ПТ эмуляция триодного ограничения
Автор: Кемпф В.
Источник: www.rusblues.ru
ПРЕДИСЛОВИЕ
Многие знают автора этой статьи как последовательного сторонника использования в тракте гитарного усиления полевых транзисторов, с переменным успехом пытающегося добиться от применения последних приемлемых (с точки зрения формирования традиционного гитарного звука) результатов. В гитарном звуке, как известно, на первый план выходят вопросы формирования спектра сигнала посредством его усиления и ограничения. Традиционно считается, что только ламповое ограничение может придать гитарному сигналу тот самый специфический окрас, столь почитаемый гитаристами и просто любителями гитарной музыки. Тем не менее, несмотря на существенное различие выходных ВАХ полевых транзисторов и вакуумных триодов, оказалось возможным заставить ПТ в ограничении вести себя подобно триоду, хотя для этого пришлось пройти долгий путь, полный ошибок, разочарований и неожиданностей.
Рассмотрим, как ограничивает сигнал вакуумный триод. Возьмем для примера распространенный триод 12АХ7. Предположим, что на вход подано синусоидальное напряжение 20В двойной амплитуды.
Верхняя полуволна ограничивается на сетке уровнем Uк. При превышении напряжения Uк между сеткой и катодом возникает ток. Таким образом, со стороны входа триод можно рассматривать как вакуумный диод, включенный между сеткой и катодом (рис.1).
Рис.1. Ограничение триодом положительной полуволны на сетке (UK=1,8В)
Естественно, это не является открытием для человечества и известно давно. При обычных для 12АХ7 значениях катодного резистора 1…3кОм уровень ограничения верхней полуволны сигнала по входу составляет около 2В.
Сигнал на аноде – это инвертированный и усиленный в КU раз входной сигнал каскада (рис.2).
Рис.2. Типовой каскад на вакуумном триоде 12АХ7
Усиление каскада по напряжению:
m– коэффициент усиления по напряжению триода;
S – крутизна в рабочей точке;
RA – резистор в цепи анода;
rA – динамическое сопротивление со стороны анода;
RH – сопротивление нагрузки.
KU в основном определяется внутренним сопротивлением триода rA, обычно равным 50...60кОм. В отсутствие нагрузки усиление каскада на 12АХ7 составляет около 65.
Рассмотрим сигнал на выходе по полуволнам. Всё, что может сделать триод, чтобы выдать максимальный сигнал верхней полуволны – это полностью закрыться. И в этом случае максимум положительной полуволны на выходе определяется отношением RA и RH, которые образуют обычный делитель напряжения. В отсутствие нагрузки верхняя полуволна достигнет уровня напряжения питания +340В. При наличии нагрузки (пусть это будет, к примеру, 200кОм) верхняя полуволна достигнет лишь +280В. В итоге мы имеем сигнал, изображенный на рис.3 (наклон вершины сигнала обусловлен зарядом проходного конденсатора СН и зависит от его емкости).
Рис.3. Осциллограмма реального сигнала на аноде (50В/деление)
Нижняя полуволна на этом рисунке есть ничто иное, как ограниченная входная положительная полуволна, усиленная в KU раз. Т.к. «входной диод» триода ограничивает положительную волну на входе уровнем 2В, то на аноде мы получаем сигнал нижней полуволны с характерным «диодным» закруглением (в нашем случае KU =55, и сигнал «закругляется» на уровне 220В-2В*55=110В, рис.3).
Таким образом, триод на выходе в действительности ограничивает только верхнюю полуволну. Именно в этом и кроется необходимость питания каскада от достаточно высокого анодного напряжения. Если питание каскада на рис.2 снизить до 220В, то выход каскада будет ограничивать также и снизу, что приведет к резкому ухудшению благозвучности ограничения. Это и есть причина того, что лампа «не звучит» при пониженном анодном напряжении.
Примечание. При сниженном анодном напряжении всегда есть возможность уменьшить сопротивление анодного резистора либо уменьшить анодный ток, увеличив катодный резистор, до тех пор, пока рабочая точка не займет «нормальное» положение: 55...65% от UП.
Итак, триод ограничивает только положительную полуволну, как на сетке, так и на аноде.
ОГРАНИЧЕНИЕ КАСКАДА С ОБЩИМ ИСТОКОМ И РЕЗИСТИВНОЙ НАГРУЗКОЙ
Полевой транзистор (речь идет о n-канальном приборе на основе кремниевого p-n-перехода) также представляет собой диод и ограничивает входной сигнал сверху. Уровень ограничения при этом составляет  , где  – падение напряжения на кремниевом переходе ( )
 – потенциал на истоке.
Рис.4. Каскад с ОИ в ограничении по выходу и входу
Проблема ПТ, включенного по схеме с общим истоком и резистивной нагрузкой, состоит в том, что, ограничивая сигнал на выходе сверху подобно вакуумному триоду, он «успевает» ограничить на выходе нижнюю полуволну ранее, чем наступит ее ограничение по входу (рис.4). К моменту ограничения на входе мы имеем уже полностью открытый прибор, и весь входной ток целиком складывается с током через канал ПТ. Этот ток беспрепятственно проникает в выходной сигнал, формируя на нижней полуволне так называемый «обратный выкус». Эффект можно несколько ослабить добавлением последовательно в затвор резистора большого номинала (0,4...1МОм). Но способ этот, уменьшая «выкус», не избавляет от ограничения на выходе снизу, поэтому ПТ сами по себе не могут звучать в ограничении так же, как триод. Одной из попыток хоть как-то улучшить это ограничение «снизу» было каскодное включение ПТ. Но, к сожалению, следует признать, что даже с учетом некоторого подобия формы сигнала на выходе при малых уровнях на входе, при перегрузе по входу начинают проявляться все те же проблемы. И это в равной степени относится ко всем каскадам с ОИ, в том числе и к мю-каскадам. Мю-каскады, кроме того, не дают токового ограничения «сверху», что скорее уводит нас дальше от «лампового звука», нежели приближает к нему. В итоге даже появился термин – «полевое звучание».
Примечание: мю-каскады на вакуумных триодах (SRPP), по мнению автора, не звучат в ограничении по той же самой причине: ограничение сверху – не «токовое».
Полный текст статьи: www.rusblues.ru |
