Boss DS-1 — педаль, выпущенная фирмой Boss в 1978 году. Это была первая педаль, сделанная Boss с характерным резким звуком и высоким усилением, подходящая на различные вкусы музыкантов, при этом сохраняя оригинальный звук гитары.

Это была моя первая педаль, схему которой я полностью снял с монтажа рабочего экземпляра, и повторил, используя еще транзисторы КТ, КП. Первые Японские педали были собраны на TA7136AP. Именно на этой педали мне удалось накрутить именно тот звук, который я хотел, по крайней мере, по тогдашним представлениям.

Версии и модификации Boss DS-1

За все время выпуска Boss DS-1 имела две версии (схемных отличия) и четыре модификации Release (вариантов комплектации).

Rel-1. В первой оригинальной версии 1978 года использовался предварительный усилитель Toshiba TA7136AP, а не операционный усилитель, как в последующих. Выпускалась с маркировкой DS-1 Made in Japan и отличительным серебряным винтом.

Что касается звука, эта педаль дает самые теплые искажения, с оттенком гладкости и в то же время зернистости. Что касается недостатков этой версии, это кратковременно мигающий светодиод и необходимость внешнего источника питания. Эта модель является самой редкой и дорогой и как считается она дает самый лучший звук.

Rel-2. Во второй версии 1994 года использовался уже операционный усилитель BA728N Rohm (производства Японии). В связи с прекращением выпуска TA7136AP схема педали была изменена под применение типового ОУ. Педаль выпускалась с маркировкой DS1-A. Эта модель с не очень резким, прозрачным звуком, почти чистая при низком уровне Gain и довольно существенном при более высоких значениях, с проявлением едва заметного шума. Начиная с этой педали все модели, обычно стали называть: «после 94 года»

Rel-3. В моделях выпускавшихся с 2000 года использовалась микросхема M5223AL (Mitsubishi. Made in Taiwan), по той же принципиальной схеме, что и предыдущая модель. Эта педаль имеет самый резкий звук, при больших значениях Gain эффект получается «шипучим», как неудачный Fuzz, с некоторым шумом. Именно на этой педали делались известные modы, для улучшения ее звучания (Tri-Gain, JHS, Keeley, Analogman).

Rel-4. С 2006 года педаль выпускается с использованием микросхемы NJM2904L. Доступная, недорогая педаль идеально подходящая для modов.

Педали выпусков Rel2 — Rel-4 построены по одной принципиальной схеме, которая и описывается в этой статье.

Схема Boss DS1


Схему педали можно разделить на 6 частей: входной каскад на Q1, усилитель на транзисторе Q2, усилительный каскад на ОУ U1, регулировку тона, выходной повторитель на Q3, переключатель режима Bypass/ Effect на JFET и цепь питания.

Устройство схемы очень простое. Буферные каскады на эмиттерных повторителях изолируют схему по входу и выходу, сигнал, предварительно усиленный каскадом на транзисторе Q2 поступает на регулируемый усилитель на ОУ, который совместно с диодами и производит ограничение сигнала. Далее следует пассивный, регулируемый фильтр, с регулировками Tone и Level. Источник питания формирует питающие и напряжения смещения для всех цепей педали.

Bypass на JFET. Переключатель режима

В педали используется привычный боссовский Bypass на JFET Boss, Ibanez. Переключатель режима педалей. Отличие от описанного, светодиод подключен непосредственно, без использования транзистора. JFET-ключей три, Q6 и Q7 в одном плече, их открытое состояние это режим On и Q8, открытие которого режим Off (Bypass)

Источник питания

Питается педаль от источника постоянного тока с напряжением 9 В. От внешнего сетевого адаптера или от одного автономного элемента питания 6F22 «Крона», ток потребления 10мА.

Источник питания представляет из себя простой делитель напряжения на резисторах R24 — R25, который обеспечивает педаль напряжением питания +9 В и напряжением смещения +4,5 В. Конденсаторы C23 и C15 являются элементами фильтра питания, диод D1 предназначен для защиты педали от обратного подключения полярности внешнего адаптера питания. Входной стерео jack используется для отключения минуса батареи, при отсутствующем гитарном шнуре для экономии ее заряда.

Входной каскад


Входной каскад собран по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель), обладает высоким входным сопротивлением и усилением по напряжению равным 1. Используемый транзистор Q1 2SC2240 Toshiba, с низким уровнем шума и коэффициентом усиления β = 200-700.

Конденсатор C1 совместно с R1 предназначен для развязки по постоянному току и фильтрации нижних частот с частотой среза 7,2 Гц (fc = 1 / 2πC1Zin).

Резистор R1 является защитой транзистора по входу от импульсных помех и статического электричества. Резистор R2 обеспечивает смещение базы транзистора а R3 является нагрузочным.

Входное сопротивление

Для эмиттерного повторителя, в целом, как для схемы включения транзистора характерно высокое входное сопротивление, в данной схеме оно в основном определяется величиной резистора R2 и составляет не менее 470 кОм. Это не маленькая величина входного сопротивления, хотя считается верным подключать гитару к устройству с входным сопротивлением не менее 1 мОм.

Усилитель на транзисторе Q2

Этот каскад предназначен для частотной коррекции и усиления сигнала, прежде чем он поступит на операционный усилитель. На входе каскада используются два последовательных фильтра верхних частот: C2 и R4 с частотой среза 3,3 Гц; C3 и R6 с частотой среза 33 Гц. Эти фильтры необходимы что бы ослабить часть низких частот до следующего каскада ограничения. Сигнал гитары с переизбытком басовых гармоник может сделать искажение медленным, подавленным или грязным.

Каскад усиления представляет собой усилитель, собранный по схеме с общим эмиттером, усиление которого рассчитывается как: RC/RE или R8/R9 = 10K/22 = 454 ( 53dB), но наличие резистора R7 и конденсатора C4 в цепи обратной связи уменьшают это значение до 56 (35dB), что необходимо для стабилизации работы каскада.

Но даже коэффициент усиления 56 это очень большое значение, при входном сигнале 0,2 В выходной сигнал составит уже 11,2 В, форма сигнала будет искажена, потому что напряжение питания составляет 9В. Сигнал будет ограничен, и как видно на скрине, будет иметь не симметричную, плавную форму.

Частотная характеристика каскада определяется фильтрами верхних частот, затухание сигнала ниже 33 Гц составляет 6 дБ / октаву и при значении 3,3 Гц -12 дБ / окт. Линейный участок начинается на частотах выше 3,3 кГц, именно этот участок подвержен ограничению в каскаде.

Каскад на операционном усилителе

Каскад на ОУ является основным узлом всей схемы. Операционный усилитель, включенный по схеме регулируемого неинвертирующего усилителя, совместно с диодами D4, D5 выполняет основную работу по ограничению и искажению сигнала. Пассивные RC-фильтры необходимы, что бы установить порог отсечения и его частоту.

Конденсатор C5 является разделительным, а резистор R10 необходим для смещения неинвертирующего входа ОУ, кроме того, совместно они образуют ВЧ-фильтр с частотой среза 23 Гц. Диод D8 необходим для защиты ОУ по входу. Сигналы на входе ОУ будут колебаться на 4,5 В, в пределах смещения, заданного резистором R10 и если сигнал снизится на недопустимо большее значение, диод его обрежет на 0,7 В, тем самым не допуская опасного напряжения на входе.

Коллектор транзистора Q2 смещен на +5,8 В, а при переходе в насыщение, без D8 вход ОУ будет смещен до -1,3 В. Когда вход выходит за пределы управления это приводит к не очень хорошим последствиям. Некоторые микросхемы повреждаются, некоторые закрываются и им необходимо время на восстановление после перегрузки и это приводит к искажению звука. Диод D8 не производит асимметричного ограничения сигнала и никак на него не влияет, когда он открывается, усилитель уже ограничен. Резистор R39 необходим для ограничения тока на входе ОУ

При использовании микросхемы M5223AL необходимо включение подтягивающего резистора с выхода второго ОУ на +9В (R40 на схеме), это переводит усилитель в работу в классе А, уменьшая искажения. Более подробно на последней странице datasheet микросхемы. В случае применения NJM2904L, первый усилитель используется как буфер, и никак не воздействует на сигнал.

Расчет усиления по напряжению

И вот здесь начинается самое интересное, ради этого делали коробку из силумина и красили ее в оранжевый цвет. Второй ОУ включен как неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления 22,3 (26,5 дБ), усиление которого рассчитывается по формуле:

  • Gvop-amp max = 1 + ( VR1)/( R13) = 1 +(100K/4.7K) = 22.3 (26.5dB)
  • Gvop-amp min = 1 + ( 0‎Ω )/( R13 ) = 1+(0K/4.7K) = 1 (0dB)

Каскад ограничения на диодах D4, D5 включенных встречно-параллельно, симметрично обрезает сигнал. Такая схема включения обеспечивает «жесткое ограничение», в отличие от схем, где диоды включаются последовательно в цепь обратной связи, как например Boss SD-1 (Overdrive)

Усиление в 26,5 дБ это больше, чем VF диода (1S1588, 1S2473 или 1N4148), которое составляет около 0,7 В в любом положении, создавая жесткое ограничение.

Сигнал на выходе ОУ, ограниченный диодами D4, D5 на уровне +0,7 и -0,7 В, имеет четкую, прямоугольную форму, вращая потенциометр «Distortion» можно добиться смягчения формы сигнала, но все равно, он останется прямоугольным и искаженным.

ВЧ-фильтр, образованный элементами C8 и R13 и частью резистора VR1 (в зависимости от положения движка) обрежет частоты от 72 Гц и ниже.

  • fcmax = 1/(2πC8R13) = 1/(2*3.14*0.47u*4.7K) = 72Гц
  • fcmin = 1/(2πC8(R13+VR1)) = 1/(2*3.14*0.47u*104.7K) = 3Гц

При максимальном искажении гармоники выше 72 Гц максимально усиливаются в каскаде, а все что ниже, менее подвержено усилению и ограничению. Басовые ноты оказываются менее обрезанными, поскольку искажение из за наличия фильтра частотно-избирательное. Конденсатор C7, включенный в цепь обратной связи, обрезает верхние, жесткие гармоники сигнала.

Назначение конденсатора С10

Элементы R14, C10 образуют фильтр нижних частот с частотой среза 7,2 кГц, но большую часть времени, один из диодов будет шунтировать конденсатор C10, тем самым, снижая влияние этого фильтра на сигнал. Но в случае, когда сигнал мал (на скрине выше), ниже ограничения, фильтр сглаживает сигнал, делая ограничение более плавным.

АЧХ каскада на ОУ

Частотная характеристика каскада на ОУ снизу определяется частотой среза ВЧ-фильтра C8 и R13 (72Гц) а также C5, R10 подавляющего гармоники ниже 23 Гц. На верхних частотах усиление ограниченно НЧ-фильтром R14, C10 с частотой среза 7,2 кГц.

В целом усиление каскада в полосе составляет, в зависимости от положения потенциометра, 0 дБ — 26,5 дБ. Это не очень большая величина для подобных каскадов, встречаются значения и 41 дБ и даже 67 дБ, но в этой педали присутствует бустерный каскад на транзисторе Q2 с усилением в 35 дБ что позволяет достичь требуемого ограничения сигнала.

Регулировка Tone, Level

В Boss DS-1 применен пассивный регулятор тона, который сглаживает средние и ослабляет верхние или нижние частоты, в зависимости от положения регулятора. Схема регулятора тона состоит из двух фиксированных фильтров: НЧ-фильтра R16, C12 с частотой среза 234 Гц и ослаблением -6 дБ / окт. и ВЧ-фильтра C11, R17 с частотой среза 1063 Гц и ослаблением -6 дБ / окт. и резистора VR3 чтобы смешать два сигнала.

Частотная характеристика регулятора Tone

АЧХ регулятора Tone Boss ds-1

Частоты среза обоих фильтров выбираются так, чтобы интервал между ними (частотный диапазон), составлял 500 Гц, в среднем положении регулятора тембра. Это выравнивание усиливает низкие и высокие частоты сигнала и используется в хард-роке, в других педалях используется другой подход, усиливаются средние частоты, создавая горб в середине. Резистор VR3, установленный на выходе, регулирует амплитуду выходного сигнала.

Потери на регулировке составляют -12 дБ (в 4 раза), а на частоте среза около -20 дБ, но это не так страшно, потому что в каскаде на ОУ, сигнал ограниченный диодами, имеет амплитуду 1,4 В, с учетом потерь в 12 дБ сигнал составит 0,35 мВ, что достаточно для уровня выходного сигнала. Он не будет искажать сигнал в следующей педали в pedalboard и будет достаточным для подачи на входные цепи усилителя.

Выходной каскад на Q3

Выходной каскад аналогичен входному, это такой же эмиттерный повторитель, но здесь его задача обеспечить низкое выходное сопротивление для лучшего согласования с входными цепями следующего устройства, педали или гитарного усилителя.

Конденсатор C13 и резистор R20 образуют фильтр верхних частот с fc = 3,4 Гц, задача которого отфильтровать постоянную составляющую для того, что бы транзистор был правильно смещен. Транзистор Q3 2SC2240, аналогичный тем, что и в предыдущих каскадах, хотя на его месте мог быть любой другой маломощный транзистор, высоких требований здесь к нему не предъявляется.

R21 — эмиттерное сопротивление, 10K — стандартное значение для подобных каскадов. C14 и R23 фильтр верхних частот с fc = 1,6 Гц, его задача удалить уровни постоянного тока из выходного сигнала.

Факторы, определяющие звук Boss DS-1 Distortion

Конечный звук педали Boss DS-1 определяется величиной усиления, которая может быть значительно завышена, уровнем ограничения диодов, и частотной характеристикой фильтров, используемых по длине всего тракта. К основным ключевым элементам относятся:

  • Диоды D4, D5.
  • Асимметричное ограничение в каскаде на Q2 проявляет гармоники четного порядка, которые более приятны на слух.
  • Каскад регулировки Tone, с подавленной серединой, характерной для Fuzz педали Big Muff Pi и некоторых усилителей Marshall, которые ассоциируются со звуком тяжелой музыки. Эта характеристика является важной частью и этой педали тоже.
  • Каскад на Q2 имеет огромное усиление в 56 раз (35 дБ), приводящее к перегрузке (ограничению сигнала) еще до каскада на ОУ, что и определяет работу всего эффекта.

Boss ds-1 R9 22 Om
Увеличение номинала резистора R9 с 22 Ом до 1 кОм снижает усиление транзисторного каскада до более умеренного в 7 раз (17 дБ). Это используется во многих модах, «Vintage Ripper», «Fat Mod for DS-1» и «Huevos Grandes». Это дает больше вариаций звука, от простого повышения до жесткого ограничения.
Boss ds-1 mod R9 1 kOm
При использовании резистора 1 кОм диапазон регулировки ограничения станет шире. Большее значение увеличит влияние обратной связи на каскад и уменьшит ток коллектора, и то и другое уменьшит усиление каскада, что в свою очередь снизит глубину обратной связи через R7 и C4. Уменьшение влияния обратной связи на каскад также приведет к смещению точек частот срезов фильтров C3 вниз, а C4 вверх.

По материалам сайта electrosmash.com, официальной документации Boss, собственного опыта и других источников

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *