CC BY
37ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
буферный каскад для электрогитары
Сенюткин П.А.
Сенюткин Петр Алексеевич - инженер-электрик, пенсионер, г. Глазов
Аннотация: рассмотрена схема буферного каскада для согласования электрогитары с усилителем. Приведены экспериментальные результаты. Показаны характеристики для промышленного звукоснимателя ББ-ОШ-БК фирмы Бе1са( Со.,Ыё.
Ключевые слова: буферный каскад, амплитудно-частотные характеристики, емкость гитарного кабеля.
В качестве основы для буферного каскада (БК) автор использовал простейший истоковый повторитель на основе известной схемы S.A.G.E.[1].Схема каскада приведена на рис. 1.
Рис. 1. Схема буферного каскада. Я1=Я2=2 МОм, Я3=15 кОм, С1=10 мкФ, С2=100 мкФ, УТ1-
КП303Б
Характеристики БК, измеренные автором:
- входное сопротивление RвxБк = 1,7 МОм
- выходное сопротивление RВыХБК = 420 Ом
- усиление по напряжению 0,88
- полоса частот на уровне (-1 дБ) = 40 Гц-20 кГц.
Эксперименты проводились со звукоснимателем (ЗС) BS-01N-BK фирмы Belcat Co.,Ltd с оптимальным согласованием, исследованном в работе [2, 13]. Характеристики элементов его эквивалентной схемы: Ь = 3,4 Гн, Я = 5,5 кОм, С = 182 пФ, ЯП = 582 кОм, ЯГ = 264 кОм (регулятор громкости), ЯМ = 10 МОм (входное сопротивление мультиметра M890G), СМ = 23 пФ (входная емкость мультиметра M890G). Схема измерений представлена на рис.2. Измерялась амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) ЗС в режиме приема по методике [3, 30].
Рис. 2. Схема ЗС, нагруженного мультиметром (ЯМ СМ)
Результаты измерений для схемы на рис.2 представлены на рис. 3. Пунктиром на рис. 3 показан уровень 0,707 (-3 дБ) от максимального значения коэффициента передачи Ки.
Рис. 3. АЧХЗС для схемы рис. 2
Полоса частот на уровне (-3дБ) составляет около 0,06-7,5 кГц, КИМАКС = 1, резонансная частота fp = 5 кГц. Входное и выходное сопротивления БК должны обеспечивать хорошую развязку АЧХ ЗС от гитарного кабеля и входных характеристик гитарного усилителя. Для проверки этого предположения была собрана схема, показанная на рис.4. Схема содержит следующие компоненты: ЗС (Ь, Я, С, ЯП, ЯГ), БК, гитарный кабель, изготовленный из кабеля Яв58, длиной 16 м (емкость кабеля СК = 1685 пФ, погонная емкость 105,3 пФ/м), входное сопротивление усилителя ЯВХ = 10 кОм, входная емкость усилителя СВХ = 530 пФ. Значения ЯВХ и СВХ являются типичными для гитарных усилителей из бюджетной серии вЛ-10 для начинающих исполнителей.
Рис. 4. Схема ЗС нагруженного буферным каскадом (БК), кабелем (Су) и входом усилителя (ЯВХ
и СВх)
Рассчитаем АЧХ ЗС в режиме приема для схемы на рис. 4 при той же нагрузке, но без БК [3, 30]. Результаты расчета показаны на рис. 5.
ч
г
О 2 4 6 Я 10 12 кГц
Рис. 5. АЧХ для схемы рис.4. без БК
Из рис. 5 видно, что увеличенная емкость ЗС (С+ СК+ СВХ) снизила резонансную частоту ЗС с 5 кГц до, примерно, 2 кГц, а низкое значение ЯП (параллельное соединение ЯП, ЯГ и ЯВХ) значительно уменьшило Ки и уменьшило полосу частот.
Результаты измерений для схемы рис. 4 с БК представлены на рис. 6. Пунктиром на рис. 6 показан уровень 0,707 (-3 дБ) от максимального значения коэффициента передачи Ки.
О 2 4 6 « 10 12 кГц
Рис. 6. АЧХ для схемы рис. 4 с БК
Из рис. 6 видно, что наличие БК с малым выходным сопротивлением практически исключил влияние кабеля на АЧХ (рис. 3, рис. 6). Полоса частот для графика на рис. 6 на уровне (-3дБ) составляет около 0,05-7,4 кГц, КиМАКС = 0,85 резонансная частота fp = 5 кГц. За счет конечного сопротивления входа БК, сопротивления входа усилителя и коэффициента передачи БК, график на рис. 6 лежит ниже графика на рис. 3.
Выход БК с выходным сопротивлением К-выхбк можно представить в виде генератора Г, с внутренним сопротивлением ЯВЫХБК. Тогда схему рис.4 после БК можно представить в виде:
КВЫХБК
Рис. 7. Передача сигнала в нагрузку
На рис. 7 Явх=10 кОм - входное сопротивление усилителя, ЯВЫХБК = 420 Ом -внутреннее сопротивление БК, СН = СК+ СВХ = 1685 пФ+530 пФ=2215 пФ - емкость нагрузки равная суммарной емкость кабеля и входной емкости усилителя. Для схемы на рис. 7, коэффициент передачи напряжения Ки от генератора Г в нагрузку:
Ku = / (1)
с R ^
1 ^ ЛВЫХБК
V Rbx J
2
+ {(ОСн -Н-ВЫШБК )
Подставив в (1) все значения кроме f (в кГц), получим:
Ки = , 1 (2)
д/1,085 + 0,000031/2
Как и в работе [2, 13], примем минимальное значение Ки > 0,9. Из (2) видно, что Ки= 0,96 и практически не зависит от частоты в диапазоне от 0 до 20 кГц и более. Это значение будет возрастать до 1 при изменении ЯВХ от 10 кОм до бесконечности. Частотные характеристики при этом не меняются, так как первое слагаемое под корнем не зависит от частоты, а второе слагаемое, формально зависящее от частоты не влияет на Ки. Конечно можно подключить электрогитару и к усилителю с входным сопротивлением 1 -10 кОм, что приведет только к потере амплитуды сигнала без изменения АЧХ. Практически для Ки > 0,9 можно принять условие выбора выходного сопротивления ЯВЫХБК относительно входного сопротивления усилителя ЯВХ:
Явыхбк < Явх /10 (3) Следует отметить, что коэффициент перед / в (2) настолько мал, что даже при длине кабеля 60-65 м Ки > 0,9 в диапазоне частот от 0 до 20 кГц и никакого заметного влияния на звук гитары наблюдаться не будет.
Список литературы
1. TroshnevA. Smart Altering Guitar Electronics S.A.G.E. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.sugardas.lt/~igoramps/Article57.htm/ (дата обращения: 07.03.2019).
2. Сенюткин П.А. Согласование электрогитары с усилителем. НОК № 2 (36), 2019. Стр. 13-18.
3. Сенюткин П.А. Об эквивалентной схеме электромагнитного звукоснимателя для электрогитары. Радио. № 6, 2018. Стр. 30-31.
