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Progetto preamplificatore compressore per chitarra e basso elettrico

Indice Argomento Corrente

1) Caratteristiche del preamplificatore compressore per chitarra elettrica
2) Progettazione preamplificatore per chitarra elettrica: primo stadio
3) Progettazione preamplificatore compressore per chitarra elettrica: secondo stadio
4)Progettazione preamplificatore compressore per chitarra elettrica: circuito di controllo del guadagno

1 - Caratteristiche del preamplificatore compressore per chitarra elettrica

Quello che progetteremo sarà un preamplificatore compressore basato su uno schema classico con meno componenti possibile.
Tutta la parte analogica è con valvole termoioniche, alcuni componenti ausiliari sono basati su semiconduttori al fine di ridurre la complessità e il costo.
In linea di massima un preamplificatore compressore è un circuito che varia il guadagno in funzione del segnale applicato all'ingresso diminuendolo quando è eccessivo in relazione all'ampiezza del segnale.
Questo ha come effetto secondario un incremento notevole del sustain ovvero della capacità di allungare il lasso temporale entro cui il suono è udibile prima di esaurirsi.
Questo circuito è progettato per essere direttamente collegato allo strumento o introdotto nella linea degli effetti.
Lo progetteremo per funzionare con un segnale in ingresso di 100mVpp ma ampiamente adattabile grazie al potenziometro in ingresso.
Un preamplificatore di questo tipo deve avere le seguenti caratteristiche:

Utilizzeremo anche in questo caso un triodo.

2 - Progettazione preamplificatore per chitarra elettrica: primo stadio

Prima di tutto occorre scegliere un triodo adatto all'amplificazione di un segnale alto che abbia una bassa amplificazione.
Fra le valvole commerciali la più comunemente utilizzata è il doppio triodo Ecc91 caratterizzato da un coefficiente di amplificazione di 38.

Di seguito le caratteristiche che ci interessano per la progettazione del circuito.

Parametro Valore
Tensione di filamento (è presente un solo filamento ed un solo catodo) 6,3V
Corrente di filamento 0,45A
Tensione anodica massima 300V
Coefficiente di amplificazione 38
Potenza massima dissipabile (anodo) 1,5W per ogni sezione
Tensione massima fra catodo e filamento 100V
Tensione massima di griglia controllo -40V
datasheet Mullard mostra visivamente i collegamenti interni della valvola

Nell'immagine a destra estratta da un datasheet Mullard mostra visivamente i collegamenti interni della valvola, come potete vedere i catodi sono raggruppati in un unico elemento. Questo condizionerà il progetto, non essendo possibile trattare i catodi separatamente. E' possibile tuttavia polarizzare le griglie a potenziali negativi diversi utilizzando questo schema di seguito:

Preamplificatore distorsore chitarra elettrica

Nel disegno sopra l'esempio pratico di polarizzazione delle due griglie di controllo a potenziali diversi in una valvola doppio triodo a catodo unico.
Il potenziale di riferimento della prima griglia è dovuto alla posizione del trimmer R2 mentre per la seconda griglia il potenziale è dato dal valore di R2 non parzializzato.

Caratteristiche anodiche ecc91 philips Caratteristiche anodiche ecc91 philips

Nell'immagine sopra le caratteristiche anodiche di una valvola ecc91 prese da un datasheet Mullard. A destra la retta di carico con il punto di lavoro che vogliamo utilizzare.
Tenendo in considerazione il segnale da amplificare polarizzeremo la griglia oltre -4V (il segnale non riuscirà mai a renderla positiva).
Questo ci permette di mantenere molto alta l'impedenza di ingresso.

Ma facciamo un po' di calcoli per il primo stadio:

Nella figura sopra a destra si vede per che avere una corrente anodica di 2,5mA occorre una tensione anodica di 125V.

Come vedete nulla di più facile.
Ma vediamo lo schema del preamplificatore.

Preamplificatore compressore per chitarra elettrica

Possiamo dividere lo schema nei seguenti blocchi per meglio comprendere i vincoli di progetto.

3 - Progettazione preamplificatore compressore per chitarra elettrica: secondo stadio

Il secondo stadio è un amplificatore esattamente uguale al primo stadio, quindi:

Per quello che riguarda il compressore funziona su un principio ampiamente collaudato e di sicura efficacia.
Quando il segnale arriva ad un certo livello porta in conduzione il transistor NPN tr1 che accende il diodo led di un foto-accoppiatore la cui resistenza LDR è collegata sul circuito di ingresso in un partitore che varia la porzione di segnale che viene mandata all'amplificatore.
Più il diodo led si accende, più il valore resistivo di LDR si abbassa e più il segnale in ingresso viene ridotto.
Il foto-accoppiatore nel mio caso è stato costruito utilizzando una resistenza LDR e un diodo led verde, il tutto racchiuso in un tubetto di plastica nera completamente isolato dalla luce ambiente.
Il diodo led è stato scelto verde perché corrisponde alla lunghezza d'onda a cui l'LDR è più sensibile, quindi possiamo utilizzare una corrente minore per accendere il led.
Ma analizziamo nel dettaglio il componente utilizzato.
Si tratta di un LDR del tipo GL5528 caratterizzato da una resistenza che varia in funzione della luce con un comportamento schematizzato le grafico a sinistra.
Utilizzeremo un led da 5mm non troppo prestazionale e sottoalimentato, l'LDR è molto sensibile e alla distanza a cui sono posti il led e l'LDR il led a piena potenza è in grado di emettere migliaia di Lux.
Come vedete il suo valore varia da 35 a 100KΩ per 1Lux fino a 2-4KΩ per una luce di 100Lux. Dopo 10 secondi di buio il valore di resistenza dell'LDR arriva a 1MΩ.
Il grafico come vedete da un range di valori per ogni intensità luminosa, l'LDR ha un comportamento variabile influenzato dallo stato precedente, una specie di isteresi.
Il tempo di reazione di questo specifico componente è dell'ordine dei 20-30mS.

Il grafico come vedete da un range di valori per ogni intensità luminosa, l'LDR ha un comportamento variabile influenzato dallo stato precedente, una specie di isteresi.
Il tempo di reazione di questo specifico componente è dell'ordine dei 20-30mS.

Essendo R1=100KΩ il valore del segnale in uscita dal partitore riferito all'ingresso va dal 50% a 1 Lux fino al 2% a 100Lux, quindi un grande intervallo di regolazione.

4 - Progettazione preamplificatore compressore per chitarra elettrica: circuito di controllo del guadagno

Questo circuito è composto da Tr1, il led e la relativa rete di polarizzazione. La soglia di intervento è determinata dalla tensione di polarizzazione diretta del diodo D3 e della giunzione Base-Emettitore di Tr1. Quindi indicativamente 1,2Vp, quindi il sistema inizierà ad intervenire per tensione del segnale di uscita di 2,4Vpp. Superata la soglia di conduzione la resistenza R7 determina la corrente di base di Tr1. Come transistor Tr1 ho utilizzato un BC171 che è caratterizzato da un guadagno di corrente per piccoli segnali superiore a 100 (hfe), va bene qualsiasi transistor NPN con caratteristiche di guadagno simili. Tenendo conto che sul led dovrà circolare una corrente molto bassa diciamo 1mA per avere una simile corrente di collettore sulla base dovrà scorrere una corrente di 1/100=0.01mA. Poi poniamo il massimo livello di uscita a 2Vp, quindi la tensione che cadrà sulla resistenza sarà di 2-1,2=0,8V. Quindi R7 sarà 0,8/0,00001=80KΩ. R9 invece servirà solo per limitare la massima corrente che passerà nel led, che accetta come massima corrente 20mA. Quindi (12-0,7)/0,02=565Ω. R8 è una resistenza di pull-down che serve per portare a massa la base del transistor in assenza di segnale in ingresso. In genere si utilizza un valore di 1MΩ. Il gruppo D1-D2-R6 serve per fare in modo che il condensatore C4 non si carichi attraverso il diodo D3 e la giunzione BE del transistor. Il valore di R6 deve essere uguale a R7. Per D1 e D2 si utilizzano del generici diodi al silicio, ad esempio gli 1N4001, ne utilizzeremo solo la soglia di conduzione diretta.

Quindi riassumendo:

Componente

Valore

V1-V2

ECC82/12Au7 doppio triodo a catodo comune

C1

10 nF 400V

C2

10 nF 400V

C3

100 nF 400V

C4

100 uF 25V

C5

10 uF 400V

C6

100 nF 400V

Vcc

300V

Componente

Valore

R1

1 MΩ 1/4W

R2

2200 Ω 1/4W

R3

100 KΩ 1/4W

R4

1 MΩ 1/4W

R5

2713 Ω 1W (consigliato 2,2KΩ e un trimmer da 1KΩ)

R6

3043 Ω 1W

R7

330 Ω 1/4W

R8

3571 Ω 1W

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