ПЕДАЛЬ С ТЕМБРОБЛОКОМ

May 17, 2010 by admin Комментировать »

В. Клейменов, А. Пронин, Н. Бугайчук

При исполнении музыкальных произведений на электромузыкальных инструментах все большее вни­мание уделяется возможностям получения различ­ных тембровых окрасок, изменяющих частотный спектр сигнала. Возможности исполнителя возрас­тают, если у него имеются ножные педали, позволя­ющие производить как амплитудное, так и частот­ное изменение звука в процессе игры. Однако если для получения каждого из многочисленных эффек­тов использовать свою самостоятельную педаль, об­разуется целая ножная клавиатура.

В предлагаемой конструкции сделана попытка объединить несколько функций в одной педали, ис­пользуя ее движение вверх-вниз и поворот в гори­зонтальной плоскости.

Для регулировки громкости и управления «ква­кушкой» используется напряжение, получаемое с двух датчиков, установленных в осях карданного подвеса ножной педали. Громкость регулируют, по­ворачивая педаль в горизонтальной плоскости, «ква­кушкой» управляют, нажимая или отпуская ее.

clip_image002

Рис. 1. Структурная схема темброблока

Надо сказать, что электронный регулятор гром­кости на полевом транзисторе обеспечивает глубину регулирования 25 дБ. Частота обратной связи «ква­кушки» перестаривается от 0,3 до 3,5 кГц.

Двумя переключателями, установленными под ножной педалью, и четырьмя переключателями на боковой стенке корпуса включаются и выключают­ся другие узлы темброблока. Примененный прин­цип управления в сочетании с электронной регулировкой позволяет легко получить все эффекты в от­дельности, а также их комбинации, достигая новых звучаний: тембровое вибрато, изменение тембра в зависимости от амплитуды огибающей сигнала, фусс-эффект с тембровым вибрато и т. д.

Конструкция выполнена на 18 транзисторах и 14 диодах. Темброблок потребляет от сети перемен­ного тока мощность 3 Вт.

Структурная схема блока представлена на рис. 1. Он содержит: предварительный усилитель 1, делитель напряжения 2, усилитель «квакушки» (тре­моло) 3, электронный регулятор громкости 4, вы­ходной эмиттерный повторитель 5, усилитель-огра­ничитель фусс-эффекта 6, корректирующий фильтр 7, частотнозависимый Т-мост с электронной пере­стройкой 8, 9, формирователь напряжения канала шумоподавления 10, И, узел регулировки 12, уси­литель 13, выпрямитель для формирования напря­жения огибающей входного сигнала 14, высокочас­тотный генератор 15, емкостные датчики положения ножной педали 16, 17, интегрирующие фильтры 18, 19, генератор вибрато 20 и блок питания 21.

Коэффициент передачи сигнала со входа блока на его выход равен единице, однако отдельные кас­кады усиливают сигнал, расширяя тем самым дина­мический диапазон. Такое построение позволяет включить органы регулировки непосредственно в от­дельные каскады. Электрические сигналы для уп­равления могут быть получены как из самого вход­ного сигнала, так и от специальных узлов.

При амплитудной регулировке сигнала электро­музыкального инструмента производят компрессию и амплитудную модуляцию (тремоло). Тембровая окраска звука меняется путем изменения частотной характеристики усилителя, а включение корректиру­ющего фильтра позволяет выделить определенное звучание.

Для уменьшения уровня шума усилителя введен канал шумоподавления, устраняющий высокочастот­ный шум (шипение).

Предварительный усилитель обладает высоким входным сопротивлением и легко согласуется с лю­бым звукоснимателем. Для выравнивания коэффи­циента передачи после предварительного усилите­ля включен делитель напряжения. Следующие кас­кады компенсируют это ослабление и одновременно увеличивают глубину регулировки усиления. Перед входным эмиттерным повторителем включен элек­тронный регулятор громкости.

Высокочастотный генератор с двумя емкостными датчиками служит для дистанционного управления громкостью и резонансной частотой Т-моста.

Для получения эффекта «квакушки» (тремоло) введен низкочастотный генератор. Включение меж­ду ним и органами управления интегрирующих фильтров позволяет подобрать определенный закон модуляции выходного сигнала.

Каскады усиления охватываются различными видами обратных связей. Частотнонезависимая об­ратная связь (через резистор) с выхода на вход ис­пользуется для стабилизации коэффициента усиле­ния и рабочих режимов транзисторов по постоянно­му току. Параллельно этому резистору подключа­ется частотнозависимая обратная связь, цепь кото­рой выполнена в виде Т-моста.

Шесть переключателей позволяют получить лю­бое сочетание эффектов изменения звучания. На­пример, подключив генератор тремоло к электрон­ным регуляторам через частотнозависимую цепь Т-моста, мы получим частотную модуляцию выход­ного сигнала (тембровой фусс-эффект).

Принципиальная схема темброблока представ­лена на рис. 2. Сигнал через переключатель В 1.1 по­ступает на вход предварительного усилителя на транзисторах Т1- — ТЗ. Первый каскад предваритель­ного усилителя собран на полевом транзисторе. Он работает в линейном режиме и позволяет получить наряду с малым уровнем шума высокое входное со­противление — не менее 1 МОм.

Связь со следующим каскадом — емкостная. Второй и третий каскады собраны по схеме с непо­средственной связью, что позволяет снизить частот­ные искажения. Для обеспечения необходимого ра­бочего режима транзисторы Т2 и ТЗ охвачены отри­цательной обратной связью через резистор R9. Предварительный усилитель имеет коэффициент усиления 40 дБ.

clip_image004

Рис. 2. Принципиальная схема темброблока

К выходу предварительного усилителя через кон­денсатор СЗ подключен делитель напряжения на резисторах R10, R11. Он вносит ослабление на 20 дБ. Одновременно к выходу подключен и узел фусс-эф-фекта.

Узел фусс-эффекта выполнен в виде усилителя-ограничителя на транзисторах Т4 и Т5. Такое уст­ройство не создает характерных щелчков и шорохов при затухании колебаний, присущих устройствам на различных пороговых элементах, например, на триг­гере Шмитта. Однако каскады, работающие в режи­ме ограничения сигнала, обладают повышенным уровнем шума. В данном случае уменьшение собст­венных шумов достигнуто за счет выбора режима работы транзисторов с малыми токами при пони­женном напряжении питания — всего 2 В — и уве­личения сопротивления нагрузки транзистора Т4. Каскады на транзисторах Т4 и Т5 также связаны непосредственно. Выбор режима работы по постоян­ному току определяется сопротивлением резистора обратной связи RI4. Конденсатор С6 корректирует частотную характеристику усилителя. Питаются каскады усилителя-ограничителя через фильтр R17C8.

Ограничение выходного сигнала наступает при поступлении на базу транзистора Т4 сигнала ампли­тудой 100 мВ.

К коллектору транзистора Т5 через конденсатор С9 подключен сложный корректирующий фильтр на элементах L1CWC12R18 — R21 с подъемом на средних звуковых частотах около 1,5 кГц и завалом выше 4 кГц. Добротность фильтра невысока (око­ло 5).

Переключателем В2 можно подключить вход следующего узла — «квакушки» — как к корректи­рующему фильтру, так и к делителю на резисторах R10R11. Ослабление фильтра и делителя примерно одинаково и поэтому сигнал на входе «квакушки» в обоих случаях будет иметь ту же амплитуду. Уси­литель «квакушки» должен обладать достаточно вы­соким входным сопротивлением, чтобы не нарушать работы корректирующего фильтра. Поэтому на вхо­де усилителя включен резистор R22. Он также по­зволяет уменьшить влияние входного сопротивления усилителя фусс-эффекта на предыдущие цепи. В этом узле имеется активный RС-фильтр, основой которого является Т-мост С16, Д1, СП в цепи об­ратной связи усилителя на транзисторах Т6Т8 (они также включены по схеме с непосредственной связью). Резонансная частота Т-моста изменяется при изменении проводимости диода Д1, которая зависит от тока, протекающего через транзистор Т9.

Режим работы каскадов усилителя «квакушки» стабилизируется с помощью обратной связи через резистор R23. Параллельно этому резистору переключателем ВЗ включается регулируемый Т-мост. Таким образом, резонансная частота обратной свя­зи изменяется от 0,3 до 3,5 кГц.

В качестве управляемого диода используется стабилитрон, включенный в прямом направлении.

База транзистора Т9 связана через резистор R31 с шиной питания. Этот резистор используется для получения начального смещения рабочей точки ста­билитрона. Кроме того, база транзистора Т9 связа­на с емкостным датчиком ножной педали (через ре­зистор R51) и с выходом генератора вибрато (через резистор R62 и переключатель В6). Наконец, пере­ключателем В4 база транзистора Т9 может соеди­няться (через резистор R42) с выходом узла выделе­ния огибающей входного сигнала.

В эмиттер транзистора Т8 включена сложная на­грузка, позволяющая получить рабочий режим по постоянному току и одновременно обеспечить рабо­ту Т-моста. С части нагрузки — точки соединения резисторов R27 и R28 — снимается сигнал на Т-мост и на вход электронного регулятора громкости.

Электронный регулятор громкости выполнен на транзисторе Т10. Резистор R32 и переход сток-ис­ток транзистора образуют управляемый делитель напряжения. Проводимость полевого транзистора меняется в зависимости от трех составляющих на­пряжения: от емкостного датчика ножной педали, от генератора вибрато и от канала шумоподавления. Связь с емкостным датчиком — через резистор R52, с генератором вибрато — через резистор R61, с ка­налом шумоподавления — через резистор R46.

Эмиттерный повторитель на транзисторе Т11 со­гласует сопротивление усилителя (около 20 кОм) с низкоомным сопротивлением выходного кабеля.

На транзисторах Т12, Т13 выполнен усилитель для формирования напряжения, пропорционально­го огибающей сигнала. К эмиттеру транзистора Т13 через конденсатор С22 подключен выпрямитель на диодах Д2, ДЗ. Напряжение, выпрямленное диода­ми и сглаженное конденсатором С24, через резистор R42 и переключатель В4 подается на транзистор Т9 в блоке «квакушки». Это позволяет управлять «квакушкой», например, изменяя силу удара по струнам электрогитары.

База транзистора Т12 подключена к выходу предварительного усилителя через делитель на ре­зисторе R35, что позволяет выбирать амплитуду огибающей, т. е. диапазон изменения резонансной частоты Т-моста в цепи обратной связи «квакушки».

Каскады усилителя работают в линейном режи­ме и не ограничивают входной сигнал. Именно это и позволяет резонансной частоте Т-моста «следить» за силой удара по струнам электрогитары. Нормаль­ный рабочий режим обеспечивается резистором об­ратной связи R37.

С усилителя-ограничителя сигнал через конден­сатор С25 поступает на каскад шумоподавления. В нем работает эмиттерный повторитель на транзи­сторе Т14. К эмиттеру подключен выпрямитель на диодах Д4 и Д5, удваивающий выходное напряже­ние примерно до 6 В. Это напряжение сглаживается конденсатором С27 и через резистор R46 подается на электронный регулятор громкости. При его мак­симальной величине режим работы полевого тран­зистора Т10 становится ключевым: он полностью от­крывается, шунтируя цепь сигнала.

Канал шумоподавления работает в широком диапазоне звуковых частот. Отрицательная обратная связь в усилителе-ограничителе (через конден­сатор С6) вносит коррекцию в общий тракт на выс­ших звуковых частотах. Действие системы шумо­подавления особенно эффективно в паузах.

Генератор вибрато собран по схеме мультивиб­ратора на транзисторах Т16, Т17. Частота его гене­рации регулируется переменным резистором R57 в пределах от 0,5 до 15 Гц. Напряжение на выходе мультивибратора имеет прямоугольную форму. Между движками переменных резисторов R59, R60 и общим проводом включены конденсаторы С45. С46. Эти элементы образуют интегрирующие фильт­ры, которые позволяют подобрать определенный за­кон модуляции. Напряжение, приближающееся к треугольной форме, позволяет плавно модулировать сигнал электромузыкального инструмента.

Глубина модуляции вибрато достигает 90% и регулируется резисторами R59, R60. Генератор виб­рато подключается к цепям переключателями В5 и В6.

На транзисторе T1S собран генератор ВЧ емкост­ных датчиков ножной педали. Частота генератора 1 — 1,5 МГц. Генератор собран по схеме индуктивной трехточки. Противофазное напряжение ВЧ с катуш­ки L3 поступает на диодно-емкостные мосты Д6, Д7, С30, С31 и Д8, Д9, СЗЗ, С34. Конденсаторы пе­ременной емкости С31 и С34 — емкостные датчики — установлены на осях карданного подвеса педали. При равенстве емкостей конденсаторов СЗО и С31, СЗЗ и С34 на анодах диодов Д6 и Д8 напряжение отсутствует. Когда же емкости не равны, на анодах диодов появляется пульсирующее напряжение. Это напряжение сглаживается фильтрами Др!С35 и Др2С36 и через резисторы R51 и R52 подается на базу транзистора Т9 и на затвор транзистора Т10. Так изменение емкости датчиков-конденсаторов обеспечивает получение управляющего напряжения величиной от нуля до 3,9 В.

Питается темброблок от сети переменного тока через понижающий трансформатор Tpl. Выпрям­ленное напряжение с диодного моста Д11Д14 по­ступает на стабилизатор напряжения на транзисто­ре 775. Опорное напряжение стабилизатора опреде­ляется напряжением стабилизации стабилитрона Д10, включенного в цепь базы проходного транзи­стора.

Конструкция и детали. Темброблок вместе с ис­точником питания и педалью собран в общем кор­пусе, имеющем боковые стенки и изогнутую верх­нюю панель. Корпус изготавливают из фанеры тол­щиной 10 мм, его части скрепляют металлическими уголками. Перед сборкой корпус необходимо про­морить и проклеить углы клеем ПВА. После про­сушки в течение 8 — 10 ч боковые стенки и торцы корпуса обрабатывают, вторично морят и покрыва­ют бесцветным мебельным лаком. Печатную плату прикрепляют к корпусу дополнительными уголками.

На боковой стенке корпуса установлены пере­ключатели В2, В4В6, переменные резисторы R35, R57, R59, R60. На верхней панели закреплены тумб­лер В7, переключатели В1 и В3.

clip_image006

Рис. 3. Кинематическая схема карданного подвеса ножной педали

Наиболее сложной частью конструкции является карданный подвес ножной педали. На рис. 3 приве­дена его кинематическая схема. На основании 1 неподвижно закреплены уголки 2 и 3, в отверстиях которых вращается горизонтальная ось 4. К уголку 5 прикреплен статор конденсатора 6 датчика пово-; рота в вертикальной плоскости. Через отверстие в горизонтальной оси проходит вертикальная ось 7, связанная с ротором второго конденсатора 8 — дат­чика поворота в горизонтальной плоскости. Статор конденсатора 8 прикреплен к уголку 9 на централь­ной части горизонтальной оси. К торцу вертикальной оси винтами прикрепляют платформу педали.

Такая конструкция обеспечивает две степени сво­боды — вращение вокруг вертикальной Y и гори­зонтальной X осей.

Основание подвеса выполнено в виде П-образ-ной скобы, привинченной винтами к верхней панели корпуса.

Платформу ножной педали изготовляют из мно­гослойной фанеры, на которую наклеивают рифле­ную резину, чтобы нога при игре не соскальзывала. Размеры платформы определяются требованиями удобства и могут быть различными.

Углы поворота осей следует ограничить, иначе можно повредить конденсаторы переменной емко­сти. Особенно важно ограничить поворот в горизон­тальной плоскости. Очень удобно использовать в ка­честве ограничителей переключатели, установлен­ные на боковой стенке корпуса. Тогда при повороте платформы можно одновременно коммутировать ос­новные узлы непосредственно во время исполнения музыкального произведения.

Чертежи основных деталей педали приведены на рис. 4. Изготовленные по данным чертежам уголки позволяют использовать конденсаторы переменной емкости фирмы «Тесла». В случае использования других конденсаторов необходимо скорректировать отверстия под крепежные винты. Уголки изготавли­вают из листового алюминия или стали.

Горизонтальную ось, имеющую в средней части квадратное сечение, изготавливают на токарном станке и опиливают. В центре горизонтальной оси сверлят отверстие диаметром 10 мм под вертикаль­ную ось. Оси можно изготовить из дюралюминия, стали, бронзы и даже текстолита. Соосность осей конденсаторов переменной емкости и отверстий в осях достигается при сборке.

clip_image008

Рис. 4. Детали карданного подвеса ножной педали

Используя основной принцип построения кар­данного подвеса, конфигурацию деталей, их разме­ры и материал можно изменять в зависимости от возможностей конструктора.

Темброблок смонтирован на двух печатных пла­тах. На одной плате собраны все функциональные узлы (ее чертеж приведен на рис. 5). На другой — диоды выпрямительного моста, конденсаторы филь­тра и стабилизатор напряжения на транзисторе 775. Все провода от основной платы связаны в жгут.

Трансформатор Tpl блока питания выполнен на магнитопроводе Ш16х18. Сетевая обмотка содер­жит 4500 витков (отвод от 2600) провода ПЭВ-2 0,13, вторичная обмотка — 410 витков провода ПЭВ-2 0,31.

Катушка L1 корректирующего фильтра намота­на на кольце К12Х7Х5 из феррита 2000ММ и име­ет 150 витков провода ПЭЛШО 0,12. Ее можно на­мотать и без магнитопровода, на любом каркасе, но это потребует измерения индуктивности, которая должна быть равна 0,25 Г.

clip_image010

Рис. 5. Печатная плата функциональных узлов темброблока

Катушки генератора ВЧ L2, L3 намотаны на кар­касе, помещенном в горшкообразный сердечник от контура ПЧ транзисторного приемника «Сокол». Число витков: L2 — 30, провода ПЭВ-2 0,15, L3 — 20 + 20, провода ПЭВ-2 0,15.

В конструкции применены резисторы МЛТ-0,125, конденсаторы КЛС, МБМ, К50-3. Транзисторы КТ315 могут быть заменены транзисторами типов КТ301, КТ312, КТ342 с любым буквенным индексом. Конденсаторы переменной емкости С31 и С34 фир­мы «Тесла» могут быть заменены на любые другие конденсаторы от карманных радиоприемников.

Налаживание темброблока начинают с установ­ки конденсаторов переменной емкости датчиков в среднее положение. Подбором емкостей конденса­торов СЗЗ и СЗО в точках соединения добиваются нулевого напряжения. Если это не удается, необхо­димо заменить диоды.

Генератор ВЧ налаживания практически не требует. Если он не возбуждается, следует поменять местами выводы катушки L2. Частота генератора некритична и выбирается в пределах от 1 до 1,5 МГц. Снижать ее ниже 1 МГц не рекомендуется из-за снижения крутизны преобразования диодно-емкостного моста.

Каскады усилителя с непосредственной связью иногда требуют подбора резистора отрицательной обратной связи. Этот резистор подбирают так, что­бы на нагрузке последнего каскада была половина напряжения питания.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты