[akouz]

Возьмем обычный ограничитель (клиппер) на двух встречно-параллельно включенных диодах 1N4148 и подадим на него через резистор 3.3к медленно нарастающее напряжение от -2В до +2В. После прогона в Spice (я использую SIMetrix) получим передаточную характеристику, показанную на рисунке красным цветом.



Как и следовало ожидать, клиппер на обычных кремниевых диодах ограничивает сигнал примерно на уровне +-600 мВ. Передаточная характеристика плавная, а на участке примерно от -400 мВ до +400 мВ - линейная. То есть, до какого-то порогового напряжения диоды закрыты и не искажают сигнал, затем открываются а начинают вносить все больше искажений.

Теперь добавим к клипперу высокочастотный треугольный сигнал. Я подаю его на диоды через резистор 100к, амплитуда сигнала 12.5 В (двойная амплитуда 25В), частота 500 кГц. Сигнал с выхода клиппера пропускаем через пассивный ФНЧ второго порядка с частотой среза примерно 10 кГц, чтобы полностью подавить ВЧ сигнал. Получившаяся передаточная характеристика показана зеленым цветом. Видно, что передаточная характеристика стала более плавной, а линейный участок, если и сохранился, то уменьшился до примерно +-100 мВ.

Увеличим амлитуду ВЧ сигнала до 25 В (двойная амплитуда 50 В), эта передаточная характеристика показана синим цветом. Судя по всему, линейный участок в характеристике совсем исчез. Такой клиппер искажает во всем диапазоне входных сигналов, как и ламповый усилитель. И действительно, подача ВЧ сигнала на клиппер в составе овердрайва радикально меняет звучание, как это ни пародоксально. Звук очищается, из него исчезает "песок", гитара становится намного более отзывчивой.

Пример практической реализации такого клиппера приведен на схеме. Генератор выполнен на ОУ U3A. Из-за ограниченного быстродействия использованного дешевого китайского ОУ частота всего лишь 100 кГц, но и этого оказалось вполне достаточно. Клиппер выполнен на Шоттки диодах D6. Пассивный фильтр второго порядка R13-C21-R17-C22 c с частотой среза около 7 кГц подавляет ВС сигнал примерно на 40 дБ, а выходной фильтр R22-C25 подавляет его еще на 20 дБ.



В окончательном варианте схемы R11 был увеличен то 100к чтобы убрать проседание громкости при подаче ВЧ.

Пример звучания приведенной выше схемы. Сигнал подается с PC на примочку, выход примочки подключен к транзисторному комбику и записан на мобильник. Воспроизведение с РС идет по кругу три раза:

1. Чистая гитара (Телекастер).
2. Примочка включена, работает клиппер на Шоттки диодах, тумблер XS8 в левом (по схеме) положении, т.е. нижний конец R11 заземлен.
3. К клипперу на Шоттки диодах подмешан ВЧ сигнал, тумблер XS8 в правом (по схеме) положении. Все другие настройки неизменны.

 Tele_19_02_25.mp3 (779,59К)
Количество загрузок:114

Спектрограммф этой записи. Видно, что спектр третьего сампла немножко беднее по спектру, чем спектр второго, однако спектральные отличия невелики. А на слух разница заметная.

Сообщение отредактировал akouz: 06 марта 2025 - 09:47

[hamaha]

Интересная идея. Напомнило ВЧ подмагничивание в магнитофонах.
А насколько важна треугольность? Синус не годится?

[akouz]

hamaha (08 марта 2025 - 09:51) писал:

Интересная идея. Напомнило ВЧ подмагничивание в магнитофонах.
А насколько важна треугольность? Синус не годится?

Совершенно верно, идея схожая с подмагничиванием.

Треугольность не принципиальна. В представленной выше схеме генератор выдает нечто среднее между треугольником и синусом, тем не менее звук превзошел мои ожидания.

В теме Овердрайв с клипперами на Шоттки диодах обсуждался спектр производимый разных вариантами клипперов. На мой взгляд, гораздо важнее сравнивать не спектры клиппированных синусов, а оценить интермодуляционные искажения, создаваемые клипперами. Для этого сравнения я использовал такую схему в Спайсе



На вход клипперов подавался синус частотой 400 Гц (источник V3) и 4 кГц (источник V2). К одному из клипперов подмешивался треугольник частотой 500 кГц амплитудой 10 В (источник V4).

При амплитуде источников равной 250 мВ спектры таковы:



При амплитуде источников 500 мВ



Видно, что Шоттки и германий дают сопоставимую интертмодуляцию. А интермодуляция Шоттки с ВЧ существенно меньше. Этим и обэясняется столь заметная на слух разница звучания.

Однако спектры клиппера на 1N4148 при прогоне на интермодуляцию дают результаты на первый взгляд парадоксальные: при малых амплитудах входного сигнала интермодуляция с ВЧ больше! Красные линии - с ВЧ сигналом, зеленые - без ВЧ





Однако, если неможко подумать, то удивляться этому не приходится: ВАХ кремниевых диодов примерно до 0.5В практически линейна и не вносит существенных искажений, в том числе интермодуляционных. А с ВЧ передаточная характеристика клиппера нелинейна везде, поэтому искажения есть при любой амплитуде.

Собственно, в ламповых усилителях дела обстоят точно так же. При сравнении с транзисторными они дадут аналогичные результаты.

[akouz]

Глядя на ВАХ диодов, передаточные характеристики клипперов и осциллограммы сигналов, трудно или невозможно понять, почему их звучание похоже или отличается. Для визуализации отличий передаточных характеристик клипперов, соберем в Спайсе простую тестовую установку, которая будет вычислять первую производную этих функций. Генератор сигнала V3 вырабатывает линейно нарастающее напряжение, скорость нарастания 1 В/сек. За две секунды напряжение на входе клиппера R3,D1 нарастает от 0 до 2 В. Выходное напряение клиппера буферизуется повторителем Х1 и затем обрабатывается дифференциатором Х2. На выходе получается первая производная передаточной функции.




Реультаты для нескольких типов диодов показаны на графиках. Видно, что все кремниевые диоды, включая Шоттки диод , имеют "полку" в начале своих передаточных характеристик. На этой "полке" сигнал не искажается, это линейный участок ВАХ. А германиевый диод 1N34A такой полки не имеет, от искажает сигнал любой амплитуды. Именно это дает принципиальное отличие звука германиевых диодов.



Чтобы убрать линейную "полку" в начале передаточной характеристики, подадим на клиппирующий диод небольшое смещение. Напряжение смещения задается вторым диодом, через который пропущен небольшой ток, задаваемый резистором R2. Это напряжение через термокомпенсированный повторитель на двух транзисторах подается на клиппирующий диод. Вместо транзисторов можно использовать повторитель на ОУ, так даже лучше получится.



На графике представлены первые производные передаточных характеристик клиппера со смещением и без смещения. Видно, что характеристика клиппера со смещением получается даже лучше, чем у германиевого диода: полка исчезла совершенно, характеристика равномерно нелинейна.