progressed Tube Amplification 101

[odis13]

Καλησπερα και Χρονια Πολλα σε ολους για αρχη...

 

Εδω και λιγο καιρο "μελεταω" ενα πασιγνωστο (και αντιγραμμενο απο τους παντες) σχεδιο ενισχυτη, τον Fender Champ. Σε λιγο καιρο σκοπευω να ξεκινησω απο την συναρμολογηση ενος πολυ απλου κιτ και μοντα στη μοντα να φτασω μεχρι μια butique, modded εκδοση ενος Badcat Minicat. Φυσικα προτου πιασουμε τα κολλητηρια, πιανουμε τα βιβλια...Ψαχνωντας λοιπον βρισκει κανεις παρα πολλες χρησιμες πληροφοριες. Σκεφτηκα λοιπον να γραψω το παρακατω αρθρακι, προσπαθωντας να εξηγησω (λιγο μπακαλικα) το τι συμβαινει μεσα σε εναν απλο ενισχυτη κιθαρας και το τι σημαινουν ορισμενες εννοιες οπως output transformers, valve rectifiers, negative feedback κλπ που τοσο συχνα ακουμε. Ο υπερβολικα επιστημονικος χαρακτηρας πολλων αναλογων αρθρων σε συνδυασμο με την ελλειψη τετοιων αρθρων στην ελληνικη γλωσσα ισως εμποδισε πολλους που ειχαν ορεξη να μαθουν, για αυτο κανω και την παρακατω προσπαθεια. Προτου ξεκινησουμε, να τονισω οτι υπαρχουν μεσα στο forum ανθρωποι με πολλες περισσοτερες γνωσεις αλλα κυριως πειρα πανω στο αντικειμενο οποτε καθε διορθωση/παρεμβαση τους ειναι more than welcome.

 

Επειδη ηδη θα εχουν τρομαξει οι περισσοτεροι, μην πανικοβαλλεστε! Για να καταλαβετε τα παρακατω αρκουν μερικες στοιχειωδεις λυκειακες γνωσεις φυσικης & ηλεκτρονικων.

 

 

Ξεκιναμε λοιπον μια ξεναγηση των εσωτερικων ενος πολυ πολυ απλου και διαδεδομενου ενισχυτη, του Fender Champ. Θα χρησιμοποιησουμε το schematic του 5F1 Tweed, το οποιο παραθετω στο τελος του αρθρου και στο οποιο θα αναφερομαστε σε ολο το υπολοιπο αρθρο. Εχω μαρκαρει με κοκκινα τετραγωνα ορισμενες "περιοχες" του ενισχυτη. Ανοιξτε το σε ενα χωριστο παραθυρο, θα αναφερομαστε σε αυτο συνεχεια.

 

Block A: Αυτο ειναι το πρωτο σταδιο προενισχυσης του ενισχυτη μας. To σημα της κιθαρας μπαινει απο το jack και πηγαινει στο 1ο μισο της 12AX7 προενισχυτριας λυχνιας οπου και ενισχυεται. Η εξοδος αυτου του τμηματος καταληγει σε ενα ποτενσιομετρο. Το ποτενσιομετρο αυτο ελεγχει ποσο απο το προενισχυμενο σημα μας θα περασει στα επομενα τμηματα του ενισχυτη και ειναι ουσιαστικα το volume μας. Θα καταλαβουμε τι ακριβως σημαινει αυτο οταν δουμε το επομενο block. Αξιζει να αναφερθουμε και στον πυκνωτη που βρισκεται αμεσως πριν απο αυτο το ποτενσιομετρο. Ο συγκεκριμενος πυκνωτης επιτελει 2 σημαντικοτατες εργασιες: Πρωτον, μπλοκαρει το υψηλο DC current (συνεχες ρευμα) που χρησιμοποιουν οι λυχνιες για τη λειτουργια τους απο το να συνεχισει στο επομενο σταδιο προενισχυσης. Ο λογος ειναι οτι θελουμε να συνεχισει στον ενισχυτη και να...ενισχυθει μονο το σημα μας, οχι και το DC current. Οποιοσδηποτε πυκνωτης, ασχετως τιμης, θα μπορουσε να κανει αυτη τη δουλεια...το γιατι οι πυκνωτες λειτουργουν ετσι μπορει ευκολα να το ψαξει οποιος ενδιαφερεται. Η δευτερη δουλεια του πυκνωτη ειναι να "ρυθμιζει" το ποσα μπασα περνανε στο κυκλωμα μας : οσο μεγαλυτερη η τιμη του, τοσα περισσοτερα μπασα θα εχει ο ενισχυτης μας. Αν ομως το παρακανουμε, ο ηχος θα γινει muddy, οποτε προσοχη...

 

Block B: Εδω το σημα μας συνεχιζει στο δευτερο σταδιο προενισχυσης, που στην προκειμενη περιπτωση αποτελειται απο το 2ο μισο της 12ΑΧ7. Μεχρι στιγμης, το σημα μας ειναι σχετικα καθαρο, η καλυτερα, ειναι οπως το ταισαμε στο input (αν ειχαμε πχ ενα od και ενα compressor μπροστα απο τον ενισχυτη μας, το σημα μας τωρα ειναι ακομα σχετικα αναλοιωτο, δεν εχει υποστει εξτρα παραμορφωση/κομπρεσσαρισμα απο τον ενισχυτη). Εδω μπαινει το ποτενσιομετρο που αναφεραμε πριν. Aν το εχουμε σε υψηλο setting αφηνουμε πολυ μεγαλο μερος του (ηδη ελαφρα προενισχυμενου απο το 1ο μισο της 12AX7) σηματος να παει στο δευτερο σταδιο της προενισχυσης. Αυτο την οδηγει στα ορια της, και την κανει να κομπρεσσαρει και να ενισχυει το σημα μας αρκετα μη-γραμμικα. Με λιγα λογια, εχουμε παραμορφωση (preamp distortion).

 

Block C: Εδω μπαινουμε στον τελικο ενισχυτη. Αν στην εξοδο του block B ειχαμε βαλει αλλο ενα ποτενσιομετρο, θα λειτουργουσε ουσιαστικα σαν master volume...think about it. Στον τελικο ενισχυτη εχουμε την 6V6 λυχνια μας που λειτουργει σε (σχεδον) single ended class A. Παραπανω για τις κλασεις και για το σχεδον στην παρενθεση θα βρειτε με λιγο googling αλλα και στο παλαιοτερο θεμα περι ενισχυτων (αφηνω την χαρα του ξεθαματος σε καποιον αλλο). Μετα την λυχνια εχουμε εναν απο τους 2 μετασχηματιστες του κυκλωματος μας, τον λεγομενο output transformer. Η δουλεια αυτου του κυριου ειναι (κυριως) να πραγματοποιησει το λεγομενο impedance matching ετσι ωστε το σημα μας να μπορεσει να φτασει στο μεγαφωνο και να παραγει ηχο. 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

 

http://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 υπαρξης αυτου του κομματιου του κυκλωματος ειναι οτι τα voltages που θελουμε για την λειτουργια των λυχνιων δεν ειναι ιδια με τα volt που παιρνουμε απο την μπριζα του σπιτιου μας, οποτε θα πρεπει να τα "μετασχηματισουμε" ωστε να παρουμε τα επιθυμητα μεγεθη. Οι λυχνιες, λογω κατασκευης τους, απαιτουν μεγαλα voltage για να λειτουργησουν. Ακομα και σε ενα τετοιο απλο και low-wattage ενισχυτη βλεπουμε τασεις που ξεπερνουν το 300-350 Volt. Αυτο εξηγει και σε ενα βαθμο την επικινδυνοτητα του να βαζουμε χερι σε λαμπατους ενισχυτες...δε θα δουμε τετοιες τασεις στον 15ρακη Marshall MG και αντιστοιχα μηχανηματα. Αφου λοιπον πηραμε τις τασεις που θελουμε, εχουμε ενα ακομα προβλημα: Το ρευμα που ερχεται απο την μπριζα ειναι AC, εμεις θελουμε DC για την λειτουργια του ενισχυτη μας. Θα πρεπει λοιπον να το μετατρεψουμε απο AC σε DC. Αυτο επιτυγχανεται με τη χρηση ενος full wave rectifier. Στη συγκεκριμενη υλοποιηση εχουμε ενα valve rectifier, μια λυχνια 5Υ3 που επιτελει αυτη την εργασια. Απο κει και περα, εχουμε ενα network απο αντιστασεις και πυκνωτες που μας δινει τα voltage drops που θελουμε για καποια αλλα σημεια του κυλωματος (πχ μπορει να θελουμε εκτος των 350 Volt και 348 και 320 volt - τυχαια νουμερα).

 

 

And that's pretty much it folks!

 

 

Ας επεκταθουμε λιγο σε ορισμενα πραγματακια οπως το rectifier. Οπως ειπαμε, εδω εχουμε ενα valve rectifier, μια λυχνια που αναλαμβανει την μετατροπη του AC σε DC. Η δουλεια αυτη μπορει να γινει απλουστατα με 4 διοδους (solid state rectifier). Αντι λοιπον της λυχνιας εχουμε το παρακατω:

 

http://www.osha.gov/SLTC/etools/electric_power/images/full_wave_rectifier_circuit.gif

 

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

[dr.peters]

αυτο και αν πρεπει να γινει στικι....!

οτι πρεπει για να εχουν εναν μπουσουλα ανθρωποι σαν εμενα που δεν ξερουν που τους πανε τα 4 σε τετοια πραγματα!

προσωπικα ευχαριστω για τον κοπο σου! ;D

[Nikoubis]

Sticky. Τωρα.

 

Κι ας ειμαι μπασιστας που δεν παιζει να μπλεξω ποτε με λαμπες... ;D

[E7#9]

Αγαπητέ έσκισες

αν και διάβασα μόνο την πρώτη παράγραφο (γιατί τώρα είμαι στην δουλειά) ανυπομονώ να πάω σπίτι να μελετήσω

Να κολήσει τώρα!!

[alderbody]

Ωραια, απλη εξηγηση.

 

Ισως "χωραει" στην περιγραφη του output stage να πεις οτι ο εν λογω ενισχυτης ειναι "cathode biased". (σε αντιθεση με τους "fixed bias" ενισχυτες)

 

Το συγκεκριμενο configuration μας βολευει (ιδιως σε μικρους ενισχυτες) γιατι δεν χρειαζεται να υπαρχουν ειδικα taps στον power transformer που να μας παρεχουν ταση bias. Σε αυτο τον τυπο Βias μπορουμε να αλλαζουμε λυχνιες (του ιδιου τυπου, δηλ 6V6) χωρις να απαιτειται περεταιρω ρυθμιση.

 

Ηχητικα, εχει ιδιατερο χαρακτηρα (smooth, creamy) και σε συνδυασμο με την ανορθωτρια λυχνια κανει τον ενισχυτη πολυ ...μαλακο.

[odis13]

Τενκ γιου κοσμε. Επισης παρα πολυ σωστη και χρησιμη η προσθηκη του alderbody σχετικα με το bias, kudos 8)

[klhronomos]

Ωραίος odis, απλό και χρήσιμο ακόμα και γιά άσχετους (σαν κι εμένα και τούς περισσότερους εδώ μέσα...). Έτσι μπράβο να μαθαίνουμε!

 

Και ναί, sticky, επιβάλλεται γιά τέτοιες ωραίες δουλειές!

[bloody_sunday]

Ωραιότατος ο Odis όπως πάντα! Να κάνω ένα quote για να ρωτήσω κάτι:

 

Στον τελικο ενισχυτη εχουμε την 6V6 λυχνια μας που λειτουργει σε (σχεδον) single ended class A.

 

Mήπως ήθελες να γράψεις "που λειτουργεί σε single ended (σχεδόν) class A?" Γιατί single ended πρέπει να είναι ούτως ή άλλως μιας και υπάρχει μόνο μια λυχνία στο power section...

[odis13]

Mήπως ήθελες να γράψεις "που λειτουργεί σε single ended (σχεδόν) class A?" Γιατί single ended πρέπει να είναι ούτως ή άλλως μιας και υπάρχει μόνο μια λυχνία στο power section...

 

Ναι οντως, ειναι single ended, καθοτι εχει μονο μια λυχνια στο power amp stage. Το σχεδον μαλλον ταιριαζε παραπανω εκει.

Mιας και το πιασαμε ομως, ενας ενισχυτης single ended δε μπορει να ειναι κατι αλλο εκτος απο ταξη Α*, καθως εξορισμου ειναι αδυνατη η υπαρξη single ended class AB. Το θεμα ειναι οτι, τους ενισχυτες κιθαρας τους "σπρωχνουμε" σε τετοια extrem που η class Α "καταρεει", πραγμα που θα ηταν ανηκουστο και απαραδεκτο σε εναν ενισχυτη Hi-fi. Για αυτο υπαρχει και το σχεδον στην παρενθεση και λεμε οτι ο ενισχυτης δεν ειναι πραγματικα, 100% class A.

 

 

 

 

*Χαρην του αντικειμενου της συζητησης αγνοουμε καθε αλλη κλασση περαν της Α και της ΑΒ.

[myster_maze]

Πολύ ωραίο αρθράκι! Απλά και κατανοητά!

Θα μπορούσε πολλά ακόμη να πει κάποιος αλλά θα κατέληγε δύσκολο σε πολλούς που δεν το κατέχουν.

 

Να προσθέσω μόνο για τον πυκνωτή που αναφέρεις στο Block A, ότι υπάρχει άλλος ένας στο Block B και λέγεται πυκνωτής σύζευξης ή σήματος πιο απλά. Δεν είναι όμως το μόνο εξάρτημα που "ρυθμίζει" τα πόσα μπάσα περνάνε στον ενισχυτή μας... και δεν εξαρτάται μόνο από τον ίδιο! Αλλά εξαρτάται και από την αντίσταση εισόδου του επόμενου σταδίου.