Tube Amplification 101

Εδώ και λίγο καιρό "μελετάω" ενα πασίγνωστο (και αντιγραμμένο από τους πάντες) σχέδιο ενισχυτή, τον Fender Champ. Σε λίγο καιρό σκοπευω να ξεκινήσω απο την συναρμολόγηση ενος πολύ απλού κιτ και μόντα στη μόντα να φτάσω μέχρι μια boutique, modded έκδοση ενός Badcat Minicat. Φυσικά προτού πιάσουμε τα κολλητήρια, πιάνουμε τα βιβλία...Ψάχνωντας λοιπόν βρίσκει κανείς πάρα πολλές χρήσιμες πληροφορίες. Σκέφτηκα λοιπόν να γράψω το παρακάτω αρθράκι, προσπαθώντας να εξηγήσω (λιγο μπακάλικα) το τι συμβαίνει μέσα σε έναν απλό ενισχυτή κιθάρας και το τι σημαίνουν ορισμένες έννοιες όπως output transformers, valve rectifiers, negative feedback κλπ που τόσο συχνά ακούμε. Ο υπερβολικά επιστημονικός χαρακτήρας πολλών ανάλογων άρθρων σε συνδυασμό με την έλλειψη τέτοιων άρθρων στην ελληνική γλώσσα ίσως εμπόδισε πολλους που είχαν όρεξη να μάθουν πέντε πράματα, για αυτό κάνω και την παρακάτω προσπάθεια.

Επειδή ήδη θα έχουν τρομάξει οι περισσότεροι, μην πανικοβάλλεστε! Για να καταλάβετε τα παρακάτω αρκούν μερικές στοιχειώδεις λυκειακές γνώσεις φυσικής & ηλεκτρονικών.

Ξεκινάμε λοιπόν μια ξενάγηση των εσωτερικών ενος πολύ πολύ απλου και διαδεδομένου ενισχυτή, του Fender Champ. Θα χρησιμοποιήσουμε το schematic του 5F1 Tweed και στο οποίο θα αναφερόμαστε σε όλο το υπόλοιπο άρθρο. Εχω μαρκάρει με κόκκινα τετράγωνα ορισμένες "περιοχές" του ενισχυτή. Ανοίξτε το σε ενα χωριστό παράθυρο, θα αναφερόμαστε σε αυτό συνέχεια.

Block A: Αυτό είναι το πρώτο στάδιο προενίσχυσης του ενισχυτή μας. To σήμα της κιθάρας μπαίνει από το input jack και πηγαίνει στο 1ο μισο της 12AX7 προενισχύτριας λυχνίας όπου και ενισχύεται. Η έξοδος αυτού του τμήματος καταλήγει σε ενα ποτενσιόμετρο. Το ποτενσιόμετρο αυτο ελέγχει πόσο απο το προενισχυμένο σήμα μας θα περάσει στα επόμενα τμήματα του ενισχυτή και ειναι ουσιαστικά το volume μας. Θα καταλάβουμε τι ακριβώς σημαίνει αυτό όταν δούμε το επόμενο block. Αξίζει να αναφερθούμε και στον πυκνωτή που βρίσκεται αμέσως πριν από αυτό το ποτενσιόμετρο. Ο συγκεκριμένος πυκνωτής επιτελεί 2 σημαντικότατες εργασίες: Πρώτον, εμποδίζει το υψηλό DC current (συνεχές ρευμα) που χρησιμοποιούν οι λυχνίες για τη λειτουργία τους απο το να συνεχίσει στο επόμενο στάδιο προενίσχυσης. Ο λόγος είναι ότι θέλουμε να συνεχίσει στον ενισχυτή και να...ενισχυθεί μόνο το σήμα μας, όχι και το DC current. Οποιοσδήποτε πυκνωτής, ασχέτως τιμής, θα μπορούσε να κάνει αυτή τη δουλειά...το γιατί οι πυκνωτές λειτουργούν έτσι μπορεί εύκολα να το ψάξει όποιος ενδιαφέρεται. Η δέυτερη δουλειά του πυκνωτή ειναι να "ρυθμίζει" το πόσα μπάσα περνάνε στο κύκλωμα μας : οσο μεγαλύτερη η τιμή του, τόσα περισσότερα μπάσα θα έχει ο ενισχυτής μας. Αν ομως το παρακάνουμε, ο ήχος θα γίνει muddy, οπότε προσοχή...

Block B: Εδώ το σήμα μας συνεχίζει στο δέυτερο στάδιο προενίσχυσης, που στην προκειμένη περίπτωση αποτελείται απο το 2ο μισό της 12ΑΧ7. Μεχρι στιγμής, το σήμα μας είναι σχετικά καθαρό, ή καλύτερα, είναι όπως το ταίσαμε στο input (αν είχαμε πχ ένα od και ένα compressor μπροστα απο τον ενισχυτή μας, το σήμα μας τώρα ειναι ακόμα σχετικά αναλοίωτο, δεν έχει υποστεί έξτρα παραμόρφωση/κομπρεσσάρισμα απο τον ενισχυτή). Εδω μπαίνει το ποτενσιόμετρο που αναφέραμε πριν. Aν το έχουμε σε υψηλό setting αφήνουμε πολύ μεγάλο μέρος του (ήδη ελαφρά προενισχυμένου από το 1ο μισό της 12AX7) σήματος να πάει στο δέυτερο στάδιο της προενίσχυσης. Αυτό την οδηγεί στα όρια της, και την κάνει να κομπρεσσάρει και να ενισχύει το σήμα μας αρκετά non-linearly ( μη-γραμμικά). Με λίγα λογια, έχουμε παραμόρφωση (preamp distortion).

Block C: Εδώ μπαίνουμε στον τελικό ενισχυτή (power amplifier. Αν στην έξοδο του block B είχαμε βάλει άλλο ένα ποτενσιόμετρο, θα λειτουργούσε ουσιαστικά σαν master volume...think about it. Στον τελικό ενισχυτή έχουμε την 6V6 λυχνία μας που λειτουργεί σε (σχεδόν) single ended class A. Παραπάνω για τις κλάσεις και για το σχεδόν στην παρένθεση θα βρείτε με λίγο googling αλλά και στο παλαιότερο θέμα περι ενισχυτών. Μετά την λυχνία έχουμε έναν από τους 2 μετασχηματιστές του κυκλώματος μας, τον λεγόμενο output transformer. Η δουλειά αυτού του κυρίου ειναι (κυριως) να πραγματοποιήσει το λεγόμενο impedance matching έτσι ώστε το σήμα μας να μπορέσει να φτάσει στο μεγαφωνο και να παράγει ήχο. Αναλογα με τον μετασηματιστη που χρησιμοποιουμε και με το ποια taps του αξιοποιουμε παιρνουμε τις γνωστες εξοδους για 4,8,16 ohm speakers. Περισσοτερα περι του τι ειναι το impedance matching και γιατι ειναι απαραιτητο θα βρει οποιος θελει στο παρακατω link

https://en.wikipedia.org/wiki/Impedance_matching

Ουσιαστικα αυτος ειναι ο ενισχυτης μας: ακολουθησαμε το σημα μας απο τη στιγμη που μπηκε μεχρι τη στιγμη που εφτασε στο μεγαφωνο. Εχουμε παραλειψει ομως ενα σημαντικοτατο τμημα του ενισχυτη, και αυτο ειναι το power section, το τμημα που μας δινει το ρευμα και τα βολταζ που χρειαζομαστε για την λειτουργια του ενισχυτη μας. Και ναι παιζει και μεγαλο ρολο στον τελικο ηχο και αποκριση του ενισχυτη μας...

Block D1: Eδω εχουμε το ρευμα που ερχεται απο την μπριζα μας. Εχουμε τον διακοπτη για το power, ο οποιος απλα ανοιγει/κλεινει το κυκλωμα και μια ασφαλεια. Καταληγουμε στο primary winding του power transformer.

Block D2: Ξεκιναμε απο τον power transformer και τα δευτερευοντα πηνια του. Ο λογος ύπαρξης αυτού του κομματιού του κυκλώματος είναι ότι τα voltages που θέλουμε για την λειτουργία των λυχνιών δεν είναι ίδια με τα volt που παίρνουμε απο την μπρίζα του σπιτιού μας, οπότε θα πρέπει να τα "μετασχηματίσουμε" ώστε να πάρουμε τα επιθυμητά μεγέθη. Οι λυχνίες, λογω κατασκευής τους, απαιτούν μεγάλα voltage για να λειτουργήσουν. Ακομα και σε ενα τέτοιο απλό και low-wattage ενισχυτή βλέπουμε τάσεις που ξεπερνούν τα 300-350 Volt. Αυτό εξηγεί και σε ένα βαθμό την επικινδυνότητα του να βάζουμε χέρι σε λαμπάτους ενισχυτές...δε θα δούμε τέτοιες τάσεις στον 15ρακη Marshall MG και αντίστοιχα μηχανήματα. Αφου λοιπόν πήραμε τις τάσεις που θέλουμε, έχουμε ένα ακόμα πρόβλημα: Το ρέυμα που έρχεται απο την μπρίζα ειναι AC, εμείς θέλουμε DC για την λειτουργία του ενισχυτή μας. Θα πρέπει λοιπον να το μετατρέψουμε απο AC σε DC. Αυτο επιτυγχάνεται με τη χρήση ενος full wave rectifier. Στη συγκεκριμένη υλοποιηση έχουμε ένα valve rectifier, μια λυχνια 5Υ3 που επιτελεί αυτή την εργασία. Απο 'κει και πέρα, έχουμε ενα network απο αντιστάσεις και πυκνωτές που μας δίνει τα voltage drops που θέλουμε για κάποια άλλα σημεία του κυλώματος (πχ μπορεί να θέλουμε εκτός των 350 Volt και 348 και 320 volt - τυχαία νούμερα).

And that's pretty much it folks!

Ας επεκταθούμε λίγο σε ορισμένα πραγματάκια οπως το rectifier. Οπως είπαμε, εδώ έχουμε ένα valve rectifier, μια λυχνία που αναλαμβάνει την μετατροπή του AC σε DC. Η δουλεια αυτη μπορει να γινει απλουστατα με 4 διοδους (solid state rectifier). Αντι λοιπον της λυχνιας εχουμε το παρακατω:

Ειναι πολυ πιο απλο απο την λυχνια, τραγικα πιο φτηνο (ουτε ενα ευρω δε κοστιζουν 4 διοδοι) και πιο αξιοπιστο (δεν υπαρχουν λυχνιες που πιθανον να θελουν αλλαγμα κλπ). Για αυτο το λογο οι περισσοτεροι ενισχυτες που κυκλοφορουν πλεον ΔΕΝ εχουν tube rectifier αλλα solid state rectification. Οσους ενισχυτες δειτε με tube rectifier, το εχουν ειτε για λογους ιστορικης ακριβειας (πχ καποιο αυστηρο reissue του εν λογω ενισχυτη) ειτε για τις ηχητικες του ιδιοτητες (το "sag" εχει συζητηθει παλαιοτερα) ειτε για mojo.

Κατι αλλο που μπορουμε να αναφερουμε ειναι το λεγομενο negative feedback, που χρησιμοποιειται και στον Champ. Aν προσεξετε το schematic, υπαρχει μια αντισταση η οποια ειναι συνδεδεμενη μεταξυ της προενισχυσης (block B) και του τελους του block C, ακριβως πριν το μεγαφωνο (ΜΕΤΑ τον transformer). Βαζοντας αυτη την αντισταση εκει δημιουργησαμε μια διαδρομη για το σημα μας και ουσιαστικα "ταιζουμε" λιγο απο τελικο σημα μας πισω στην προενισχυση. Αυτο ειναι και το λεγομενο negative feedback. Ομως γιατι το κανουμε? Τι προσφερει? Μας προσφερει καλυτερες επιδοσεις, καλυτερη σταθεροτητα και αλλα πολλα. Παραθετω απο wiki:

Παράθεση

When a fraction of the output of an amplifier is combined with the input, feedback exists; if the feedback opposes the original signal, it is negative feedback and if it increases the signal it is positive feedback. A negative feedback amplifier, or more commonly simply a feedback amplifier, is an amplifier which uses negative feedback to improve performance (gain stability, linearity, frequency response, step response) and reduce sensitivity to parameter variations due to manufacturing or environmental uncertainties


Fundamentally, all electronic devices (e.g. vacuum tubes, bipolar transistors, MOS transistors) exhibit some nonlinear behavior. Negative feedback corrects this by trading unused gain for higher linearity (lower distortion). An amplifier with too large an open-loop gain, possibly in a specific frequency range, will additionally produce too large a feedback signal in that same range. This feedback signal, when subtracted from the original input, will act to reduce the original input, also by "too large" an amount. This "too small" input will be amplified again by the "too large" open-loop gain, creating a signal that is "just right".

Aυταααααα

*Αναδημοσίευση απο το αρχικό 29/12/09.

Σχετική συζήτηση στο