Limiter

[ZAQ]

Здравствуйте, уважаемые коллеги!
Хотелось бы заиметь простенький лимитер для моей гитары. Знакомых схем устройств этого класса не очень много, а которые видел, показались не особо привлекательными. Поэтому у меня на данный момент появился интерес покрутить в руках собственную конструкцию, а заодно, познакомиться поближе с работой реального лимитера. Для меня это ново, но я старался, насколько хватает соображений. Прежде, чем начать паять, решил посоветоваться. Подскажите, пожалуйста, со схемой, все ли верно делаю? Если мне не изменяет память, Tuvalu по-моему, довольно неплохо разбирается в таких вопросах...

Требования:
1. Схема должна быть обязательно однотактной
2. Управление на JFET (без оптики пока)
3. Низкое токопотребление
4. Не сложная и легко повторяемая, проста в настройке.
Наверное, все это логично....

Вопросы, (вдруг схема будет работать):
1. Можно ли так включать JFET и будет ли сильный шум при таком его включении?
2. Достаточно ли будет выбранного коэффициента усиления, чтобы эффект был хорошо выражен, а сигнал оставался по уровню, не намного ниже исходного.
3. Можно ли исключить входной конденсатор или лучше так оставить?
4. Хватит ли входного сопротивления схемы, или лучше прикрутить на вход еще повторитель? В каком случае будет больший выигрыш в плане шума?

Может, еще какие косяки...

Вот так я вижу схемку будущего лимитера, что скажете:

[Tuvalu]

Раз меня упомянули, то придётся отвечать.
1) Можно, но желательно ввести цепь, устанавливающую JFET на порог открывания - например, как в Оранж Сквизере. Ещё обязательно зашунтировать питание конденсатором 100 мкФ, т.к. полевик работает не на землю, а на +.
2) Недостаточно. Кус для хорошо выраженного эффекта должен быть около 100 (40дБ). Зависит от некоторых условий, например от типа детектора, типа JFET, но ориентир такой.
3) Входной конденсатор нужен.
4) Лучше прикрутить повторитель.

В каком случае будет больший выигрыш в плане шума?

Повторитель практически не ухудшит соотношение С/Ш, зато устранит сильное влияние выходного R гитары. Более того, если повторитель сделать на JFET, то шум даже немного уменьшится, т.к. уменьшится токовая составляющая шума первого транзистора (значительный ток шума БТ, протекая по импедансу гитарной электроники, создаёт избыточное шумовое напряжение). У JFET ток шума очень мал, поэтому его выгодно применять на входе гитарных примочек.

А вообще-то, это не лимитер.
 

[ДмитрийЗл]

самый простой, что я знаю -  с полевиком, включённым как динамически-переменное сопротивление.

R14 -attack
R12 Release
R6 -Threshold


посмотрите там принцип работы, и переведите в дискрет.

Для гитары желателен двухтактный выпрямитель в детекторе... (кажется мне так)... полуволны у неё сильно несимметричные.

[Юрий Сергеевич]

Это фуз называется, ЕМНИП (то, что на старте, имею в виду)
__________________________

Сорри, разглядел... но все равно не лимитер.

[ZAQ]

Tuvalu, спасибо за развернутые ответы.
Я так понял, работать будет, но стоит добавить входной каскад на JFET, хотя в моей гитаре он уже есть. Мне попадались схемы с различными Кус: 10~300, почему и спросил совета у того, кто более опытный в этом деле.
Шунтирование батарейки емкостью в планах, естественно, было, правда, на 10мкФ, ну я поставлю 100, надо будет на схеме показать...

А вообще-то, это не лимитер.

Я так понимаю, у лимитера должно Ratio->∞/1 и лучший отклик, чем у компрессора. То, что у меня вышло - это компрессор?
Я вывернул схему делителя с ПТ, чтобы практически до 0 сигнал садить, первоначально было в стандартном включении с резистором на общем, полевиком - на сигнальном.
Повторитель для того, чтобы выходной импеданс не влиял на время заряда конденсатора и он быстрее заряжался. Также, для быстродействия управляемый делитель включил на входе, чтобы была некая обратная связь по типу стабилизатора. И еще не снимаю сигнал с точки, которая идет на умножитель, чтобы на звук не было влияния управляющего конденсатора и диодов, для этой цели у меня второй повторитель.
Схема в покое потребляет порядка 0.5мА, с полевиком на входе - будет побольше, не слишком ли малый рабочий ток для данных БТ выбрал? Опять же, в плане шума?

Про смещение думал, только не знал, как лучше реализовать - надо подглядеть, как там у Оранжа....

Для гитары желателен двухтактный выпрямитель в детекторе... (кажется мне так)... полуволны у неё сильно несимметричные.

Как раз поэтому в моей схеме детектор работает на обе полуволны. )))

[ДмитрийЗл]

детектор у тебя однопериодный...кондёр заряжается только на верхней полуволне. А из за диода VD2 просто начинает заряжаться раньше, чем без него. Тоесть, в какой-то мере (с диодом) напряжение на детекторе немного зависит от другой полуволны, но пики на ней не будут детектироваться.  

[ZAQ]

А я думаю, что отрицательная полуволна инвертируется и оказывается в фазе с  положительной, т.е. суммируются, поскольку помимо заряда существует также разряд, поэтому и происходит удвоение напряжения, т.е. совершенно верно, напряжение со вторым диодом будет зависеть и от отрицательной полуволны - как раз то, что нам нужно.
А так да, выпрямитель дает на выходе полпериода, поэтому и называется однополупериодным. Выигрываем на напряжении, а расплачиваемся частотой, т.е. нижняя полуволна как бы переносится, складываясь с положительной. Ну это для выпрямителя частота важна, а в данной схеме нужно, как раз, управляющее напряжение.  

PS разряженый разделительный кондер - это когда обе его обкладки одного потенциала, т.е. в данном случае, примерно пол-питания. Поэтому, при снижении потенциала одной из обкладок кондер будет перезаряжаться, т.е. пики будут детектироваться одинаково, я считаю...

[Tuvalu]

Tuvalu, спасибо за развернутые ответы.

Мелочи. Вначале я писал действительно развёрнутый ответ, но передумал и ограничился тем, что есть.

Я так понимаю, у лимитера должно Ratio->?/1 и лучший отклик, чем у компрессора. То, что у меня вышло - это компрессор?

Для начала скажу, что "настоящий" профессиональный лимитер должен обладать некоторыми свойствами:
1) рейтио "бесконечность-к-одному" или близко к этому;
2) очень малое время атаки - желательно не больше четверти периода для самой высокой частоты. У лучших лимитеров десятки...сотня-другая микросекунд.
Всё это нужно для того, чтобы гарантировано не перегрузить канал (исторически - модулятор передатчика, сейчас цифровой канал записи, который вообще не "любит" даже малейшей перегрузки). Кроме того, тресхолд обычно устанавливают высоким (обычно возле 0дБ), чтобы срабатывания происходили только на пиках сигнала. Очевидно, что такой "настоящий" лимитер не будет гитарным эффектом, т.к. его работу будет практически не слышно. Поэтому, применительно к примочкам термин "лимитер" может означать всё, что угодно. Обычно большое рейтио (начиная примерно от 7:1 и до 20:1, что на слух уже не отличимо от "бесконечности-к-одному"), иногда и малое время атаки (BOSS LM2). Хотя, обычно со временем атаки никто не заморачивается, т.к. лимитирования в строгом смысле слова гитарному тракту не требуется - ну, прошёл пик, да и чёрт с ним. Короче, "гитарный лимитер" - это скорее не технический, а маркетинговый термин.

По схеме. Перво-наперво, JFET надо вывести к порогу открытия, т.к. он, этот JFET, находится в глубокой отсечке - 9В(питание)-V_отсечки = примерно вольт 7. Прибавим к этому примерно 1В для того, чтобы полевик ощутимо открывался (чтобы эффект был слышен), получаем 8В.  Очевидно, что у детектора не хватит напряжения, чтобы открывать полевик. Ну, разве что на самых пиках при громкой игре.
Схемотехнически порог можно установить как в схеме, выложенной ДмитрийЗл. Можно и как в Оранж сквизере - в этом случае не потребуется стабилизация питания, т.к. второй полевик включён стабилизатором тока (на истоковом резисторе выделяется стабильное напряжение); кроме того, обеспечивается температурная компенсация порога.
Ну, Кус увеличить.

Я так понял, работать будет, но стоит добавить входной каскад на JFET, хотя в моей гитаре он уже есть.

Если есть в гитаре, то не обязательно. Ну, если на выходе гитары не стоит потенциометр с большим R, а сигнал снимается с истока.

Схема в покое потребляет порядка 0.5мА, с полевиком на входе - будет побольше, не слишком ли малый рабочий ток для данных БТ выбрал? Опять же, в плане шума?

Шум для этой схемы - дело десятое. Я бы сначала запустил макет, а потом заморачивался с шумом. Кстати, в сети есть неплохие простые схемы, гарантированно работающие. Но если основная задача сделать именно свою схему, то...

[ZAQ]

Перво-наперво, JFET надо вывести к порогу открытия, т.к. Он, этот JFET, находится в глубокой отсечке - 9В(питание)-V_отсечки = примерно вольт 7. Прибавим к этому примерно 1В для того, чтобы полевик ощутимо открывался (чтобы эффект был слышен), получаем 8В.  Очевидно, что у детектора не хватит напряжения, чтобы открывать полевик.

А с резисторным делителем на затворе разве не пол-питания управляющего напряжения?
Я вот подумал, раз бесконечное Ratio все равно не отличишь, то может вернуться тогда к неперевернутому включению делителя, чтобы не усложнять схему ещё одним полевиком, или же всё-таки лучше и интереснее заморочиться с источником тока? Что лучше?
_____________________________________
Upd
А, всё, разобрался, это без блокировочного конденсатора пол-питания. ))
Еще есть идея поставить стабилитрон (или пару диодов) для устранения лишних вольт и зашунтировать по переменке конденсатором, как вариант.
 

[Tuvalu]

А с резисторным делителем на затворе разве не пол-питания управляющего напряжения?

Это совсем разные вещи - на схеме делитель напряжения сигнала (переменного тока).  

Я вот подумал, раз бесконечное Ratio все равно не отличишь, то может вернуться тогда к неперевернутому включению делителя

Если исток привязать к земле, то на затвор нужно подавать уже закрывающий потенциал, иначе JFET полностью открыт. А это минус, и где его взять? Поэтому в оранже сделано наоборот - исток приподнят "в плюс" (по постоянке), а затвор на земле. т.е. между затвором и истоком обеспечен отрицательный потенциал на уровне отсечки.
 

[ZAQ]

Честно, по-началу я хотел сделать как-то так:

[ZAQ]

На данный момент доработанная схема предварительно имеет вот такой вид, ну что, начинаю паять?:
__________________________
Upd
Изменения в схеме

[Tuvalu]

Ну, а теперь уже смысла нет привязывать полевик к +. Советую сделать точно так, как в Оранж Сквизере, т.е. сигнал "сливать" на землю (через конденсатор, естественно).
Волюм советую включить перед повторителем.
3,3нФ - сильно мало.

[ZAQ]

Благодарю!
На счет конденсатора я так и подумал, а то получается, что земля через 2 последовательно соединенных конденсатора. Это понятно.
Не понятно, почему Volume после повторителя хуже, ведь ему с низким импедансом, можно сказать, все равно, сколько нагрузки вешать, а с потенциометром на входе - снижаем его высокий импеданс и нагружаем предыдущий каскад? Нет?
__________________________
Upd
Подправил схему, см. выше. С регулятором до повторителя получается на ФВЧ больше. Все-таки, как правильно?

И третье.

3,3нФ - сильно мало.

Не понимаю, почему:

[Tuvalu]

Не понятно, почему Volume после повторителя хуже, ведь ему с низким импедансом, можно сказать, все равно, сколько нагрузки вешать, а с потенциометром на входе - снижаем его высокий импеданс и нагружаем предыдущий каскад?

Я исхожу из того, что примочке обычно приходится работать на длинный кабель до усилителя, поэтому желательно минимизировать R_вых, т.е. повторитель должен работать напрямую на линию. Кстати, в 99% примочек с повторителем на выходе пот левел находится до этого повторителя, так что это не мои фантазии, а общепринятая практика. R20 советую уменьшить до 100кОм, вы слишком преувеличиваете влияние пота как сильной нагрузки для Т2. Ну, ≈1дБ потерь - это проблема?

Про 3нФ. С точки зрения гитарной полосы этого значения достаточно. Но при этом сильно возрастёт НЧ/ИНЧ-шум.
Фликкер-шум транзистора начинает превышать "обычный" шум на частотах, ниже т.н. "частоты среза ф-ш" - для данного транзистора примерно несколько сотен Гц. Ниже этой частоты шум нарастает "со скоростью" 6дБ/окт (1/f-шум). В сабже это усугубляется тем, что маленький конденсатор увеличивает импеданс источника, поэтому шумовой ток транзистора создаёт на нём избыточное шумовое напряжение. На слух это воспринимается как кипение, бульканье и шуршание. Впрочем, это может не иметь большого значения, если примочка включается прямо в чистый канал усилителя, но в драйв/дисторшн будет точно слышно. Я обычно ставлю 47нФ. Ну, а С4 можно оставить прежним.

[ZAQ]

Tuvalu, огромное спасибо за доступный ликбез и за потраченное на меня личное время! Изначально планировал использовать эффект на чистом в комбо, с драйвом, конечно, проверю (я так понимаю, компрессор лучше включать до, т.к. у дисторшна уже есть своя компрессия). Я попробую собрать сначала так, как на схеме. Поменять номиналы и сравнить результаты на слух - для меня не проблема, так что номиналы, которые на схеме, буду ещё корректировать, практика покажет.
Так, всё, ещё раз всем поучавствовавшим спасибо за помощь и замечания, процесс разводки платы уже подходит к завершению!

[Tuvalu]

Забыл написать. Скорее всего, Ratio не понадобится.  

[ZAQ]

Напаял на плату детали. Решил всё сделать на SMD. Паял не все подряд сразу, а частями, проверяя поблочно. Начал с источника тока. Замерил ток - 0.093мА (очень близко, по графику выбирал точку 0.1мА). Далее управляемый полевик с его обвязкой. R16 временно соединил с землёй и подбором R19 выставил такое напряжение (поменьше отсечки), чтобы транзистор слегка приоткрылся - это, я так понимаю, будет Treshold?
В открытом состоянии сопротивление канала полевика у меня 360 Ом, поэтому я сразу увеличил сопротивление входного резистора до 36кОм, чтобы на делителе была разница в 100раз. В приоткрытом состоянии сопротивление канала выставил 10 МОм.
Затем спаял и проверил усилительную часть (первый каскад рассчитал сам, всё сошлось с расчетами). Каскады на БТ у меня были уже отсимулированы - там вообще режимы точь-в точь... Проводами припаял крутилки и гнезда. Подал питание от батарейки. Общий потребляемый ток в покое чуть более 0.8мА.
Подключил гитару. Звук пошел чистый, по уровню как с гитары примерно, капельку поменьше. Кручу потенциометры - эффекта нет! Регулируется громкость, и всё!
Я давай проверять всё сначала по схеме - всё верно. Отпаял перемычку с входа на сток управляемого ПТ - пошел значительно усиленный сигнал, с клиппингом. Усилитель работает. Измерил напряжение на управляющем конденсаторе при сильной игре по струнам - отсутствует! Долго думал в чем же дело, потом догадался. В схеме нашелся косяк. Получается, что постоянное напряжение с источника тока через приоткрытый канал T5 поступает на затвор Т1 со всеми последствиями. Поставил между затвором Т1 и стоком Т5 конденсатор и всё заработало.
Эффект интересный. Разница в сустейне и атаке, по сравнению с оригиналом, слышна хорошо. Сейчас играюсь с номиналами. Чуть побольше приоткрыл Т5, еще больше увеличил сопротивление R1 - для большей яркости эффекта. Вроде бы получается, что с источником тока, выставленный порог не будет зависеть от разряда батареи, что очень удобно. Добавленных бульканий и особого шума я не слышу, немного падает с/ш на затухании, т.к. возрастает Кус, проявляется слабый фон - я подозреваю, что это нормальное явление?

Скорее всего, Ratio не понадобится.

Оно, кстати, адекватно регулируется. Надобность, я так понимаю, отпадает, так как для гитары эффект должен быть ярко выражен и оно практически всегда будет стоять "на полную", так? Я подумаю, может, действительно крутилка лишняя.
Очень заметно действует Release. Эта ручка необходима, как основная - факт. Только, по-моему, там потенциометр с логарифмической хар-кой нужно ставить.
Attack - не знаю, в принципе, не сильно отличается от рейтио. Ну, c Volume, понятно всё. Оставлять 3 ручки? Пока думаю...
Как закончу с подбором, отредактирую и выложу конечную схему. И с корпусом ещё что-то решить - плата вышла размером 16х65мм....

[Tuvalu]

В открытом состоянии сопротивление канала полевика у меня 360 Ом, поэтому я сразу увеличил сопротивление входного резистора до 36кОм, чтобы на делителе была разница в 100раз.

Правильно. Кстати, плавно переходим к Оранж Сквизеру с его 82кОм. Есть и другой путь получения широкого диапазона компрессии - поставить JFET с небольшим r канала + резистор ~10кОм. В результате получим снижение шума.

немного падает с/ш на затухании, т.к. возрастает Кус, проявляется слабый фон - я подозреваю, что это нормальное явление?

Кус не возрастает, т.к. аттенюатор стоит на входе, а сам усилитель работает с постоянным Кус. Просто, увеличивается шум из-за роста
а) теплового шума этого R;
б) шума гитары (датчиков, активной электроники). А рост фона - целиком из-за гитары.
В целом, это нормальное явление - помехи в паузе тем больше, чем больше установлена степень компрессии.

Оно, кстати, адекватно регулируется. Надобность, я так понимаю, отпадает, так как для гитары эффект должен быть ярко выражен и оно практически всегда будет стоять "на полную", так? Я подумаю, может, действительно крутилка лишняя.

Если на слух нормально, то можно оставить. Но я не люблю Ratio в педалях с их маленьким ДД (питание-то 9В), т.к. чем меньше Ratio, тем круче ход кривой ratio, тем быстрее усилитель влетает в ограничение. Иначе говоря, схема тем ближе к овердрайву, чем меньше ratio.
Слышымую глубину эффекта, на мой взгляд, лучше регулировать Treshold-ом - в сабже это резистор, устанавливающий смещение для JFET-a (R19). Тут ситуация с драйвом прямо противоположная - чем меньше установлен эффект компресси, тем сильнее открыт ПТ, тем больше деление сигнала на входе, тем всё труднее перегрузить схему. Правда, в Оранж-подобных схемах придётся повозиться с плавностью и правильным диапазоном регулирования (не переборщить с полным открыванием ПТ!), но это решаемо. И диапазона левел может не хватить, но и это решаемо - вместо вых. повторителя поставить усилитель.

Очень заметно действует Release. Эта ручка необходима, как основная - факт. Только, по-моему, там потенциометр с логарифмической хар-кой нужно ставить.

Всё верно, нужная регулировка. Потенциометр действительно должен быть лог.

Attack - не знаю, в принципе, не сильно отличается от рейтио.

В такой схеме я бы не ставил. Тем более, если на слух он не сильно отличается от рейтио. Должно работать так: чем больше этот R, тем сильнее хлопок/удар в момент атаки. Глубина компрессии при этом не должна меняться. Чтобы работало именно так, нужна глубокая переделка детектора.

===============

Спустя некоторое время.

R16 временно соединил с землёй и подбором R19 выставил такое напряжение (поменьше отсечки), чтобы транзистор слегка приоткрылся - это, я так понимаю, будет Treshold?

Да, именно так. Если не делать переменный Treshold, то этот R подбирается так, чтобы шум вот-вот начинал уменьшаться, т.е. ПТ вот-вот начинал приоткрываться. Лучше сделать небольшой отступ в сторону закрытия ПТ, чем в сторону открытия, но совсем маленький.
Учитывая, что R_аттенюатора небольшой, то r_канала ПТ при этом будет явно меньше названных 10 МОм. Вообще-то, повторюсь, устанавливать порог лучше на слух.

[ZAQ]

Получился даже не компрессор, а сустейнер электронный какой-то. Компрессор, вроде бы, может полностью смягчить атаку и сделать её постепенно выплывающей,  ближе к скрипичному звучанию?
У меня на записи хорошо видно, что стартовая часть атаки проходит, затем, на её спаде, резкая стабилизация и очень долгий ровный сустейн, как будто все равно есть запаздывание. Звук ничего так, но хочется попытаться расширить функционал. Я пробовал уменьшить ёмкость управляющего конденсатора в 10 раз, пропорционально увеличив номинал Release. Продолжительность пика сильно уменьшилась, практически до одного качания, но всё равно, и положительный и отрицательный всплески на старте прыгают до максимума. Звук при этом стал только хуже, с щелчком. Может, заменить применяемые диоды LL4148 на диоды Шоттки в детекторе? И стоит ли вообще гнаться за этим, или оставить, как есть, а то как бы в "мыло" звук не превратить?
Ставил также потенциометр на Treshold. Регулировки резковаты и не очень понравились. При некотором положении, все равно, заходит в перегруз, а при меньшем - сигнал ослабляется, а эффект становится менее заметным. Вроде бы тоже самое, только "вид сбоку", - еще подумаю и покручу, но оставлю, скорее всего, порог фиксированным. Оптимальное положение, все равно, около отсечки, в итоге...