерных принтерах) с подложки (глянцевой бумаги) на печатную плату. Перенос тонера на плату заключается в прикладывании подложки с тонером к предварительно очищенной плате с последующим нагревом до температуры, немного превышающей температуру плавления тонера [2]. Для травления платы использовался раствор хлорного железа. После завершения травления и промывки платы ее очищали ацетоном. Далее были просверлены отверстия. Следующий этап - покрытие платы флюсом с последующим лужением. При пайке в качестве припоя использовалась оловянная проволока. Мощность паяльника составляла 50 Вт, это позволило избежать перегрева дорожек и элементов схемы во время пайки.
Для исследования изменения сравнительной характеристики амплитуды входного и выходного сигнала использовался генератор синусоидальных импульсов и осциллограф «Le Croy mave Set 324» при частоте поданных импульсов 1000 Гц.
Ниже (рис. 1) представлена принципиальная схема приставки.
Рисунок 1. Принципиальная схема приставки «Distortion 250».
При подключении гитарных шнуров к входу и выходу «Distortion 250» цепь замыкается. Сигнал со входа попадает на фильтры частот (рис. 1), стоящие перед операционным усилителем (U1A), после этого сигнал поступает в операционный усилитель, подключенный неинвертирующим способом как дифференциатор, в котором усиливается в нужное число раз. Для включения операционного усилителя в цепь используют емкость коррекции С2, которая пропускает только переменный ток, убирая его постоянную составляющую. Она предназначена для компенсации фазового сдвига, вызванного RC-цепочкой, образованной входной емкостью усилителя и сопротивления обратной связи R2. Если операционный усилитель работает на большую емкостную нагрузку, то выходной каскад может вносить дополнительный сдвиг фазы, вызывающей неустойчивость. Для ослабления этого сдвига нагрузка развязывается от усилителя резистором R1. Дифференциальный каскад на входе (C3, R3, R5) содержится для того, чтобы производить все виды аналоговых вычислительных операций. Для этого требуется подать смещение на один из входов дифференциального каскада. Оно подается от делителя напряжения (R6, R7). Переменный резистор RV1 используется для регулировки коэффициента усиления.
Далее сигнал из микросхемы поступает на диоды, которые отвечают за ограничение сигнала. Это обычно достигается встречно-параллельным включением кремниевых диодов в цепь операционного усилителя с отрицательной обратной связью. Диоды включаются встречно-параллельно и замыкают выход операционного усилителя на землю. Следом сигнал поступает на выходной конденсатор С5, выступающим в роли фильтра, далее проходит на переменный резистор RV2, который регулирует выходное напряжение. Сигнал подается на выход.
Заметим, что питание системы реализуется за счет 15 В батарейки кроны, после которой следует делитель напряжения (R6, R7), который ставят для того чтобы подать на один из входов операционного усилителя половину напряжения питания. Это делают для того, чтобы задать рабочую точку.
На рисунке представлены осциллограммы, полученные во время измерений амплитуды звуковых сигналов снятых при различных режимах работы «Distortion 250». Частота поданных импульсов - 1000 Гц.
А
Б
В
Г
Рисунок 2. Осциллограммы сигнала, снятые с изготовленной примочки «Distortion 250» при разных режимах работы: коэффициент усиления минимален, величина напряжения выходного сигнала максимальна (а), коэффициент усиления максимален, величина напряжения выходного сигнала максимальна (б), коэффициент усиления на уровне среднего значения, величина напряжения выходного сигнала близка к минимальной (в), коэффициент усиления на уровне среднего значения, величина напряжения выходного сигнала близка к максимальной (г).
В зависимости от положения потенциометров RV1 и RV2 может меняться вид осциллограмм. Ручка потенциометр RV1 отвечает за коэффициент усиления и меняет форму краев обрезанной синусоиды от мягко закругленных при наименьшем коэффициенте усиления (Рис.2 А)) до грубо обрезанных при наибольшем коэффициенте усиления (Рис.2 Б)). Это происходит за счет того, что при усилении синусоиды на любой коэффициент меняется прежде всего ее амплитуда. Обрезка усиленного сигнала происходит всегда на одной и той же величине амплитуды, которая зависит только от характеристик встречно включенных диодов. Когда коэффициент усиления минимален, срез синусоиды происходит в области ее скругления, поэтому мы наблюдаем плавны край. Если коэффициент усиления велик, велика и амплитуда усиленной волны, поэтому срез частот попадает на практически прямой участок синусоиды, поэтому мы наблюдаем грубо срезанный край. Ручка потенциометра RV2 регулирует выходное напряжение, т.е. она увеличивает или уменьшает амплитуду уже обрезанного сигнала (Рис.2 В) и Г)), ограничивая таким образом громкость звукового сигнала, извлекаемого из гитары. Работа примочки была проверена на практике, к ней была подключена электрогитара. При извлечении звука с использованием «Distortion 250» наблюдался, как и предполагалось, перегруженный звук. В зависимости от положения ручки потенциометра RV1 изменялась степень «перегруза», а положение ручки RV2 меняло громкость звука.
Выводы:
«Distortion 250» преобразует сигнал и меняет его амплитуду. В зависимости от положения ручки потенциометра RV1 изменяется степень «перегруза» - меняется амплитуда поданного сигнала, а положение ручки RV2 меняет громкость звука, то есть обрезает уже обработанный сигнал. Приставка проста в изготовлении, и может заменить дорогостоящие аналоги.
Список литературы
1. П. Шкритек. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. М.: Мир, 1991. 446 с.
2. П. Хоровиц., У Хилл. Искусство схемотехники. М.: Мир, 1993. 412 с.