[akouz]

Буду собирать здесь результаты симуляции в Спайсе клипперов на различных полупроводниках. Схема испытательного стенда такая:



Источником сигнала является генератор линейно нарастающего напряжения V3, его выходное напряжение нарастает со скоростью 1 В/сек. Повторитель X1 нужен для дифференциатора X2, на выходе X2 получается первая производная передаточной функции клиппера.

1. Кремниевые диоды 1N4148 и 1N4001. Производные показаны зелеными цветами.



2. Зенеры BZX79-4V7 и BZV85-10 в прямом направлении, т.е. в диодном включении.



3. Шоттки BAT46 и BAT54



4. Зенеры BZX79-4V7 и BZX84-5V1 в обычном включении, т.е. как зенеры



5. 1N4148 со смещением, ток смещения 10 мкА и 20 мкА

[GreenDad]

akouz, хорошая тема, сам интересуюсь этим вопросом. 10-20мкА - это "холодное" смещение, я пропускал ток и в 250мкА, можно сказать, что это "горячее" смещение. Таким образом, один и тот же импульсный диод можно заставить работать по-разному. В определённых каскадах нужен свой тип смещения. Плюс нужно делитель подбирать таким образом,чтобы асимметрия была небольшой, ну и межкаскадная частотная коррекция, где это требуется. Можно добиться того же, что и на лампах. Только выпрямителные диоды лучше не надо)))

[akouz]

Динамическое сопротивление диода при прямом смещении R = 25мВ/I. Для тока 10 мкА получается 2.5к, а для тока 250 мкА - всего 100 Ом. На слух даже 10 мкА уже дают звучание более мягкое, чем германиевые диоды.

6. Германиевые диоды 1N34A и 1N270



7. Красный и синий светодиоды



8. MOSFET-ы, затвор соединен со стоком



9. Зеленый светодиод со смещением 5, 10 и 20 мкА



10. Красный светодиод со смещением 10 мкА и 20 мкА



11. Шоттки BAT54 со смещением 5 и 10 мкА



12. Шоттки BAT54 со смещением 10 мкА, синяя линия и линия болотного цвета - последовательно с диодом добавлен резистор 100 Ом



13. Красные светодиоды 3мм и 5мм со смещением 10 мкА, Spice модели взяты с Reddit

Сообщение отредактировал akouz: 16 ноября 2025 - 05:07

[GreenDad]

Более мягкое, конечно. Я имел в виду каналы Clean и Crunch, горячее туда ставится. Ещё от уровня входного сигнала зависит же работа диода, там тоже всё неоднозначно. Берёте ВАХ полупроводника, чем выше точка смещения - тем правее и, соответственно, плавнее участок. Это изаестный факт.

[akouz]

Для проверки искажений разных клипперов используется такая схема



Синус 500 Гц разных амплитуд от генератора V3 через R1 подается на клиппер D1, D2. Для смещения диодов клиппера исползуется опорный диод D3 и буферы X1, X2. Ток смещения задается генератором тока I1.

Искажения измеряются при сигналах двойной амплитуды 50мВ...10В.

1. Диоды 1N4148, ток смещения 10 мкА

• 50мВ - 0.143%
  
• 100мВ - 0.49%
  
• 200мВ - 1.79%
  
• 500мВ - 7.12%
  
• 1В - 14.1%
  
• 2В - 21.1%
  
• 5В - 28.3%
  
• 10В - 31.3%

2. Красные светодиоды, ток смещения 10 мкА

• 50мВ - 0.078%
  
• 100мВ - 0.147%
  
• 200мВ - 0.516%
  
• 500мВ - 2.86%
  
• 1В - 8.1%
  
• 2В - 15.4%
  
• 5В - 23.8%
  
• 10В - 28.3%

3. Зенеры BZX79-4V7 в прямом включении, ток смещения 10 мкА

• 50мВ - 0.144%
  
• 100мВ - 0.50%
  
• 200мВ - 1.8%
  
• 500мВ - 7.1%
  
• 1В - 13.5%
  
• 2В - 19.7%
  
• 5В - 26.3%
  
• 10В - 29.3%

4. Германиевые 1N34A без смещения

• 50мВ - 0.15%
  
• 100мВ - 0.53%
  
• 200мВ - 2.1%
  
• 500мВ - 9.1%
  
• 1В - 16.1%
  
• 2В - 23.0%
  
• 5В - 27.9%
  
• 10В - 29.8%

5. Шоттки BAT54, смещение 10 мкА

• 20мВ - 0.1%
  
• 50мВ - 0.5%
  
• 100мВ - 1.7%
  
• 200мВ - 4.8%
  
• 500мВ - 12.3%
  
• 1В - 17.7%
  
• 2В - 22.4%
  
• 5В - 26.8%
  
• 10В - 28.2%

6. Шоттки BAT54, смещение 5 мкА

• 20мВ - 0.11%
  
• 50мВ - 0.5%
  
• 100мВ - 1.8%
  
• 200мВ - 5.3%
  
• 500мВ - 13.4%
  
• 1В - 19.1%
  
• 2В - 24.2%
  
• 5В - 28.5%
  
• 10В - 30.0%

7. Шоттки BAT54, смещение 20 мкА

• 20мВ - 0.09%
  
• 50мВ - 0.33%
  
• 100мВ - 1.2%
  
• 200мВ - 3.6%
  
• 500мВ - 10.1%
  
• 1В - 15.6%
  
• 2В - 19.9%
  
• 5В - 25.2%
  
• 10В - 26.4%

-------------------------------------------------------------------------- -------------

14. 1N4148 с подмешиванием RF сигнала

Сообщение отредактировал akouz: 16 ноября 2025 - 10:16

[GreenDad]

akouz, не совсем понятно, что дают эти цифры по искажениям, да ещё и при симметричном ограничении. Каковы ценность и перспектива таких полученных данных? Некоторые сильные искажения на слух почти не различаются, другие, напротив, очень заметны, даже и небольшие. Ключевую роль в музыкальности играет спектр. У вас полная симметрия, и спектр соответствующий. В измерительной схеме понятно, но в реальной стабилизация тока смещения не особо нужна, вот когда смещение плавает, монотонность сменяется на динамику.

[akouz]

GreenDad (16 ноября 2025 - 23:42) писал:

монотонность сменяется на динамику.

Песок в звуке - это как раз динамика.

Стык линейного и нелинейного участков в передаточной характеристике фузов и клипперов на кремниевых диодах создает порог: ниже порога искажений нет, выше порога - есть. Поскольку гитарный звук сложный, то наличие порога создает нечто вроде тремоло, хорошо заметного на слух в медленно затихающих гитарных созвучиях при воспроизведении линейным усилителем. Частота этого "тремоло" составляет порядка 10 Гц, а само оно состоит из чередующихся участков, где высокие гармоники есть (сигнал выше порога) и где их нет (сигнал ниже порога).

Есть несколько методов борьбы с песком:

-- Задавить все частоты выше примерно 7 кГц "пескорезом", т.е фильтром низких частот.
-- Добавить нелинейность на линейный участок передаточной характеристики. На практике обычно реализуется путем использования ламповых усилителей, которые равномерно нелинейны даже при малых сигналах.
-- Замаскировать песок, задрав высокие частоты самого гитарного звука. Реализовано в Тьюб Скримерах, Солдано, и иже с ними. Одновременно это уменьшает длительность песка, ухо не успевает его уловить.
-- Использовать мягкие клипперы, т.е. лампы, полевые транзисторы и германиевые диоды.

Идеальным мягким клиппером можно считать такой клиппер, у которого искажения пропорциональны аплитуде сигнала. Представленные выше клипперы демонстрируют разнообразие характеристик, какие-то более равномерны, какие-то - менее.

Из приведенных выше заметно выделяются равномерностью нарастания искажений клипперы на светодиодах со смещением. Сопоставив это с их передаточными функциями можно сделать вывод, что самыми мягкими по звучанию будут клипперы, у которых первая производная передаточной функции наиболее линейна. Это соответствует передаточным функциям, описываемым квадратными уравнениями, как, например, передаточным функциям ламповых триодов.

Передаточная функция клиппера с подмесом ВЧ тоже описывается квадратным уравнением. Как результат, первая производная клиппера на 1N4148 с ВЧ довольно линейна на большом участке.

[GreenDad]

Порог, безусловно, важен, но вы же экспериментируете с плавностью перегиба, это называется колено. Идеальный клиппер - понятие субъективное. Есть схемы ограничения сигнала с детектором огибающей, либо до исказителя включают компрессор.
Между основным тоном и песком в спектре присутствуют ещё гармоники, и вот их взвешенное количество в единицу времени определяет характер звучания. Имеется в виду та динамика, когда при звукоизвлечении с разной силой этот характер удобно и выразительно управляется исполнителем. Гитаристу всё равно, какие невозможно крутые применены схемные решения, и наоборот, если устройство по характеру будет отзываться на его звукоизвлечение, то он им заинтересуется, даже если это будет из картона на соплях.

[akouz]

15. BAT54 и BAT46 с подмешиванием RF сигнала. Похоже что модель BAT54 далека от реальности.



16. BAT46 со смещением 5 и 10 мкА.

[akouz]

 GreenDad (17 ноября 2025 - 09:52) писал:

Идеальный клиппер - понятие субъективное.

Я дал определение идеального клиппера, в нем нет ничего субъективного. По этому критерию клипперы можно сравнивать объективно, в этом его отличие от личных мнений и пристрастий.

16. Затвор JFET в прямом смещении, транзисторы 2SK208 и 2N5458



17. Германиевые диоды Д310, Д311А и 1N34A



18. 1N4148, BAS16, BAW62



19. JFETs J201 и 2N5457 в диодном вклчении с подмесом ВЧ

[KSG]

Цитата

Идеальный клиппер - понятие субъективное.

Я долго экспериментировал с симметричными клипперами, пока не убедился: асимметричный клиппер звучит живее, приятнее и более лампообразно ))

Прикрепленные изображения

• 
• 

[akouz]

KSG, на всякий случай упомяну, что приводимые мною графики к симметричному или ассиметричному клиппированию не имеют ни малейшего отношения, возможно, вам это неочевидно. Используя их можно собирать и симметричные, и ассиметричные клипперы, на свой вкус.

20. Транзистор 2N2222, коллектор соединен с базой. Обычное включение и включение с подмесом ВЧ.

[KEL]

Ну почему же?
Может, из этих опытно-конструкторских работ что-то интересное нарисуется!

[akouz]

Они не для начинающих радиолюбителей, это точно.

21. Аналогично п.20, транзистор BC847B

 KEL (18 ноября 2025 - 10:04) писал:

Может, из этих опытно-конструкторских работ что-то интересное нарисуется!

Набранного материала уже достаточно для некоторых выводов:

• Клипперы на германиевых диодах практически ничем не отличаются от кремниевых клипперов со смещением. Можно сказать, что у германиевых диодов смещение встроено в сам диод.
  
• Поведение первой производной у клипперов с подмесом ВЧ заметно отличается от клипперов со смещением и от германия. У клипперов с ВЧ она линейная, что и было предсказано, поскольку сама передаточная функция квадратичная. А у диодов со смещением и сама передаточная фенкция нелинейна, и производная ее тоже нелинейна. Что интуитивно понятно, ибо сколько экспоненту ни дифференцируй, получишь опять экспоненту.

Из первого вывода следует, что существующий в настоящее время затык с германиевыми диодами вполне преодолим при помощи кремниевых диодов со смещением. Огромный выбор кремниевых диодов создает широкое поле для деятельности таких снобов, как Билл Фенниган:



А из второго следует, что мое мнение об эквивалентности германиевых диодов, диодов со смещением и диодов с ВЧ было ошибочным и преждевременным. Клипперы с ВЧ пока что стоят особняком, но, по идее, составляют одну группу с лампами и полевиками. Требуются дополнительные исследования.

Сообщение отредактировал akouz: 18 ноября 2025 - 10:58

[KSG]

Цитата

Требуются дополнительные исследования

А пока без проблем наслаждаемся германиевым звуком в конфигурации (2+2) / (3+1):

Прикрепленные изображения

• 

[akouz]

 KSG (18 ноября 2025 - 13:45) писал:

А пока без проблем наслаждаемся германиевым звуком в конфигурации (2+2) / (3+1):

Это решение уже стало популярным? Ну вот, а я упустил... Пожалуйста, ссылочку дайте на схему и описание.

22. Для наглядности на одном графике: 1N4148 сам по себе, с постоянным смещением 5 мкА и 10 мка, а также с подмесом ВЧ.



Еще одно подтверждение того факта, что разглядывание осциллограмм и передаточных характеристик - пустая трата времени. Зато первая производная мгновенно выявила разницу.

Любопытства ради, возьмем графики производных клиппера со смещением и растянем их по горизонтали в два раза, чтобы удобнее было сравнить с графиком производной клиппера с ВЧ.



23. Транзисторы BCM56DS с характеристиками схожими с 2N2222

[KSG]

Цитата

Это решение уже стало популярным?

Это решение у меня успешно кристаллизовалось ещё 10 лет назад.
В итоге получился вот такой трёхвариантный клиппер:
1) SMD пара Шоттки;
2) квартет гермашек (Д18+Д311)х2 в конфигурации 2+2
3) квартет гермашек (Д18+Д311)х2 в конфигурации 3+1.
Но! Перед ними в ОС ОУ стоит аппроксиматор (5 пар SMD Si, обвязанных резисторной цепочкой R/2R) - он не позволяет ОУ колотиться между питанием и землёй, и является, по сути, предварительным супер-мягким клиппером.
После этого имеется включаемый по желанию Peaker 2,8...4,2 kHz (+10 dB),
после этого имеется неотключаемый пескорез 8-го порядка (он занимает половину платы),
и имеется отключаемый бустер 100 Hz (+6 dB).
Штука получилась схемно громоздкая, но она абсолютно функциональна и работает от стандартных 9 Вольт, потребляя около 3 мА ))

Прикрепленные изображения

• 

[GreenDad]

akouz (16 ноября 2025 - 08:47) писал:

Динамическое сопротивление диода при прямом смещении R = 25мВ/I. Для тока 10 мкА получается 2.5к, а для тока 250 мкА - всего 100 Ом.

А что, разве это какое-то схемотехнически неприемлемое значение? Вы сравнивали с подмешиванием RF? По вашему мнению гетеродин проще засунуть?

akouz (16 ноября 2025 - 08:47) писал:

Идеальным мягким клиппером можно считать такой клиппер, у которого искажения пропорциональны аплитуде сигнала.

А можно и не считать, то есть, совсем необязательно, и не факт, что идеальная зависимость именно пропорция. Отсюда и субъективность.

Зависимость чувствительности слуха к нелинейным искажениям не прямопропорциональная.

[akouz]

GreenDad (19 ноября 2025 - 11:08) писал:

А что, разве это какое-то схемотехнически неприемлемое значение?

Если для вас приемлемо ослабить сигнал в 10 раз ни за понюх табаку - то исполать.

GreenDad (19 ноября 2025 - 11:08) писал:

Вы сравнивали с подмешиванием RF? По вашему мнению гетеродин проще засунуть?

Помешивание ВЧ - это никаким боком не гетеродин. Просто вы не понимаете как это работает, отсюда и гетеродин у вас появился ни к селу ни к городу. Это работает аналогично ВЧ подмагничиванию записывающей головки ленточного магнитофона, гетеродинами там и не пахнет.

GreenDad (19 ноября 2025 - 11:08) писал:

А можно и не считать, то есть, совсем необязательно, и не факт, что идеальная зависимость именно пропорция.

Если уж вам хочется руководствоваться субъективными критериями, то можете считать что угодно чем угодно.

[akouz]

KSG (19 ноября 2025 - 09:32) писал:

после этого имеется неотключаемый пескорез 8-го порядка (он занимает половину платы),

Вы давеча говорили, что пескорез с фильтрами высокого порядка делает звук стеклянным. Как это совмещается с "наслаждаемся звуком"?

KSG (19 ноября 2025 - 09:32) писал:

Штука получилась схемно громоздкая, но она абсолютно функциональна

Проблема в том, что "абсолютно функциональных" примочек в мире - вагон и маленькая тележка. А всяк кулик свое болото хвалит, ессно. Несерьезно полагаться на субъективные оценки, особенно авторские.

[KEL]

akouz (19 ноября 2025 - 15:04) писал:

Вы давеча говорили, что пескорез с фильтрами высокого порядка делает звук стеклянным. Как это совмещается с "наслаждаемся звуком"?

Странно, разве срез ВЧ у перегруза дает "стеклянность" звуку??

[akouz]

Усилительный каскад на JFET: питание 15В, в истоке 1к, в стоке 10к. На затвор подается линейно нарастающее напряжение 1 В/сек в диапазоне от -2В до 3В. Сигнал со стока поделен аттенюатором 100к/10к и подан на дифференциатор.



Каскад на TF2123G с сопротивлением в стоке 10к при разных сопротивлениях в истоке

[akouz]

PS: Исправляю ошибку. Совсем забыл, что с JFET-ами я перевернул источник сигнала. Соответственно, напряжение на затворе (ось координат Х) не растет, а уменьшается, от +2В до -3В.

Опять JFET-ы, сопротивление в стоке 10к, в истоке - 0.



Попросил ChatGPT найти модель лампового триода 12AX7. Попробовал одну из найденных при напряжении на аноде 15В и сопротивлении в аноде 10к, а также при 150В и сопротивлении 100к. Катод на земле. Аттенюатор на выходе, соответственно, 1/10 и 1/100.

Сообщение отредактировал akouz: 21 ноября 2025 - 02:19

[KSG]

Цитата

Попросил ChatGPT найти модель лампового триода 12AX7

Приобрёл несколько штук 12АХ7 и экспериментировал с ними живьём.
При соблюдении условия Ua = 2/3 HT картина выглядит следующим образом:

Разные экземпляры имеют некоторое непринципиальное отличие.

Прикрепленные изображения

• 
• 

[akouz]

Вполне очевидная для вменяемых и мало-мальски образованных людей вещь: если передаточные характеристики устройств одинаковые, то не играет абсолютно никакой рояли каким образом эти характеристики достигаются, на лампах, на JFET, при помощи подмеса ВЧ или в цифре. Звучать будет одинаково.

Еще несколько столь же очевидных вещей касательно передаточных характеристик: их графики можно сдвигать вправо или влево, растягивать или сжимать по горизонтали или вертикали, на звук эти преобразования никак не влияют. Влияет только форма.

Из чего следует, что по результатам изложенного выше дух просвещенья в моем лице готовит много открытий чудных. Просто захватывающие перспективы открываются. А скрипач не нужен, лампы идут в топку.

[Primochka]

Лампы быстро изнашиваются, советских запасов больше не становится, а импортные стоят столько, что ваши идеи становятся все более привлекательными.

[KSG]

Цитата

Лампы быстро изнашиваются, советских запасов больше не становится, а импортные стоят столько

Лампы аудиотракта работают в лёгких режимах, и в советских радиолах они работали и работают реально десятилетиями.
Мне доводилось приобретать б/у лампы с явно солидной наработкой, но они обнаруживали вполне кондиционные параметры.
В моей скромной коллекции имеются исправные радиолы ВЭФ-Рапсодия, Кантата-204 и Рекорд-68-2 с их винтажными радиолампами.
Покупать импортные лампы - неоправданное баловство: разница между 12АХ7 от разных производителей более существенна, чем разница между 6Н2П и 12АХ7 в принципе.
И это не шаткая компьютерная виртуальность, а реальность, которую невозможно отрицать ))

[akouz]

Передаточная функция клиппера с подмесом ВЧ была описана здесь. Для сигнала в диапазоне от 0 до 1 она описывается функцией y = x - (x*x)/4, что соответствует ламповому триоду.



Если мы подадим на каскад с такой передаточной функцией постоянное смещение 0.5 и начнем подавать на него синусоиды возрастающей амплитуды, то на выходе получим сигнал с КНИ возрастающим пропорционально амплитуде входного сигнала. Если мы соединим два таких каскада последовательно, закономерность сохранится, просто искажений станет побольше. Соединим три каскада последовательно - опять та же закономерность, но искажений станет еще больше.

ChatGPT посчитал такие THD для сигналов амплитудой от 0.01В до 0.32В для одного, двух и трех каскадов:

| 0.01 | 0.166667% | 0.286665% | 0.377629% |
| 0.02 | 0.333333% | 0.573319% | 0.755245% |
| 0.04 | 0.666667% | 1.146550% | 1.510390% |
| 0.08 | 1.333333% | 2.292398% | 3.019982% |
| 0.16 | 2.666667% | 4.579202% | 6.033588% |
| 0.32 | 5.333333% | 9.114133% |12.016579% |

Интересно, что если каскады сделать инвертирующими, то искажения после первого каскада будут максимальными, после второго - уменьшатся в 4-5 раз, а после третьего снова возрастут, но останутся ниже, чем после первого каскада. Причина в том, что при инверсии нелинейности каскадов начинают противодействовать друг другу и компенсировать друг друга.

Из чего следует, что в овердрайвах на JFET и лампах второй каскад надо делать максимально линейным, вводя местные ОС, а первый и третий каскады - максимально нелинейными.

С учетом сказанного, можно иными глазами взглянуть на схему Маршалловского преампа.



Присмотревшись мы увидим, что эта рекомендация выполнена:
-- в первом каскаде искажения максимальны, локальная ОС убрана конденсатором С1
-- во втором каскаже искажения малы за счет достаточно глубокой ОС при помощи катодного резистора R6=10к
-- в третьем каскаде искажения опять велики, поскольку катодный резистор R9 всего 820 Ом.

И еще один не совсем очевидный вывод следует из этого: полярность сигнала может играть существенную роль, особенно если в цепочке примочек стоит овердрайв на JFET или лампах, дающий несимметричные искажения. Простая инверсия сигнала может радикально изменить звучание.

С учетом всего вышеизложенного, взглянем на схему Wampler Plexi-drive.



В примочке всего 3 каскада, причем самый искажающий каскад - второй, а первый и третий при малых сигналах искажений вносят очень мало.

Однако если эту примочку воткнуть в High вход Маршалла, искажения второго каскада Вамплера добавятся к искажениям первого и третьего каскадов Маршалла. А если воткнуть в Low вход то наоборот, компенсируют искажения третьего каскада Маршалла.

Сообщение отредактировал akouz: 23 ноября 2025 - 14:26

[KSG]

Цитата

во втором каскаже искажения малы за счет достаточно глубокой ОС при помощи катодного резистора R6=10к

Очередное заблуждение - cold clipper, сдвигая рабочую точку анода высоко вверх, активно формирует асимметричные искажения.
Пора переходить к макетированию схем живьём - это разрушает многие теоретические построения.

[akouz]

 KSG (23 ноября 2025 - 14:34) писал:

Очередное заблуждение - cold clipper, сдвигая рабочую точку анода высоко вверх, активно формирует асимметричные искажения.

Совершенно беспочвенное утверждение. За счет глубокой ОС этого каскада передаточная характеристика почти линейна, при малых сигналах искажений он практически не вносит.

При входном сигнале амплитудой 1 В - всего 3%, а при 200 мВ - 0.6%. На фоне искажений, вносимых первым и третьим каскадами это очень мало.

А всякую лирику "сдвигая рабочую точку анода высоко вверх" и "активно формирует" оставьте гуманитариям, на них такое словоблудие действует завораживающе.