Гитарная педаль эффектов Boss DS1 была выпущена в 1978 году японской компанией Boss (подразделение компании Roland). Педаль реализует эффект Distortion с характерным резким звуком, подходящим для рока и металла. Это была первая педаль искажения, сделанная Boss, с высоким коэффициентом усиления, но сохраняющая характер оригинальной гитары.
Эту педаль можно заказать на Алиэкспресс…
Версии схемы педали
Существует несколько вариантов схемы BOSS DS1. Первая версия была выпущена в 1978. Схема была спроектирована на основе чипа предварительного усилителя Toshiba TA7136AP. Замечу, что эта микросхема не является операционным усилителем. Эта самая первая модель обладала некоторыми неудобствами, такими как мигающий светодиод и необходимость в использовании внешнего источника питания. Сейчас это самая труднодоступная и дорогая модель. Некоторые музыканты утверждают что именно эта версия дает «правильный» и самый хороший звук.
Микросхема Toshiba TA7136AP в первой классической версии педали
Вторая версия схемы появилась в 1994 году. В ней используется японский операционный усилитель Rohm BA728N. Изменения были внесены в связи с прекращением производства чипа Toshiba TA7136AP. Новая модификация называлась DS1-A. Эта модель обладает не очень сильным, прозрачным гейном. Почти чистый сигнал при низких уровнях усиления и довольно сильный перегруз при высоком гейне. Все современные экземпляры называются «Пост 94».
Третий вариант схемы появился в 2000 году. В основе схемы стал использоваться операционник Mitsubishi M5223AL тайваньского производства. В остальном это была та же схема второй версии на BA728N. Эта модификация выпускается до настоящего времени. Эта версия — самая громкая из всех. При высоком уровне гейна можно услышать шипение. В интернет можно найти несколько методов модификации схемы для улучшения звучания.
Четвертая версия использует ОУ New Japan Radio NJM2904L. Это дешевая и широко распространенная версия, которая хорошо подходит для модификации.
Схема Distortion BOSS DS1
Я условно разбил схему педали на шесть блоков: входной каскад, бустер на транзисторе, ограничитель на ОУ, регулировки и блок питания.
Входной и выходной буферы изолируют остальные цепи педали от внешних устройств. бустер на транзисторе усиливает уровень сигнала. Искажения создаются в регулируемом усилителе на операционном усилителе. Два диода на выходе ОУ включаются встречно-параллельно. Таким образом они замыкают часть выходного сигнала на землю Это и создает жесткое симметричное ограничение сигнала. Следом идет каскад пассивного регулятора тембра и регулятор громкости. Блок питания обеспечивает напряжение питания и напряжение смещения для правильной работы схемы.
Вариант схемы в статье адаптирован для использования механического переключателя типа 3PDT. Это упрощает повторение схемы радиолюбителями.
Переключатель 3PDT ( Triple Pole Double Throw)
Схема BYPASS (обход эффекта) педали BOSS DS1
Оригинальная схема Boss DS-1 использует схему bypass (включения и выключения эффекта) на полевых транзисторах. В такой схеме применяется триггер и простая дешевая кнопка мгновенного действия. При выключении эффекта такая схема перенаправляет сигнал гитары напрямую со входного буфера на выходной буфер, минуя остальные элементы схемы.
Оригинальную схему с триггером и электронным обходом можно посмотреть в этой статье…
у такого решения есть как плюсы так и минусы. Плюсом считается то, что входной и выходной буферы остаются в цепи сигнала. Однако многие ценители звука считают что электронный байпас вносит свои искажения. Также применение такого электронного байпаса усложняет повторение схемы радиолюбителями. Главным преимуществом электронного «обхода» является его дешевизна с точки зрения промышленного производства. Несколько дешевых транзисторов стоят меньше чем одна качественная механическая кнопка.
С другой стороны, считается, что «истинные обходные механические переключатели» (3PDT) обеспечивают более чистый и прозрачный путь для сигнала. Переключатель 3PDT ( Triple Pole Double Throw) также позволит вам одновременно зажечь светодиод включения питания, что довольно удобно. 3PDT направляет гитарный сигнал либо через схему эффектов, либо напрямую с входа на выход, минуя даже входной и выходной буферные каскады.
Конструкция педали
В конструкции педали используется односторонняя печатная плата со стандартными выводными компонентами, что делает ее производство простым и дешевым. Все потенциометры, разъемы и батарея соединены проводами и припаяны вручную.
Блок питания
Блок питания — это простой резистивный делитель, который подает на цепи педали напряжение питания (+9 В) и напряжение смещения (+4,5 В)
- Делитель (R24, R25) создает напряжение +4,5 В, которые используются в качестве виртуальной средней точки (напряжение смещения).
- Конденсаторы С23 (100мкФ) и С15 (47мкФ) — буферная емкость, стабилизирующая линии питания.
- Диод D1 защищает от неправильной полярности подключения источника питания.
Входной каскад
Входной буфер представляет собой простой эмиттерный повторитель (также известный как схема с общим коллектором). Коэффициент усиления по напряжению у такой схемы равен единице. Схема имеет высокое входное сопротивление. Это позволяет сохранить исходное качество сигнала электрогитары.
Транзистор Q1 — типа 2SC2240 производства Toshiba. Это дешевый транзистор с низким уровнем шума и высоким коэффициентом усиления (β = 200-700).
- Конденсатор C1 изолирует звукосниматели гитары от любого уровня постоянного напряжения и устраняет неслышимые низкочастотные сигналы с частотой ниже 7,2 Гц (fc=1/2πC 1 Z in ).
- Резистор R1 защает базу транзистора от импульсных токов (электростатических разрядов).
- R2 — это резистор смещения для правильной работы транзистора.
- R3 — сопротивление нагрузки в цепи эмиттера. 10 кОм — довольно стандартное значение для эмиттерного повторителя.
Бустер (предварительный усилитель на транзисторе)
Этот каскад создает некоторую частотную фильтрацию и усиление сигнала перед каскадом ограничителя на ОУ. Идея состоит в том, чтобы поднять уровень сигнала так, чтобы следующий каскад мог работать с оптимальными уровнями.
Первая часть этого каскада — 2 последовательных фильтра верхних частот:
- C2 и R4 с частотой среза 3,3 Гц
- C3 и R5 с частотой среза 33 Гц.
Основная идея этих фильтров состоит в том, чтобы удалить избыток баса перед каскадом ограничителя. Гитарный сигнал со слишком большим количеством низких частот может сделать сигнал грязным и невнятным.
Транзисторный каскад представляет собой усилитель с общим эмиттером. Усиление по напряжению в этой схеме равно сопротивлению в цепи коллектора, деленному на сопротивление эмиттера (R C /R E или R8/R9 = 10K/22 = 454 = 53 дБ). Однако, влияние резистора обратной связи и конденсатора (R7 и C4) снизит это значение. В итоге усиление каскада — приблизительно 35 дБ.
Синий график — входной сигнал электрогитары. Красный график — сигнал на выходе каскада бустера.
Каскад регулируемого усилителя и ограничителя на операционном усилителе
Каскад на операционном усилителе — это сердце схемы педали. В основе схемы — неинвертирующий усилитель на ОУ с двумя диодами на выходе. Диоды включены встречно и параллельно. Также здесь есть несколько пассивных RC фильтров для формирования нужного звучания педали.
В начале каскада имеется RC-цепочка (C5 — R 4 ), которая создает фильтр верхних частот с частотой среза 23 Гц (f c =1/2πRC). Резистор R4 необходим для подачи напряжения смещения 4.5V на ОУ для его правильной работы.
- R14 — резистор высокого номинала, который смещает вход операционного усилителя до 4,5 В.
- Диод D8 служит для защиты входа ОУ.
На коллекторе Q2 присутствует постоянное напряжение около +5,8 В, и при переходе в режим насыщения без D8 на контакте 3 U1 будет -1,3 В. Когда вход операционного усилителя выходит за пределы допустимого диапазона, случаются неприятные вещи. Некоторые операционные усилители даже могут выйти из строя. Другие будут просто портить звук.
Важно отметить, что к тому моменту, когда этот диод открывается и начинает проводить ток, операционный усилитель уже в состоянии ограничения. Поэтому D8 не имеет ничего общего с задачей ограничения сигнала или какой-либо модификацией гитарного звука. Это просто защитная мера.
R39 служит для защиты входа операционного усилителя, ограничивая ток на выводе +.
Примечание. Если вы используете операционный усилитель Mitsubishi M5223AL, вам понадобится подтягивающий резистор 1 кОм от второго выхода операционного усилителя к +9 В. Этот резистор заставляет операционный усилитель работать в режиме класса A. Это уменьшает искажения. Прочтите последнюю страницу технического описания M5223A для получения дополнительной информации.
Первая половина сдвоенного операционного усилителя NJM2904L — это простой буфер, он ничего не добавляет (или не удаляет) к гитарному сигналу.
Вторая половина NJM2904L представляет собой неинвертирующий усилитель, который усиливает сигнал до 22,3 раза (26,5 дБ) по формуле:
Макс . Gv операционного усилителя = 1 + ( VR1)/( Р 13) = 1 +(100K/4,7K) = 22,3 (26,5 дБ)
Gv операционного усилителя min = 1 + ( 0Ω )/(R 13 ) = 1+(0K/4,7K) = 1 (0dB)
Каскад ограничителя определяет фирменный звук дисторшна. Он представляет собой два встречно-параллельных диода, которые шунтируют сигнал непосредственно на искусственную землю переменного тока (4.5V постоянного напряжения). В этом состоит отличие от схем с «мягким ограничением» (Overdrive), когда диоды включают в цепь обратной связи ОУ.
Конденсатор C7 (100 пФ) снижает высокие резкие гармоники в самом верху звукового спектра.
Фильтр верхних частот, созданный C8 и R13 (и часть потенциометра VR1 в зависимости от его положения), будет удалять частоты ниже 72 Гц (или ниже в зависимости от положения VR1).
fc max = 1/(2πC 8 R 13 ) = 1/(2*3,14*0,47u*4,7K) = 72 Гц
fc min = 1/(2πC 8 (R 13 +VR1)) = 1/(2*3,14*0,47u*104,7K) = 3 Гц
диоды D4 и D5 будут ограничивать сигнал, когда кго амплитуда становится больше или меньше прямого напряжения (V F ), которое составляет около 0,7 В.
Каскад регулировки тембра и громкости
В Boss DS-1 используется пассивный регулятор тембра в стиле Big Muff Pi , который захватывает средние частоты и ослабляет низкие или высокие, в зависимости от того, в какую сторону вы поворачиваете ручку
Схема состоит из простого фиксированного фильтра нижних частот -6 дБ/октаву (образованного R16 и C12 с fc=234 Гц) и фиксированного фильтра верхних частот -6 дБ/октаву (образованного C11 и R17 с fc=1063 Гц) с использованием Потенциометр VR3 для микширования двух сигналов. Точки отсечки обоих фильтров рассчитаны таким образом, что эффект их взаимодействия создает частотный подъем/спад около 500 Гц , когда регулятор тембра установлен в среднее положение.
Потенциометр VR2 регулирует уровень, направляя часть сигнала на землю переменного тока.
Выходной буфер
Выходной буфер имеет точно такую же схему, как и входной буфер. Его задача — поддерживать низкий выходной импеданс для лучшей целостности сигнала в цепочке гитара-педаль-усилитель. Как и входной каскад, это буфер с единичным коэффициентом усиления на основе простого эмиттерного повторителя с нагрузочным резистором R21 номиналом 10 кОм. Смещение подается от источника 4,5 В с R19 параллельно с R20 (1M/1M=500K).
- R21 — эмиттерный резистор на 10 кОм — стандартное значение для эмиттерного повторителя.
- C14 и R23 образуют фильтр верхних частот с fc=1,6 Гц. Цель этого фильтра — просто удалить уровни постоянного тока из конечного выходного сигнала.
Материал написан на основе англоязычной статьи. Ссылка на источник https://www.electrosmash.com/boss-ds1-analysis